DE19544897A1

DE19544897A1 - Abstimmbares Halbleiter-Lasersystem

Info

Publication number: DE19544897A1
Application number: DE1995144897
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Wandt
Original assignee: LZH Laser Zentrum Hannover eV
Current assignee: LZH Laser Zentrum Hannover eV
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1995-12-01
Publication date: 1997-06-05
Anticipated expiration: 2015-12-02
Also published as: DE19544897C2

Description

Die Erfindung betrifft ein abstimmbares Halbleiter- Lasersystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die WO 94/08 371 ist ein abstimmbarer Diodenla ser mit externem Resonator bekannt, bei dem ein Beugungs gitter mit streifendem Einfall des Laserlichtes und ein drehbar angeordneter Spiegel zum Abstimmen der Wellenlän gen verwendet werden. Der Einfallswinkel beträgt minde stens 85°. Der Spiegel reflektiert das am Gitter gebeugte Licht erster Ordnung zum Gitter zurück, von dem das Licht zum Laser zurückgebeugt wird. Durch die große Ausleuchtung des Gitters wird eine große Dispersionswirkung erreicht, die in der Größenordnung des Resonatormodenabstandes liegt. Dadurch ist eine effektive Unterdrückung von Neben moden möglich und stabiler Einfrequenzbetrieb gewährlei stet. Die Verwendung eines Spiegels zum Abstimmen der Wel lenlänge hat allerdings den Nachteil, daß eine geringe Gesamtdispersion erreicht wird. Nachteilig ist auch, daß durch den großen Einfallswinkel die Gittereffizienz dra stisch reduziert wird, was zu einer starken Erhöhung des Schwellpumpstromes führt. Hierdurch wird der Gesamt abstimmbereich des bekannten Diodenlasers eingeschränkt. Die relative Winkelstellung der das Gitter und den Spiegel aufnehmenden Bauteile bedarf einer exakten Vorfertigung. Die stets vorhandenen Fertigungstoleranzen bedingen weni ger gut reproduzierbare Ergebnisse.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen abstimmbaren Halbleiterlaser der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Gesamtdispersion und der Ab stimmbereich vergrößert werden und eine bessere Reprodu zierbarkeit der Ergebnisse erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der er findungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung schlägt vor, zum Abstimmen der Wellen längen ein zweites Gitter einzusetzen; hierdurch wird die Gesamtdispersion der Anordnung vergrößert. Bei festgeleg ter Bandbreite kann dann der Einfallswinkel des ersten Gitters verkleinert und damit der Gesamtabstimmbereich ohne Modensprünge vergrößert werden. Bei Strom- oder Tem peraturschwankungen ergibt sich eine geringere Wellenlän genabhängigkeit. Die erfindungsgemäße Ausbildung läßt re lativ hohe Fertigungstoleranzen zu, weil der Schnittpunkt der Gitterebenen justiert werden kann.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfin dungsgemäß ausgebildeten Halbleiter-Lasersy stems,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Abstimm einrichtung für das Halbleiter-Lasersystem nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit der Ausgangsleistung des Halbleiter-Lasersy stems nach den Fig. 1 und 2 von der Wellen länge.

Gleiche Bauteile in den Figuren der Zeichnungen sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 zeigt ein Halbleiter-Lasersystem mit einer Antireflex-beschichteten Laserdiode 2, deren Licht über eine Kollimatorlinse 4 auf ein erstes Beugungsgitter 6 unter einem Einfallswinkel α von beispielsweise etwa 80°C fällt. Das vom ersten Gitter 6 gebeugte Licht erster Ord nung fällt auf ein zweites Beugungsgitter 8, das in Lit trow-Anordnung angeordnet ist und die erste Beugungsord nung in sich selbst zurückreflektiert zum ersten Gitter. Dieses zurückreflektierte Licht wird vom ersten Gitter erneut gebeugt und der Laserdiode 2 zugeführt.

