CN209215614U - 一种用于外腔可调谐激光器的980纳米波段透射型光栅 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及透射式光栅，具体涉及一种用于外腔可调谐激光器的980纳米波段透射型光栅，该光栅分为光栅层和衬底层；衬底层为高透射率材料制成，光栅层采用高折射率材料制成；衬底层左侧设有入射角测量装置，入射角测量装置包括腔体、透光孔和示数板；腔体表面开设有狭小的透光孔，透光孔内设有透光板，腔体内注满透明胶体，腔体前端面设有示数板，示数板为透明材料制得，示数板右侧刻有刻度线；本实用新型所提供的透射型光栅弥补了现有透射型光栅存在的960‑980纳米的p偏振衍射频率不稳定的缺陷。

Description

一种用于外腔可调谐激光器的980纳米波段透射型光栅

技术领域

本实用新型涉及透射式光栅，具体涉及一种用于外腔可调谐激光器的980纳米波段透射型光栅。

背景技术

1964年，世界上首个外腔式半导体激光器的实验被Crowe和Craig验证。1981年，Fleming和Mooradian发表了第一篇详细论述外腔式可调谐半导体激光器特性的文章，此后，外腔半导体激光器的研究在全球范围内开始活跃起来。如今，外腔半导体激光器的研究热点已转移到大范围连续调谐、频率稳定和拓展应用等方面，其商品被广泛用于频分复用和相干光通信系统。目前，外腔式可调谐半导体激光器已经发展出来了多种结构，虽然各不相同，但它们的设计原则都一样，就是在外腔中插入分光元件，通过调节分光元件与腔外的反馈机构来实现激光波长的调谐。目前比较流行的两种外腔结构是基于光栅的Littrow结构和Littman-Metcalf结构。这两种结构的特点是均采用光栅作为分光元件和反馈机构。可应用于980纳米波段的调谐激光器的光栅，需要在稳定的-1级反射和0级透射，至少涵盖960纳米到980纳米的波段。该应用的光栅尚未见报道。

在公开号CN203465002U，公开日期为2014年3月5日的实用新型专利中公开了一种透射式光栅光谱仪，可以将光分成光谱进行记录和输出。光谱仪包括入射狭缝，准直透镜，光栅，聚焦透镜，反射镜，光电转换装置。光谱仪准直透镜和聚焦透镜的使用采用共光轴光路方式，在较短波长范围内，色差和像差影响小，光谱分辨率高，通光效率高，杂散光少，调节方便，结构稳定。适用于固定激发波长的拉曼光谱测试，尤其是紫外波段的拉曼光谱的测试。

本发明要解决的技术问题是针对960～980纳米的波长范围，实现P偏振稳定的衍射效率，但现有透射型光栅通常存在960-980纳米的p偏振衍射频率不稳定的缺陷。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对上述存在的问题，本实用新型提出了一种用于外腔可调谐激光器的980纳米波段透射型光栅。本实用新型所提供的技术方案能够在一定程度上有效弥补现有透射型光栅存在的960-980纳米的p偏振衍射频率不稳定的缺陷。

(二)技术方案

—种用于980纳米波段可调谐外腔激光器的宽带透射光栅，其特点在于该光栅的周期为0.55～0.59微米米、刻蚀深度165～270纳米，材料是氮化硅薄膜。光栅占空比为0.3～0.7。光栅底熔融石英衬底上。

在上述结构中，特别是周期555纳米，占空比0.4，氮化硅薄膜光栅高度210纳米时，在利特罗角度62度入射，-1级P光衍射效率高于在940～1000纳米米波长范围内为8％，0级透过率高于88％。能满足外腔激光器的宽带稳定可调需求。

为了实现上述的目的，本实用新型采用以下的技术方案:

用于外腔可调谐激光器的980纳米波段透射型光栅，特征在于，该光栅分为光栅层和衬底层；所述衬底层为高透射率材料制成，所述光栅层采用高折射率材料制成；所述衬底层左侧设有入射角测量装置，所述入射角测量装置包括基座、腔体、透光孔和示数板；所述基座内部开设有空腔，所述腔体左侧上部开设有狭小的透光孔，所述透光孔内设有透光板，所述腔体内注满透明胶体，所述腔体前端面设有示数板，所述示数板为透明材料制得，所述示数板右侧刻有刻度线。

优选的，所述衬底层材料为熔融石英。

优选的，所述光栅层材料为氮化硅薄膜材料，且光栅层底熔融石英衬底层上。

优选的，所述光栅的周期为0.55～0.59微米。

优选的，所述光栅的刻蚀深度165～270纳米。

优选的，所述光栅的光栅占空比为0.3～0.7。

优选的，所述腔体内注满溶胶或固溶胶。

优选的，所述入射角测量装置与所述衬底通过榫卯连接。

(三)有益效果

由于采用上述的技术方案，本实用新型的有益效果是：本发明的宽带透射型光栅，具有结构简单，容易实现，带宽性能好高等特点。可利用成熟的半导体工艺批量生产，满足外腔激光器宽带可调谐要求；且本发明具有入射角测量装置，可直白地将入射光的角度体现出来，方便研究人员进行测量记录。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的入射角测量装置剖面图；

图3为反射光栅的-1级衍射效率随入射波长的变化曲线图；

图4为本实用新型的光栅周期-衍射率关系；

图5为本实用新型的占空比-衍射关系；

图6为本实用新型的光栅层高度-衍射关系；

其中：

1、光栅层；2、衬底层；3、示数板；4、基座；5、腔体；6、透光板。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

