專(zhuān)利名稱(chēng)：Littrow結(jié)構(gòu)光柵外腔半導(dǎo)體激光器及其頻率調(diào)諧方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光柵反饋外腔半導(dǎo)體激光器，特別是指一種Littrow 結(jié)構(gòu)光柵反饋外腔半導(dǎo)體激光器，光柵反饋外腔半導(dǎo)體激光器的頻率 或波長(zhǎng)調(diào)諧，減小調(diào)諧產(chǎn)生的光束平移的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的Littrow結(jié)構(gòu)外腔半導(dǎo)體激光器，如圖1所示。包括半 導(dǎo)體激光管(LD) 1、非球面準(zhǔn)直透鏡(AL) 3、衍射光柵(GT) 12和反射鏡(M) 5。
其中，N表示光柵法線(xiàn)，e表示半導(dǎo)體激光管l發(fā)出的激光經(jīng)非
球面準(zhǔn)直透鏡3準(zhǔn)直后的入射光束在光柵上的入射角或衍射角(衍射 光束與入射光束共線(xiàn)反向)。在Littrow結(jié)構(gòu)外腔半導(dǎo)體激光器中， 半導(dǎo)體激光管1發(fā)出的激光經(jīng)非球面準(zhǔn)直透鏡3準(zhǔn)直后，入射在衍射 光柵12上。衍射光柵12的一級(jí)衍射光與入射光共線(xiàn)反向沿原路返回 到半導(dǎo)體激光管1中，衍射光柵12的零級(jí)衍射或光柵12的鏡反射光 作為輸出光。
在Littrow結(jié)構(gòu)外腔半導(dǎo)體激光器中，激光波長(zhǎng)或頻率的調(diào)諧是 通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)衍射光柵12，改變光柵12對(duì)光線(xiàn)的入射和衍射角實(shí)現(xiàn)的。 然而，在轉(zhuǎn)動(dòng)光柵12的過(guò)程中，作為輸出光的光柵鏡反射光的方向 也將隨之改變。為了消除輸出光束的方向變化，人們采用了附加的與 光柵12平行的反射鏡5。該反射鏡5與光柵12固定成一體且反射表 面與光柵12的表面平行。當(dāng)光柵12旋轉(zhuǎn)時(shí)，反射鏡5也隨之旋轉(zhuǎn)， 從而消除了通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)光柵12調(diào)諧頻率時(shí)輸出光束的方向變化。然
化。也就是在通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)光柵12調(diào)諧激光頻率時(shí)，輸出光束將發(fā)生位置的平移。這對(duì)于許多對(duì)光束位置的準(zhǔn)確性及其穩(wěn)定性有較高要求的 應(yīng)用領(lǐng)域是十分不利的。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提出一種Littrow結(jié)構(gòu)光柵外腔半導(dǎo)體激光器 及其頻率調(diào)諧方法，減小頻率調(diào)諧產(chǎn)生的光束平移變化。
基于上述目的本發(fā)明提供的Littrow結(jié)構(gòu)光柵外腔半導(dǎo)體激光器的 頻率調(diào)諧方法，在該光柵外腔半導(dǎo)體激光器中，半導(dǎo)體激光管發(fā)出的激 光經(jīng)非球面鏡準(zhǔn)直后，入射在光柵上，光柵的一級(jí)衍射光與入射光共線(xiàn) 反向沿原路返回到半導(dǎo)體激光管中，光柵的零級(jí)衍射或光柵的鏡反射光 經(jīng)反射鏡反射后輸出，其中，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)所述光柵進(jìn)行激光頻率選頻時(shí)， 所述反射鏡與光柵成一體旋轉(zhuǎn)，且該反射鏡的反射表面與光柵的衍射表 面成一夾角。
可選的，該方法所述反射鏡的反射表面與光柵的衍射表面成的夾角 (3滿(mǎn)足關(guān)系式u x cos(e)+w x COs(e+P)=0;
其中，w的絕對(duì)值為光柵和反射鏡的共同轉(zhuǎn)動(dòng)中心到反射鏡的反射 表面所在的平面的距離；u的絕對(duì)值為光柵和反射鏡的共同轉(zhuǎn)動(dòng)中心到
光柵衍射表面所在平面的距離；e表示半導(dǎo)體激光管發(fā)出并入射在光柵 上的入射光束形成的入射角或衍射角；
u和w的符號(hào)規(guī)定為，若所述入射或衍射光線(xiàn)與轉(zhuǎn)動(dòng)中心在其基準(zhǔn) 平面的同側(cè)，則為正，反之為負(fù)。其中，u的基準(zhǔn)平面為平面SG, w 的基準(zhǔn)平面為平面SM;夾角P的符號(hào)規(guī)定為，若夾角(3是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)反 射鏡形成的，則為正，反之為負(fù)。
