一种波长可调谐的窄线宽半导体激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种波长可调谐的窄线宽半导体激光器，属于激光器技术领域，解决了现有技术中慢轴准直难度高、VBG外腔反馈率低、慢轴准直后激光发散角大的问题，包括依次顺序设置的半导体激光巴条、快轴准直镜、慢轴准直镜、体布拉格光栅VBG以及聚焦镜，半导体激光巴条后还设有激光光束整形元件。本发明专利技术通过在快轴准直镜后设置激光光束整形元件，确保慢轴方向不再受到最长焦距极限的影响，利用单片柱透镜即可实现慢轴准直，极大降低了准直难度，在体布拉格光栅VBG外腔反馈有效接受角度范围内，使慢轴和快轴发散角相近，均达到mrad量级，提升VBG外腔反馈率，利用MCH陶瓷发热体控制体布拉格光栅VBG温度，在不影响光线宽的情况下实现激光波长的调谐。激光波长的调谐。激光波长的调谐。

【技术实现步骤摘要】
一种波长可调谐的窄线宽半导体激光器


[0001]本专利技术属于激光器
，具体地说，尤其涉及一种波长可调谐的窄线宽半导体激光器。

技术介绍

[0002]半导体激光器(LD)自诞生以来，因其光电转换效率高、体积小、重量轻、寿命长和可直接调制等特点，被广泛应用于科研、医疗、工业、军事等领域。当前，半导体激光器多关注于功率和光束质量，而随着其应用的不断拓展，无论是作为泵浦源，还是直接应用光源，光谱特性愈加重要。从泵浦角度出发，窄线宽意味着更高的泵浦效率；从直接应用出发，在相同光谱范围耦合更多激光单元，获得更高的激光功率和功率密度。自由运转的高功率半导体器主要的问题是典型光谱宽度通常为2～5nm，而针对一些吸收光谱很窄的工作物质，泵浦光谱与工作物质的吸收光谱无法严格匹配，因此无法直接开展应用，必须通过一定的技术手段窄化半导体激光的光谱宽度，同时控制好中心波长。
[0003]高功率半导体激光的线宽压窄技术，主要采用内腔法和外腔法两种。内腔法是指在半导体激光芯片有源区内置光栅，如DFB、DBR结构，进而压缩输出激光的光谱宽度，该方案的优点是小型一体化、结构稳定、可靠性高、具有扩展性，缺点是温漂大，多单元高功率工作时难以保证其中心波长一致性，导致增加整体线宽，因此工艺上较难实现。外腔法是指在半导体激光腔外加入色散元器件，如面光栅、体布拉格光栅(VBG)等，其中面光栅的特点是低发散角激光与高色散光栅结合，入射激光发散角越小，反馈光谱线宽越窄，并且单光栅即可实现多个激光芯片的光谱窄化。但是该结构对激光指向要求非常高，因此，高功率多路输出时，激光单元之间的同轴度要求非常高，整机难以实现模块化。
[0004]基于上述问题，本申请基于体布拉格光栅VBG外腔反馈技术，提出一种高功率半导体激光线宽窄化结构和方法，使线宽窄化的同时可以实现高效外腔反馈以及中心波长调谐。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种慢轴准直难度低、VBG外腔反馈率高、慢轴准直后激光发散角大的波长可调谐的窄线宽半导体激光器。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术波长可调谐的窄线宽半导体激光器采用的技术方案为：
[0007]一种波长可调谐的窄线宽半导体激光器，包括依次顺序设置的半导体激光巴条、快轴准直镜、慢轴准直镜、体布拉格光栅VBG以及聚焦镜，所述半导体激光巴条后还设有45
°
光束变换器，所述45
°
光束变换器置于所述快轴准直镜背后，用于将快轴准直后光束的光强分布和发散角分布均翻转90
°
，所述体布拉格光栅VBG外侧还设有MCH陶瓷加热体，所述MCH陶瓷加热体用于控制所述体布拉格光栅VBG温度。
[0008]优选的，所述45
°
光束变换器与所述快轴准直镜平行设置。
[0009]优选的，所述MCH陶瓷加热体为加热元件，其一面为所述体布拉格光栅VBG加热，另一面不施加额外作用。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0011]1、本专利技术通过在快轴准直镜后设置激光光束整形元件45
°
光束变换器，使快轴准直后光束的光强分布和发散角分布均翻转90
°
，令快慢两轴发生转换，确保慢轴方向不再受到最长焦距极限的影响，利用单片柱透镜即可实现慢轴准直，极大降低了准直难度；
