一种实现蓝光半导体激光线宽窄化的结构制造技术

本发明专利技术公开了一种实现蓝光半导体激光线宽窄化的结构，属于半导体激光技术领域，解决了现有技术中VBG有效厚度小、存在激光自激射问题、线宽窄化效果差的问题，包括同轴依次设置的蓝光半导体激光器、快轴准直镜、慢轴准直镜、第一体布拉格光栅以及第二体布拉格光栅，第一体布拉格光栅对激光进行第一次线宽窄化并锁定，第二体布拉格光栅衍射波长与第一次线宽锁定后的波长相匹配，第二体布拉格光栅与第一体布拉格光栅的距离为1～3mm。本发明专利技术通过设置双体布拉格光栅的结构，有效解决因体布拉格光栅自身工艺而难以实现大厚度的问题，过滤次峰的影响，有效解决激光自激射问题，优化半导体激光的光谱特性，实现激光线宽的进一步窄化。化。化。

【技术实现步骤摘要】
一种实现蓝光半导体激光线宽窄化的结构


[0001]本专利技术属于半导体激光
，具体地说，尤其涉及一种实现蓝光半导体激光线宽窄化的结构。

技术介绍

[0002]高功率蓝光半导体激光器可以作为RGB激光显示光源之一，与红光、绿光合束产生白光，应用于激光显示领域。以激光作为显示光源，优点是色域范围广、寿命长、光能利用率极高、节能环保等。此外，在激光加工领域，采用1064nm的光纤激光进行有色金属如金、铜等切割、焊接、熔覆、3D打印，由于该类高反射率材料对近红外光吸收效率低，因此极易产生飞溅、球化、焊缝成型较差等问题，而蓝光激光吸收效率高，因此可采用蓝光代替传统近红外激光用于有色金属激光加工。
[0003]但是，自由运转的蓝光半导体激光器光谱线宽通常在3～5nm，较宽的光谱宽度会影响激光显示以及激光加工的效果，故需要通过技术手段压窄蓝光半导体激光的光谱线宽。
[0004]前腔面增透的蓝光半导体激光芯片提供增益介质和谐振腔的后腔面，体布拉格光栅(VBG)作为谐振腔的前腔面，在电激励的作用下实现粒子数反转，将VBG反馈光作为种子光，经谐振腔放大从而形成窄线宽激光输出，利用VBG实现单路调节，因此对蓝光半导体激光单元器件的发光一致性要求较低，同时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。
[0005]本专利技术基于体布拉格光栅外腔反馈技术，提出一种实现蓝光半导体激光线宽进一步窄化的结构。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种增大VBG有效厚度、解决激光自激射问题、线宽进一步窄化的实现蓝光半导体激光线宽窄化的结构。
[0007]为了实现上述技术目的，本专利技术实现蓝光半导体激光线宽窄化的结构采用的技术方案为：
[0008]一种实现蓝光半导体激光线宽窄化的结构，包括同轴依次设置的蓝光半导体激光器、快轴准直镜、慢轴准直镜、第一体布拉格光栅以及第二体布拉格光栅，所述快轴准直镜对快轴方向的激光发散角进行准直，所述慢轴准直镜对慢轴方向的激光发散角进行准直，所述第一体布拉格光栅对激光进行第一次线宽窄化并锁定，所述第二体布拉格光栅衍射波长与第一次线宽锁定后的波长相匹配，所述第二体布拉格光栅与第一体布拉格光栅的距离为1～3mm。
[0009]优选的，所述蓝光半导体激光器前腔面为增透型。
[0010]优选的，所述第一体布拉格光栅沿出光方向设置于慢轴准直镜右侧1～5mm。
[0011]优选的，所述第一体布拉格光栅的衍射效率为10
±
3％，所述第二体布拉格光栅的
衍射效率为10
±
3％。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0013]本专利技术通过设置双体布拉格光栅的结构，有效解决因体布拉格光栅自身工艺而难以实现大厚度，进而导致高功率半导体激光线宽窄化效果下降的问题；利用第一体布拉格光栅进行外腔反馈，使光谱线宽变窄的同时中心波长与第一体布拉格光栅衍射波长相近，初步锁定激光，降低红移现象对外腔反馈后的激光中心波长的影响；通过两个体布拉格光栅的外腔反馈，过滤次峰的影响，有效解决激光自激射问题，优化半导体激光的光谱特性，实现激光线宽的进一步窄化。
附图说明
[0014]图1是现有技术的结构示意图；
[0015]图2是本专利技术的结构示意图。