可選的，該方法所述在所述半導(dǎo)體激光器通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)中心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào) ^節(jié)所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置；并通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使反射鏡)和光柵以所述 準(zhǔn)調(diào)諧轉(zhuǎn)動(dòng)中心為軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
可選的，該方法所述光柵和反射鏡以過(guò)所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心且垂直于光 路面的直線(xiàn)為軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
基于上述目的，本發(fā)明還提出了一種Littrow結(jié)構(gòu)光柵外腔半導(dǎo)體激光器，包括半導(dǎo)體激光管、準(zhǔn)直透鏡、光柵和反射鏡；所述半導(dǎo)體 激光管發(fā)出的激光經(jīng)非球面鏡準(zhǔn)直后，入射在光柵上，光柵的一級(jí)衍射 光與入射光共線(xiàn)反向沿原路返回到半導(dǎo)體激光管中，光柵的零級(jí)衍射或 光柵的鏡反射光經(jīng)反射鏡反射后輸出，其中，所述反射鏡與光柵固定成 一體，且該反射鏡的反射表面與光柵的衍射表面成一夾角。
可選的，該光柵外腔半導(dǎo)體激光器中，反射鏡的反射表面與光柵的 衍射表面成的夾角I3滿(mǎn)足關(guān)系式u x cos(e)+w x cos(e+P)=0;
其中，w的絕對(duì)值為光柵和反射鏡的共同轉(zhuǎn)動(dòng)中心到反射鏡的反射
表面所在的平面的距離；u的絕對(duì)值為光柵和反射鏡的共同轉(zhuǎn)動(dòng)中心到 光柵衍射表面所在平面的距離；e表示半導(dǎo)體激光管發(fā)出并入射在光柵 上的入射光束形成的入射角或衍射角；
u和w的符號(hào)規(guī)定為，若所述入射或衍射光線(xiàn)與轉(zhuǎn)動(dòng)中心在其基準(zhǔn) 平面的同側(cè)，則為正，反之為負(fù)。其中，u的基準(zhǔn)平面為平面SG， w 的基準(zhǔn)平面為平面SM;夾角P的符號(hào)規(guī)定為，若夾角(3是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)偏 轉(zhuǎn)反射鏡形成的，則為正，反之為負(fù)。
可選的，該光柵外腔半導(dǎo)體激光器中，所述光柵和反射鏡以過(guò)所述 轉(zhuǎn)動(dòng)中心且垂直于光路面的直線(xiàn)為軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
可選的，該光柵外腔半導(dǎo)體激光器中，在所述半導(dǎo)體激光器中設(shè)置 有轉(zhuǎn)動(dòng)中心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置；
轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使所述反射鏡和光柵以所述準(zhǔn)調(diào)諧轉(zhuǎn)動(dòng)中心為軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
可選的，該光柵外腔半導(dǎo)體激光器中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為轉(zhuǎn) 動(dòng)中心微調(diào)螺釘，所述轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為激光頻率調(diào)諧微調(diào)螺釘；并還包 括有調(diào)節(jié)架動(dòng)板和固定在底板上的調(diào)節(jié)架定板；反射鏡和光柵被固定在 調(diào)節(jié)架動(dòng)板上，激光頻率調(diào)諧微調(diào)螺釘和轉(zhuǎn)動(dòng)中心微調(diào)螺釘設(shè)置在所述 調(diào)節(jié)架定板上；
所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心設(shè)置于轉(zhuǎn)動(dòng)中心微調(diào)螺釘?shù)闹行妮S線(xiàn)上，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn) 動(dòng)中心微調(diào)螺釘帶動(dòng)調(diào)節(jié)架動(dòng)板移動(dòng)，調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置；通過(guò)調(diào)節(jié) 激光頻率調(diào)諧微調(diào)螺釘帶動(dòng)調(diào)節(jié)架動(dòng)板使其上的反射鏡和光柵轉(zhuǎn)動(dòng)。可選的，該光柵外腔半導(dǎo)體激光器中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括 調(diào)節(jié)架壓電陶瓷，設(shè)置在所述調(diào)節(jié)架動(dòng)板和激光頻率調(diào)諧微調(diào)螺釘之 間，用于調(diào)節(jié)架動(dòng)板的轉(zhuǎn)動(dòng)做精細(xì)調(diào)節(jié)。