[0012]2、本专利技术中激光光斑先经45
°
光束变换器转换后再经慢轴准直镜准直，在体布拉格光栅VBG外腔反馈有效接受角度范围内，使慢轴和快轴发散角相近，均达到mrad量级，提升VBG外腔反馈率，获得良好的线宽窄化效果；
[0013]3、本专利技术利用MCH陶瓷发热体控制体布拉格光栅VBG温度，在不影响光线宽的情况下实现激光波长的调谐。
附图说明
[0014]图1是现有技术的设计框图；
[0015]图2是现有技术的结构示意图；
[0016]图3是本专利技术的设计框图；
[0017]图4是本专利技术的结构示意图。
[0018]图中：1.第一半导体激光巴条；2.第一快轴准直镜；3.第一慢轴准直镜阵列；4.第一体布拉格光栅VBG；5.第一聚焦镜；6.TEC制冷器；7.半导体激光巴条；8.快轴准直镜；9.慢轴准直镜；10.体布拉格光栅VBG；11.聚焦镜；12.45
°
光束变换器；13.MCH陶瓷加热体。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和具体实施方式，对专利技术进一步说明：
[0020]体布拉格光栅VBG的特点是可以实现单路调节，因此对半导体激光单元器件的发光一致性要求较低，VBG的波长选择特性使半导体激光谐振在VBG衍射波长，从而实现半导体激光波长的筛选和线宽窄化，此外，VBG衍射波长随温度变化且温漂系数小，通过控制VBG温度来调节LD波长，在精确控温下可实现激光波长稳定输出。
[0021]现有技术如图1
‑
2所示，第一半导体激光巴条1出光后，通过第一快轴准直镜2对快轴方向的发散角进行准直，准直后的快轴方向激光发散角由原来的60
°
量级缩减到10mrad量级。通过FAC准直后，再通过第一慢轴准直镜阵列3对慢轴方向的发散角进行准直，其中第一慢轴阵列3的个数与第一半导体激光巴条1上的发光点数相同，准直后的慢轴方向激光发散角由原来的10
°
量级缩减到50mrad量级。快慢轴发散角压缩后入射到第一体布拉格光栅VBG4进行外腔反馈，通过模式竞争实现窄线宽激光输出，输出后的激光再通过第一聚焦镜5聚焦，入射到工作物质上。其中，第一体布拉格光栅VBG4温控通过以下方式实现：设定某特定波长的目标激光输出，如766nm，则第一体布拉格光栅VBG4的衍射波长选择略大于766nm，如766.1nm，实际工作时，激光入射到第一体布拉格光栅VBG4上会产生热量，由于第一体布拉格光栅VBG4衍射波长存在温度漂移特性，输出波长会进一步增加，此时，通过TEC制冷器6的冷端给第一体布拉格光栅VBG4散热，通过控制第一体布拉格光栅VBG4的温度实现激光波长的调谐，这样在不影响光线宽的情况下，就可以将第一体布拉格光栅VBG的衍射波长调谐
到目标波长，并且通过温控也可以实现在目标波长附近输出，使得应用更为广泛。
[0022]但此种采用快轴准直镜组合慢轴准直镜阵列的结构，在准直后由于是采用慢轴阵列透镜组，因此，存在最大慢轴镜焦距的限制，整形后慢轴发散角依然会达到几十mrad量级，即50mrad量级。由于VBG具有角度选择性，且有效反馈可接收角度较小仅为毫弧度量级，因此，会对外腔反馈效率有较大的影响，甚至产生激光自激射效应出现多中心波长激光输出，影响光谱特性。此外，由于准直后的慢轴发射角较大且和准直后的快轴方向发散角相差约5倍，因此，聚焦后的光斑呈现长方形状，光功率密度较低。针对VBG衍射中心波长的温度漂移特性，采用TEC制冷器6进行温控存在一定的局限性。根据TEC制冷器6的工作特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波长可调谐的窄线宽半导体激光器，包括依次顺序设置的半导体激光巴条、快轴准直镜、慢轴准直镜、体布拉格光栅VBG以及聚焦镜，其特征在于：所述半导体激光巴条后还设有45
°
光束变换器，所述45
°
光束变换器置于所述快轴准直镜背后，用于将快轴准直后光束的光强分布和发散角分布均翻转90
°
，所述体布拉格光栅VBG外...

【专利技术属性】
技术研发人员：单肖楠，韩金樑，
申请(专利权)人：长春慧眼神光光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：