Mit dem Bezugszeichen 10 ist der Ausgangsstrahl des Halbleiter-Lasersystems bezeichnet.

Das erste Gitter 6 ist auf einem Arm 14 und das zwei te Gitter 8 auf einem um eine Drehachse 12 drehbar mit dem Arm 14 verbundenen Schwenkarm 16 angeordnet. Beide Gitter 6 und 8 sind so justierbar, daß sich die Verlängerungen 18, 20 ihrer Gitterebenen in der Drehachse 12 schneiden.

Die beiden Arme 14 und 16 weisen quer zur Schwenk ebene (in der Zeichnung die Papierebene) Längsschlitze 22 und 24 auf, die offen in den freien Enden 26, 28 enden und bis über die Gitter 6, 8 hinaus in Richtung auf die Dreh achse ausgebildet sind. Hierdurch werden jeweils zwei spreizbare Armteile mit jeweils einem inneren Armteil 30 und 32 und einem äußeren Armteil 34 und 36 gebildet, wobei die Gitter 6 und 8 auf jeweils dem inneren Armteil 30 und 32 der Arme 14 und 16 angeordnet sind. Das Spreizen der Armteile und damit ein Verschwenken der Gitterebenen er folgt jeweils vermittels einer Justierschraube 38 und 40, welche drehbar im äußeren Armteil 34 und 36 angeordnet sind und über die Schlitze 22, 24 das jeweils innere Arm teil 30 und 32 beaufschlagen. Zur Erzielung definierter, elastisch verformbarer Festkörpergelenke 58, 60 für die inneren Armteile 30, 32 weisen die Arme 14, 16 auf der Innenseite 42, 44 senkrecht zu den Längsnuten 22 und 24 verlaufende Querschlitze 46, 48 auf, deren Schlitzböden 50, 52 mit geringem Abstand zu den Schlitzböden 54, 56 der Längsschlitze 22 und 24 enden. Die Festkörpergelenke kön nen auch dadurch gebildet werden, daß die Längsschlitze 22 und 24 winklig oder bogenförmig bis nahe zur Innenseite 42 und 44 der Arme 14 und 16 ausgebildet werden.

Im Halbleiter-Lasersystem sind die Bauteile bestehend aus dem Arm 14 mit dem ersten Beugungsgitter 6, dem Kolli mator 4 und der Laserdiode 2 relativ zueinander ortsfest angeordnet. Zum Abstimmen der Wellenlängen ist der Schwen karm 16, auf dem das zweite Gitter 8 angeordnet ist, um die Drehachse 12 schwenkbar mittels eines Stellmotors 62, der gegen die Kraft einer den Schwenkarm 16 gegen den Arm 14 vorspannenden Feder 64 wirkt.

Die Justierung der Ebenen des ersten Gitters 6 und des zweiten Gitters 8 erfolgt derart, daß die in der Fig. 2 der Zeichnung nicht durch die Drehachse 12 gehenden Ver längerungen 18, 20 der Gitterebenen des ersten Gitters und des zweiten Gitters sich in der Drehachse 12 schneiden. Die Justierung erfolgt mit Hilfe der Justierschrauben 38 und 40. Durch Verdrehen dieser Justierschrauben können die inneren, Festkörpergelenkarme bildenden Armteile 30 und 32 der beiden Arme 14 und 16 so um die Festkörpergelenke 58 und 60 verschwenkt werden, daß die Verlängerungen 18 und 20 der Ebenen der Gitter durch die Drehachse 12 gehen. Diese Art der Justiermöglichkeit läßt eine relativ hohe Fertigungstoleranz der Gesamtanordnung zu und ermöglicht nach der Einjustierung eine präzise Verschwenkung der Ebe ne des zweiten Gitters um eine definierte Schwenkachse (im dargestellten Beispiel um die Schwenkachse 12) zur Abstim mung über relativ große Wellenlängenbereiche ohne Moden sprünge, wie dies der Fig. 3 entnehmbar ist. Die Justie rung erfolgt vorzugsweise über die Beobachtung der Kurve nach Fig. 3. In der Fig. 3 ist die Ausgangsleistung des Diodenlasers in Abhängigkeit von der Wellenlänge darge stellt. Die Fig. 3 stellt die Abstimmkurve eines Halblei ter-Lasersystems der beschriebenen Art dar, das im Wellen längenbereich zwischen 805 und 841 nm ohne Modensprünge abstimmbar ist, d. h. über einen Wellenlängenbereich von fast 40 nm, während dieser Wellenlängenbereich beim ein gangs beschriebenen Stand der Technik nur 15-20 nm be trägt. Die Ausgangsleistung beträgt im Maximum der Ab stimmkurve bei 825 nm 6,5 mW.

