【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体激光器，具体涉及一种无跳模大范围连续可调谐外腔半导体激光器。
技术介绍
1、半导体激光器是向半导体pn结注入电流，通过粒子数反转分布产生受激辐射，结合光反馈结构在pn结中产生和放大光，最终形成激光输出的装置。但是半导体激光器普遍存在输出激光不稳定、发散角大且光谱线宽较大等缺点。为了优化半导体激光器的性能，外腔半导体激光器通过将谐振腔延伸到半导体激光器外面，有效减小激光器的光谱线宽，提高光束质量，减小发散角，使得输出光束更稳定和可控，以满足如光通信、激光雷达、光谱分析等应用领域的需求。
2、现有的干涉片外腔半导体激光器如中国专利技术专利申请cn 114899704 a提出的一种基于角锥阵列外腔反射镜的干涉片激光器，其实现方法是通过半导体激光器输出激光，经准直透镜进行准直后投射在角锥阵列外腔反射镜上形成反馈激光，半导体激光管与外腔反射镜之间形成谐振腔，干涉片放置在准直透镜和外腔反射镜之间，通过旋转其角度得到目标波长，压电陶瓷与外腔反射镜粘合起来，通过电压调节微调激光器的腔长来改变激光谐振腔腔长。然而，干涉片透射峰中心频率与腔模频率不同时变化，因此会引起跳模现象，限制了频率的连续可调谐范围。
3、因此，有必要解决外腔半导体激光器不能大范围频率连续可调谐的缺陷，推动激光技术在各个领域的应用和发展，提高相关技术的性能，促进科学研究、工业生产等领域的进步。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术缺陷，提供一种无跳模大范围连续可调谐外腔半导体
2、本专利技术的思路是利用外腔半导体激光器中激光频率对腔长的超高敏感性，设置一套能够改变腔长的装置，将旋转轴心设置在具有厚度的腔镜的后表面，通过旋转具有厚度的腔镜以改变腔长，进而改变定腔模频率，同时利用窄带干涉片辅助调节进行选模，使干涉片透射峰中心位置随角度移动，与特定腔模频率随角度的变化高度同步，实现一种激光输出频率不跳模，且保证输出频率随腔镜旋转角度的连续可调谐性的激光器，解决连续调频问题，最终实现大范围连续频率可调谐的激光器。
3、基于以上思路，本专利技术提供一种无跳模大范围连续可调谐外腔半导体激光器，所述激光器包括依序设置在光路上的激光二极管1、准直透镜2、偏振分光棱镜3、窄带干涉片4和棱镜型超强级反光膜5，其特征在于所述激光器还包括压电模块6，窄带干涉片4粘接在棱镜型超强级反光膜5的前表面，压电模块6粘接在棱镜型超强级反光膜5的后表面，压电模块6具有厚度d，当棱镜型超强级反光膜5发生旋转时，旋转轴心位于所述激光器的光路上且与压电模块6的后表面重合；
4、激光二极管1发出相干光束经准直透镜2准直为平行光，所述平行光经偏振分光棱镜3后得到与激光二极管1出射方向相同的水平偏振光或垂直偏振光，所述水平偏振光或垂直偏振光入射到窄带干涉片4后得到窄带光；所述窄带光到达棱镜型超强级反光膜5的前表面后被反射、返回到激光二极管1，当腔内振荡达到阈值后，在偏振分光棱镜3输出激光。
5、在本专利技术中，压电模块6的厚度d满足以下关系：
6、
7、δλ＝δλif＝λ0-λ′(φ)
8、且θ＝φ
9、其中，δλ为棱镜型超强级反光膜5旋转θ时腔模波长的变化量，δλif为窄带干涉片4旋转φ时干涉片透射峰中心位置波长变化量，λ′(φ)为窄带干涉片4旋转φ时干涉片透射峰中心位置波长，λ0为窄带干涉片4与光束垂直时的透射波长，λ是激光二极管1输出初始波长，l1为当激光二极管1输出光对棱镜型超强级反光膜5的入射角为0°时，激光二极管1输出光端面到棱镜型超强级反光膜5前表面的距离，d为压电模块6的厚度，θ是棱镜型超强级反光膜5的入射角，φ是窄带干涉片4的入射角，neff为窄带干涉片4的折射率。
10、在本专利技术中，激光二极管1的初始波长与窄带干涉片4的透射峰中心波长匹配。
11、本专利技术的激光器的原理是通过同步旋转窄带干涉片4和棱镜型超强级反光膜5，以调协干涉片透射峰中心频率与腔模频率，从而实现大范围连续可调谐，具体实现原理如下：
12、当激光垂直入射到棱镜型超强级反光膜5前表面时，即入射角为0°(在本专利技术中也称为初始角度为0°)，设压电模块6的厚度为d，此时的腔长为l1(即激光二极管输出光端面到棱镜型超强级反光膜5前表面的距离)。
13、(1)已知初始腔长l＝l1，当窄带干涉片4、棱镜型超强级反光膜5和压电模块6一起发生旋转且旋转角度为θ时，腔长则引起的腔长变化量为
14、(2)根据腔长改变半波长时，频率变化c/2l，所以谐振腔抖动δl与腔模频率变化δf的关系为：从而可得腔模频率变化δf与旋转角度θ的关系为：其中f是频率，c是光速，λ是激光二极管1输出初始波长。