用于外腔可调谐激光器的980纳米波段透射型光栅，特征在于，该光栅分为光栅层和衬底层；衬底层为高透射率材料制成，光栅层采用高折射率材料制成；衬底层左侧设有入射角测量装置，入射角测量装置包括基座4、腔体5、透光孔和示数板3；基座4内部开设有空腔，腔体5左侧上部开设有狭小的透光孔，透光孔内设有透光板6，腔体5内注满透明胶体，腔体5前端面设有示数板3，示数板3为透明材料制得，示数板3右侧刻有刻度线。

具体的，衬底层2材料为熔融石英；光栅层1材料为氮化硅薄膜材料，且光栅层1底熔融石英衬底层2上；光栅的周期为0.55～0.59微米；光栅的刻蚀深度165～270纳米；光栅的光栅占空比为0.3～0.7；腔体5内注满溶胶或固溶胶；入射角测量装置与衬底通过榫卯连接。

参照图1，标号7为入射光，标号8为衍射光，标号9为投射光，图1中入射光从空气中以中心波长对应的利特罗角θ入射，b表示单个光栅格宽度，d表示光栅周期,占空比定义为f＝b/d；石英和氮化硅薄膜在800～1000纳米波段无吸收，因此如图1所示几何结构的光栅，可以用于设计中心波长为980纳米的透射光栅。在如图1所示的光栅结构下，本发明采用严格耦合波理论计算了该反射光栅的-1级衍射效率随入射波长的变化曲线如图2所示，即当光栅的周期为555纳米，占空比为0.4，光栅层厚度为210纳米时，P偏振光以中心波长980纳米对应的利特罗角62度入射时，该光栅的-1级p偏振衍射效率在940～1000纳米米范围内稳定在8％以上，0级透过率大于85％。

当光源绕虚支点旋转时，入射光通过透光板6射入注满胶体的空腔5中，发生丁达尔效应，在胶体中形成清晰的光路，研究人员可简单快速地得到入射光的角度。

本实施例衬底层采用熔融石英，光栅层采用单一材料氮化硅薄膜，折射率2.0。在如图1所示的光栅结构下，本发明采用严格耦合波理论计算了该反射光栅的-1级衍射效率随入射波长的变化曲线如图2所示，即当光栅的周期为555纳米，占空比为0.4，光栅层厚度为210纳米时，P偏振光以中心波长980纳米对应的利特罗角62度入射时，该光栅的-1级p偏振衍射效率在940～1000纳米米范围内稳定在8％以上，0级透过率大于85％。

当衬底采用熔融石英，光栅层采用氮化硅，周期555纳米，光栅层厚度210纳米，光栅占空比0.4时，在940～1000纳米范围，研利特罗角度62度入射，衍射效率稳定在8％以上，0级透过率大于85％，可用于外腔宽带可调谐激光器。

图4给出了不同光栅周期对本实用新型的影响；

衬底层2用熔融石英，光栅层1材料用氮化硅，厚度210纳米时，中心入射波长980纳米P偏振入射时不同周期的衍射效率和0级透过率。

图5给出不同占空比对本实用新型的影响；

衬底层2用熔融石英，光栅层1材料用氮化硅，当光栅周期555纳米，光栅层高度210纳米，占空比在0.3～0.7之间，入射中心波长980纳米P偏振衍射效率和0级透过率的数值。

图6给出不同光栅层高度对本实用新型的影响；

衬底层2用熔融石英，光栅层1材料用氮化硅，占空比0.4时，不同光栅高度下中心波长980纳米p偏振入射时-1级衍射和0级透射的数值。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.用于外腔可调谐激光器的980纳米波段透射型光栅，特征在于，该光栅分为光栅层和衬底层；所述衬底层为高透射率材料制成，所述光栅层采用高折射率材料制成；所述衬底层左侧设有入射角测量装置，所述入射角测量装置包括基座、腔体、透光孔和示数板；所述基座内部开设有空腔，所述腔体左侧上部开设有狭小的透光孔，所述透光孔内设有透光板，所述腔体内注满透明胶体，所述腔体前端面设有示数板，所述示数板为透明材料制得，所述示数板右侧刻有刻度线。

2.根据权利要求1所述的用于外腔可调谐激光器的980纳米波段透射型光栅，其特征在于：所述衬底层材料为熔融石英。

3.根据权利要求1所述的用于外腔可调谐激光器的980纳米波段透射型光栅，其特征在于：所述光栅层材料为氮化硅薄膜材料，且光栅层底熔融石英衬底层上。

4.根据权利要求3所述的用于外腔可调谐激光器的980纳米波段透射型光栅，其特征在于：所述光栅的周期为0.55～0.59微米。

5.根据权利要求3所述的用于外腔可调谐激光器的980纳米波段透射型光栅，其特征在于：所述光栅的刻蚀深度165～270纳米。

6.根据权利要求3所述的用于外腔可调谐激光器的980纳米波段透射型光栅，其特征在于：所述光栅的光栅占空比为0.3～0.7。

7.根据权利要求1所述的用于外腔可调谐激光器的980纳米波段透射型光栅，其特征在于：所述腔体内注满溶胶或固溶胶。

8.根据权利要求1所述的用于外腔可调谐激光器的980纳米波段透射型光栅，其特征在于：所述入射角测量装置与所述衬底通过榫卯连接。