可選的，該光柵外腔半導(dǎo)體激光器中，所述光柵為衍射光^^、或透 射光柵、或全息光柵。
從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的Littrow結(jié)構(gòu)光柵外腔半導(dǎo) 體激光器及其頻率調(diào)諧方法，克服了 Littrow結(jié)構(gòu)光柵外腔半導(dǎo)體激 光器中，反射鏡必須與光柵平行的思想束繂，創(chuàng)造性的在反射鏡反射 平面與光柵衍射平面之間留有一定夾角，大幅度減小了當(dāng)旋轉(zhuǎn)光柵和 反射鏡進(jìn)行頻率調(diào)諧時(shí)光束的平移變化。使得在通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)光柵調(diào)諧激 光頻率時(shí)，輸出光束將幾乎不發(fā)生位置的平移，解決了長(zhǎng)期以來(lái)困擾 本領(lǐng)域技術(shù)人員的光束平移問(wèn)題。為許多對(duì)光束位置及其穩(wěn)定性有較 高要求的應(yīng)用提供了可調(diào)諧且光束位置更穩(wěn)定的激光器。


圖1為L(zhǎng)ittrow結(jié)構(gòu)外腔半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明減小光束位移Littrow結(jié)構(gòu)外腔半導(dǎo)體激光器實(shí)施例 的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明帶有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的Littrow結(jié)構(gòu)外腔半導(dǎo)體激光器實(shí)施 例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述，其中說(shuō)明本發(fā)明的示例 性實(shí)施例。
本發(fā)項(xiàng)."個(gè)實(shí)施例的Littrow結(jié)構(gòu)外腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)如私.2所 示。包括半導(dǎo)體激光管1、準(zhǔn)直透鏡3、衍射光柵12和偏轉(zhuǎn)反射鏡 5。衍射光柵12和偏轉(zhuǎn)反射鏡5構(gòu)成一體，可以一起圍繞光柵準(zhǔn)同步頻 率調(diào)諧轉(zhuǎn)動(dòng)中心Pq轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)激光頻率的調(diào)諧。
半導(dǎo)體激光管1發(fā)出的激光經(jīng)非球面準(zhǔn)直透鏡3準(zhǔn)直后，入射在衍射光柵12上。衍射光柵12的一級(jí)衍射光與入射光共線(xiàn)反向沿原路 返回到半導(dǎo)體激光管1中，衍射光柵12的零級(jí)衍射或光柵12的鏡反 射光作為輸出光經(jīng)偏轉(zhuǎn)反射鏡5反射后輸出。
其中，n表示光柵法線(xiàn)，e表示半導(dǎo)體激光管1發(fā)出的激光經(jīng)非
球面準(zhǔn)直透鏡3準(zhǔn)直后的入射光束在光柵上的入射角或衍射角(衍射 光束與入射光束共線(xiàn)反向)。SL表示半導(dǎo)體激光管1等效后表面，它 垂直于半導(dǎo)體激光管1發(fā)出的所述光束的中心線(xiàn)，距所述光束中心線(xiàn) 和光柵表面的交點(diǎn)Q的距離等于Q點(diǎn)到半導(dǎo)體激光管1后表面的光學(xué) 距離(由于受半導(dǎo)體激光管1的增益介質(zhì)和準(zhǔn)直透鏡3折射率等因素 影響，該光學(xué)距離與半導(dǎo)體激光管1到所述Q點(diǎn)的實(shí)際距離相比略 長(zhǎng)。也就是說(shuō)平面SL相對(duì)于實(shí)際的半導(dǎo)體激光管l后表面更遠(yuǎn)離Q 點(diǎn))；SG表示光柵衍射表面所在平面；SM表示偏轉(zhuǎn)反射鏡5的反射 表面所在的平面。
為了方便描述，在光路面建立坐標(biāo)系xOy， x軸為半導(dǎo)體激光管 l發(fā)出的所述光束中心線(xiàn)，方向?yàn)樗龉馐鴤鬏敺较颍粂軸為平面SL 與光路面的交線(xiàn)，方向?yàn)閤軸順時(shí)針90度方向；坐標(biāo)原點(diǎn)O為所述 光束的中心線(xiàn)與平面SL的交點(diǎn)。x的絕對(duì)值為光柵12和反射鏡5的 共同轉(zhuǎn)動(dòng)中心P到平面SL的距離；w的絕對(duì)值為光柵12和反射鏡5 的共同轉(zhuǎn)動(dòng)中心P到平面SM的距離；u的絕對(duì)值為光柵12和反射鏡 5的共同轉(zhuǎn)動(dòng)中心P到平面SG的距離；y的絕對(duì)值為光柵12和反射鏡 5的共同轉(zhuǎn)動(dòng)中心P到光柵12的入射或衍射光線(xiàn)的距離。P為平面SG 與平面SM的夾角。光柵12和偏轉(zhuǎn)反射鏡5以過(guò)所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心P且垂 直于光路面的直線(xiàn)為軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