15、(3)已知可得腔模波长变化量与压电模块6的厚度及其旋转角度θ的关系为：
16、另一方面，窄带干涉片4的旋转角度(即窄带干涉片的入射角)φ与波长变化的关系的标准公式为：其中λ0为窄带干涉片4与光束垂直时的透射波长，窄带干涉片4的折射率neff取值为2。
17、因此，在本专利技术中，通过选择适当厚度d的压电模块6，使得当干涉片与旋转棱镜型超强级反光膜发生同步旋转时，由干涉片旋转角度引起透射波长的变化量δλif(δλif＝λ0-λ′(φ))与棱镜型超强级反光膜5旋转引起的腔模波长的变化量δλ相等或近似相同(在本专利技术中，“近似相同”理解为误差极小而可视为相等)，从而获得干涉片透射峰中心频率与腔模频率同步变化的效果，解决了只改变腔长导致的可调节激光频率范围小、不连续可调谐等问题，得到大范围连续可调谐的激光器。
18、作为本专利技术的另一种实施方式，所述厚度d满足以下关系：
19、λ(θ)＝λ′(φ)且θ＝φ，其中，
20、
21、
22、λ(θ)为棱镜型超强级反光膜(5)旋转θ时腔模波长，λ′(φ)为窄带干涉片旋转φ时干涉片透射峰中心位置波长，θ是棱镜型超强级反光膜(5)的入射角，φ是窄带干涉片(4)入射角，l1为当棱镜型超强级反光膜(5)入射角为0°时激光二极管(1)输出光端面到棱镜型超强级反光膜(5)前表面的距离，d为压电模块(6)的厚度，λ0为窄带干涉片(4)与光束垂直时的透射波长，neff为窄带干涉片(4)的折射率，n为自然数。
23、即，通过棱镜型超强级反光膜旋转角度和对应腔模波长的关系来选定合适厚度的棱镜型超强级反光膜，从而实现旋转棱镜型超强级反光膜引起的腔模波长变化量与干涉片旋转角度引起透射波长的变化量近似相同。
24、具体实现原理如下：
25、假设光垂直入射到棱镜型超强级反光膜5前表面时，即初始角度为0°，压电模块厚度为d，腔长为l1。
26、(1)初始腔长可得
27、(2)当棱镜型超强级反光膜5旋转θ时，腔长结合(1)可得棱镜型超强级反光膜5旋转角度和对应腔模波长的关系为
28、在本专利技术中，激光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.无跳模大范围连续可调谐外腔半导体激光器，所述激光器包括依序设置在光路上的激光二极管(1)、准直透镜(2)、偏振分光棱镜(3)、窄带干涉片(4)和棱镜型超强级反光膜(5)，其特征在于所述激光器还包括压电模块(6)，窄带干涉片(4)粘接在棱镜型超强级反光膜(5)的前表面，压电模块(6)粘接在棱镜型超强级反光膜(5)的后表面，压电模块(6)具有厚度D，当棱镜型超强级反光膜(5)发生旋转时，旋转轴心位于所述激光器的光路上且与压电模块(6)的后表面重合；
2.根据权利要求1所述的无跳模大范围连续可调谐外腔半导体激光器，其特征在于所述厚度D满足以下关系：
3.权利要求1所述的无跳模大范围连续可调谐外腔半导体激光器，其特征在于所述厚度D满足以下关系：
4.根据权利要求1所述的无跳模大范围连续可调谐外腔半导体激光器，其特征在于在压电模块(7)的后表面设置压电陶瓷(7)。
5.根据权利要求4所述的无跳模大范围连续可调谐外腔半导体激光器，其特征在于在用高精密旋转台(8)替代压电陶瓷(7)，将窄带干涉片(4)、棱镜型超强级反光膜(5)和压电模块(6)
6.根据权利要求1所述的无跳模大范围连续可调谐外腔半导体激光器，其特征在于激光二极管(1)的初始波长与窄带干涉片(4)的透射峰中心波长匹配。
...【技术特征摘要】
1.无跳模大范围连续可调谐外腔半导体激光器，所述激光器包括依序设置在光路上的激光二极管(1)、准直透镜(2)、偏振分光棱镜(3)、窄带干涉片(4)和棱镜型超强级反光膜(5)，其特征在于所述激光器还包括压电模块(6)，窄带干涉片(4)粘接在棱镜型超强级反光膜(5)的前表面，压电模块(6)粘接在棱镜型超强级反光膜(5)的后表面，压电模块(6)具有厚度d，当棱镜型超强级反光膜(5)发生旋转时，旋转轴心位于所述激光器的光路上且与压电模块(6)的后表面重合；
2.根据权利要求1所述的无跳模大范围连续可调谐外腔半导体激光器，其特征在于所述厚度d满足以下关系：
3.权利要求1所述的无跳模大范围连续可调谐外腔半导体激...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈景标，常鹏媛，潘多，葛哲屹，刘天宇，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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