CN201364418Y - 一种半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光器领域，尤其涉及半导体激光器。本实用新型的半导体激光器公开了一种新型窄线宽波长稳定输出的半导体激光器结构。将LD光束经非球面透镜或柱面透镜准直之后，采用棱镜或棱镜组作为色散元件，再通过平面反射镜形成外谐振腔作为反馈，以获得窄线宽波长稳定输出。本实用新型采用如上技术方案，具有结构简单有效、体积更小且可大大提高线宽压窄效果。

Description

一种半导体激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器领域，尤其涉及半导体激光器。

背景技术

常用半导体激光器为得到压窄线宽激光输出，通常采用标准具、滤光片、光栅等光学元件进行选模。另一方面，在可调谐激光器中，常用棱镜或棱镜对或棱镜对与光栅结合压缩激光线宽。窄线宽的半导体激光器常由前面提到的方法经由外腔反馈技术实现，可用作拉曼光谱分析仪的激光源。一般来讲采用透射式的标准具可以使得激光输出线宽很窄，能够达到使用要求，但单个标准具存在周期性的通带，往往需要两个或多个标准具由不同自由光谱区不互相重叠实现窄线宽的输出；采用薄膜滤光片也可以实现单个通带输出，但由于镀膜工艺的限制压窄线宽输出往往不理想，通带的半高宽较大而不能满足实际需求；光栅的应用则比较广泛，分类也比较多，按工作方式分为透射式和反射式光栅，工作原理都是基于多缝衍射而来，除了0级衍射外，光栅的色分散分辨能力也很好，在很多半导体激光器腔外反馈技术中都通常利用闪耀光栅的1级衍射来实现窄线宽的输出。

透射型标准具常用一个玻璃片两面分别镀高反膜，利用多光束干涉因而具有极高的光谱分辨率，但很难通过一个标准具实现单通带自由光谱区，此外标准具的自由光谱区周期及通带带宽与标准具的厚度和反射率相关。薄膜滤光片有吸收型和干涉型两类，通常窄带通滤光片为干涉型滤光片，采用真空镀膜的方法形成多层薄膜结合法布里-珀罗标准具组成多级串联结构，但工艺上往往较为复杂，其光谱分辨能力并不理想，成本较高。衍射光栅是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝的平面玻璃或金属片，利用夫琅和费多缝衍射原理使光发生色散，具有极高的光谱分辨率，但非闪耀光栅无论是透射式还是反射式其大部分能量集中在没有被色散的0级衍射光谱中，因此采用定向闪耀的方法使光能集中在所需要的1级衍射光谱中。除了前面提到的几类光学元件都有各自不同特点的光谱分辨本领，棱镜也是常用的一种色散元件，但是单个棱镜的光谱分辨能力并不理想，而且还受到材料的限制，在短波段适合用石英棱镜，长波段适合采用玻璃棱镜，我们知道棱镜的角色散率与波长有关，波长越短其分辨率越高，而且尺寸越大分辨率也越高。因此，也会采用棱镜与光栅的组合或者棱镜对来提高光谱分辨本领，在外腔反馈技术中可利用棱镜的引入损耗很小并结合一平面反射镜组成谐振腔，可大大提高线宽压窄效果。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型提出一种新的半导体激光器结构，其技术方案如下：

本实用新型的半导体激光器，包括半导体激光器、准直透镜、反射镜和变束棱镜对，所述的变束棱镜对设置于所述的准直透镜和反射镜的弯折光路上。

进一步的，所述的变束棱镜对包括第一变束棱镜和第二变束棱镜。

更进一步的，所述的第一变束棱镜上镀部分反射膜，所述的第二变束棱镜镀减反膜。

半导体激光器的光束准直后经过棱镜对色散之后，只有垂直入射在平面镜的波长才能够有很好的反馈，因此获得了线宽压窄和调谐的效果。光束准直后，通过调节平面镜角度，可获得调谐波长输出。