Die anhand der Zeichnung beschriebene Doppelgitter- Anordnung ist universell für alle Laserdioden geeignet, unabhängig vom aktiven Material, von der Wellenlänge und der Ausgangsleistung. Darüber hinaus ist es möglich, sehr einfach optische Elemente im Resonator zu verwenden, um eine effiziente Frequenzkonversion oder Frequenzmodulation zu erreichen.

Claims

1. Abstimmbares Halbleiter-Lasersystem mit einem Dioden laser, dessen Licht über eine Kollimatorlinse unter einem großen Einfallswinkel auf ein erstes Beugungs gitter gelenkt wird, und mit einer drehbaren Refle xionseinrichtung zum Abstimmen der Wellenlänge, wobei vom Beugungsgitter gebeugte Lichtwellen von der Re flexionseinrichtung auf das Beugungsgitter zurück reflektiert werden und vom Beugungsgitter erneut ge beugt und der Laserdiode zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionseinrichtung (8) durch ein zweites Beugungsgitter in Littrow-Anordnung gebildet wird und die beiden Gitter (6, 8) so ange ordnet sind, daß sich die Verlängerungen (18, 20) der Gitterebenen beider Gitter in der Drehachse (12) des zweiten Beugungsgitters (8) schneiden.

2. Abstimmbares Halbleiter-Lasersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Beugungsgitter (6) und das zweite Beugungsgitter (8) jeweils auf einem justierbaren Festkörpergelenkarm (30, 32) zum Justieren der Gitterebenen angeordnet sind.

3. Abstimmbares Halbleiter-Lasersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Beu gungsgitter (6, 8) auf einen spitzen Winkel ein schließenden Armen (14, 16) winkelraumseitig angeord net sind, von denen der das erste Gitter (6) aufwei sende Arm (14) relativ zum Diodenlaser (2) und zur Kollimatorlinse (4) ortsfest angeordnet ist und der Arm (16) als drehbar mit dem Arm (14) verbundener Schwenkarm ausgebildet ist, wobei die Arme (14, 16) jeweils durch in Richtung der Drehachse (12) bis über die Gitter (6, 8) hinaus und quer zur Drehebene des zweiten Beugungsgitters (8) ausgebildete Längsschlit ze (22, 24) in zwei Armteile (30, 34; 32, 36) geteilt sind, von denen die inneren, den spitzen Winkel be grenzenden Armteile (30, 32) als justierbare Festkör pergelenkarme ausgebildet sind.

4. Abstimmbares Halbleiter-Lasersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörpergelenkarme (30, 32) durch in den äußeren Armteilen (34, 36) drehbar angeordnete Justierschrauben (38, 40) beauf schlagbar und von diesen äußeren Armteilen (34, 36) einwärts wegspreizbar sind.

5. Abstimmbares Halbleiter-Lasersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm (16) in Richtung des Armes (14) federvorgespannt (64) ist und in entgegengesetzter Richtung von einem Stellmotor (68) beaufschlagbar ist.

6. Abstimmbares Halbleiter-Lasersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel α des Lichtes des Diodenlasers auf das erste Beugungsgitter (6) etwa 80° beträgt.