[0016]图中：1.蓝光半导体激光器；2.快轴准直镜；3.慢轴准直镜；4.第一体布拉格光栅；5.第二体布拉格光栅。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和具体实施方式，对专利技术进一步说明：
[0018]如图1所示，现有技术中实现蓝光半导体激光线宽窄化的结构包括按序同轴设置的蓝光半导体激光器、快轴准直镜、慢轴准直镜以及体布拉格光栅，该蓝光半导体激光器内的激光芯片发出激光后经快轴准直镜和慢轴准直镜压缩整形，使半导体激光发散角压缩到mrad量级，由于体布拉格光栅(VBG)具有角度选择性，入射光发散角越小，衍射效果越好，越有利于线宽的压窄，整形后的激光入射到VBG上，半导体激光器与VBG构成外腔结构，从而实现光谱线宽窄化。
[0019]对于厚度为d的VBG，其理想窄化光谱线宽窄化可以表示为：
[0020]Δλ
FWHM
＝0.3(λ
B
)2/d，
[0021]其中，Δλ
FWHM
表示锁定后的光谱宽度，λ
B
表示VBG衍射波长，d表示VBG厚度。
[0022]由此可见，当VBG厚度越大，压窄后线宽越窄，但现有技术受VBG材料加工和光栅设计加工技术的限制，令VBG厚度通常为1～3mm，而更大厚度的VBG无论从技术角度亦或是成本角度和常规VBG相比均显著提高，难以推广应用，其次，自由运转的半导体激光器中心波长随电流的注入会产生“红移”现象，即波长向长波长方向移动。VBG的衍射波长通常选择好后，虽然电流注入变化较小，但不同电流下半导体激光中心波长和VBG衍射波长之间的差距不同，激光中心波长越接近VBG衍射波长，锁定效果越好，即只有一个窄线宽的主峰，没有其它次峰的影响，当两者相差较大时，半导体激光自激射效果严重，次峰较为明显，影响最终的线宽窄化效果。
[0023]如图2所示，一种实现蓝光半导体激光线宽窄化的结构，包括同轴依次设置的蓝光半导体激光器1、快轴准直镜2、慢轴准直镜3、第一体布拉格光栅4以及第二体布拉格光栅5，所述蓝光半导体激光器1前腔面为增透型，所述快轴准直镜2对快轴方向的激光发散角进行准直，所述慢轴准直镜3对慢轴方向的激光发散角进行准直，所述第一体布拉格光栅4对激光进行第一次线宽窄化并锁定，所述第二体布拉格光栅5衍射波长与第一次线宽锁定后的
波长相匹配，所述第二体布拉格光栅5与第一体布拉格光栅4的距离为1～3mm，所述第一体布拉格光栅4沿出光方向设置于慢轴准直镜右侧1～5mm。
[0024]本专利技术中，所述第一体布拉格光栅4的衍射效率为10
±
3％，所述第二体布拉格光栅5的衍射效率为10
±
3％。
[0025]本专利技术中蓝光半导体激光器1前腔面增透后，激光芯片提供增益介质和谐振腔的后腔面，激光先后通过快轴准直镜2和慢轴准直镜3，分别对快轴和慢轴两个方向的激光发散角进行准直，准直后可将发散角压缩到mrad量级，第一体布拉格光栅4作为谐振腔的前腔面，在电激励的作用下实现粒子数反转，将第一体布拉格光栅4反馈光作为种子光，经谐振腔放大从而令准直后的激光形成窄线宽激光输出，窄化后的激光虽然在不同工作电流下依然存在自激射现象和次峰影响，但此时主要的激光功率均集中在主峰上，不同工作电流下，线宽窄化后的激光中心波长均在第一体布拉格光栅4衍射波长附近，半导体激光自身产生的红移现象对第一体布拉格光栅4外腔反馈后的激光中心波长影响较小，初步锁定后的激光，再通过第二体布拉格光栅5进行第二次外腔反馈，此时的入射激光中心波长和光谱线宽经过第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现蓝光半导体激光线宽窄化的结构，其特征在于：包括同轴依次设置的蓝光半导体激光器、快轴准直镜、慢轴准直镜、第一体布拉格光栅以及第二体布拉格光栅，所述快轴准直镜对快轴方向的激光发散角进行准直，所述慢轴准直镜对慢轴方向的激光发散角进行准直，所述第一体布拉格光栅对激光进行第一次线宽窄化并锁定，所述第二体布拉格光栅衍射波长与第一次线宽锁定后的波长相匹配，所述第二体布拉格光栅与第一体布拉格光栅的距离为1～3mm。2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：单肖楠，韩金樑，张万里，耿明光，张亮，
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：