进一步的，所述的准直透镜可采用一非球面透镜或自聚焦透镜与柱面透镜的组合，或采用一对柱面透镜。

本实用新型的半导体激光器结构，是一种窄线宽波长稳定输出半导体激光器。

本实用新型采用如上技术方案，具有结构简单有效、体积更小且可大大提高线宽压窄效果。

附图说明

图1所示的是本实用新型的示意图。

具体实施方式

现结合附图说明和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

本实用新型是一种新型的半导体激光器线宽压窄技术器件和结构。所设计的结构如图1所示，半导体激光器101的光束经过准直透镜102准直后，并与双变束棱镜组106、108和反射镜109的组合形成外腔，大大提高了半导体激光光谱的角色散分辨率，而且只有垂直入射反射镜109的波长才可以反馈回半导体激光器芯片中，从而实现很好的激光调谐，获得窄线宽的输出。如图1所示，101为半导体激光器，102为准直透镜，可由一非球面透镜或者自聚焦透镜和柱面透镜组成，103为准直光束，106、108为变束棱镜对，109为反射镜，其与半导体激光器内腔组成外谐振腔，起到反馈的作用；第一变束棱镜106前表面镀部分反射膜105，同时在第二变束棱镜108的前表面镀减反膜107，因此经过平面镜109反馈后得到激光输出光束104，并且光束104为窄线宽可调谐激光输出。图1中θ1、θ2为两棱镜的入射角，可用来实现可调谐输出，获得所需波长窄线宽激光。

采用棱镜的优点在于其引入损耗很小，对棱镜斜面方向即使入射角θ＝89°，AR透射率亦可在99％以上。而且由两变束棱镜组成的棱镜对比单棱镜具有明显的优越性，若两棱镜入射角为87°，棱镜角为35°，材料色散率为-1.3×10^-4rad/nm(λ＝590nm，SF-13玻璃)，棱镜组单程色散即达-4.76×10^-2rad/nm。与一块1200线/mm光栅相比较其角色散要高得多，比经25倍光扩束后的光栅(角色散3.2×10^-2rad/nm)还高。实验证明，由纯双变束棱镜与反射镜组成谐振腔(无光栅)，两棱镜入射角分别为85°、87°，若发散角约3×10^-3rad，理论上其单程线宽为0.1nm，实验测定的线宽约为0.08nm。实际上，经过多次振荡的激光线宽，比单程理论线宽要窄得多，这里激光在腔中多次往返过程中，增益竞争引起的线宽压窄作用。而且腔长越短，脉冲宽度越宽，振荡次数越多，线宽压窄效果越显著。

因此，采用本实用新型所设计的器件结构，即利用双色散棱镜与平面镜组合外谐振腔反馈技术至少可以获得0.1nm以下线宽甚至可达到0.01nm线宽输出。而且由于棱镜本身具有很好的扩束能力，在经准直扩束后其角色散分辨率也更大，如果是双变束棱镜，其扩束率是两个单变束棱镜扩束率之乘积，因此会表现出更好的色散分辨能力。例如将LD光束经D-lens准直后一个方向为0.3mm，一个方向为0.1mm，若在0.3mm方向扩束M＝60，棱镜最长在2cm以内。即采用2mm×20mm棱镜即可。采用双色散棱镜还有一个优点就是制作简单，比常规光栅更廉价，与标准具相比较，体积要大一些，但更易制作和控制。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种半导体激光器，其特征在于：包括半导体激光器(101)、准直透镜(102)、反射镜(109)和变束棱镜对，所述的变束棱镜对设置于所述的准直透镜(102)和反射镜(109)的弯折光路上。

2.如权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于：所述的变束棱镜对包括第一变束棱镜(106)和第二变束棱镜(108)。

3.如权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于：所述的第一变束棱镜(106)上镀部分反射膜(105)，所述的第二变束棱镜(108)镀减反膜(107)。

4.如权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于：所述的准直透镜(102)可采用一非球面透镜或自聚焦透镜与柱面透镜的组合，或采用一对柱面透镜。

Images