在本發(fā)明實(shí)施例中，偏轉(zhuǎn)反射鏡5的反射表面SM與光柵12衍射 表面SG是不平行的。
并且，通過(guò)長(zhǎng)期研究和大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其夾角為P、入射角或衍射 角為e、所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心P到平面SM的距離w、所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心P到平面 SG的距離u滿(mǎn)足下列關(guān)系<formula>formula see original document page 9</formula>由圖2所示，上式中表示相互位置的參數(shù)u和w的符號(hào)規(guī)定為， 若所述入射或衍射光線(xiàn)與轉(zhuǎn)動(dòng)中心在其基準(zhǔn)平面的同側(cè)，則為正，反之 為負(fù)。其中，u的基準(zhǔn)平面為平面SG， w的基準(zhǔn)平面為平面SM。夾角 p的符號(hào)規(guī)定為，若夾角P是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)反射鏡形成的，則為正，反 之，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)反射鏡5形成的為負(fù)，可以看出圖2中的夾角|3為 正。公式(1)表示，P角的選擇與u和w的比值以及光柵的入射或衍射角e有關(guān)。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出，當(dāng)滿(mǎn)足上述公式時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)光柵12和偏轉(zhuǎn)反射 鏡5進(jìn)行輸出光頻率調(diào)節(jié)時(shí)，所產(chǎn)生的輸出光平移變化明顯小于光柵 12和偏轉(zhuǎn)反射鏡5平行的情況。為實(shí)現(xiàn)上述調(diào)節(jié)，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在所述半導(dǎo)體激光器中 設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)中心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心P的位置；并設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng) 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使偏轉(zhuǎn)反射鏡5和光柵12以所述準(zhǔn)調(diào)諧轉(zhuǎn)動(dòng)中心P為軸轉(zhuǎn) 動(dòng)。下面一個(gè)例子進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，如圖3所示，Littrow結(jié)構(gòu)外腔半導(dǎo) 體激光器包括半導(dǎo)體激光管1、半導(dǎo)體激光管熱沉2、非球面準(zhǔn)直透 鏡3、準(zhǔn)直鏡架4、偏轉(zhuǎn)反射鏡5、調(diào)節(jié)架動(dòng)板6、調(diào)節(jié)架定^反7、激光 頻率調(diào)諧微調(diào)螺釘8、轉(zhuǎn)動(dòng)中心微調(diào)螺釘9、調(diào)節(jié)架壓電陶資10、底板 11和4汙射光4冊(cè)12。半導(dǎo)體激光管1通過(guò)熱沉2釆用溫度傳感器和半導(dǎo)體制冷器實(shí)現(xiàn)溫 度控制。準(zhǔn)直透鏡3通過(guò)鏡架4被調(diào)整和固定。反射鏡5和衍射光柵12 被固定在調(diào)節(jié)架動(dòng)板6上，其方向可通過(guò)調(diào)節(jié)架定板7上的調(diào)節(jié)螺釘8 和9進(jìn)行調(diào)整，還可通過(guò)動(dòng)板6上的壓電陶瓷10進(jìn)行細(xì)調(diào)。外腔和光 柵12的選頻作用可通^t轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)架動(dòng)板6繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心P轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。.例 如通過(guò)微調(diào)螺釘8改變反射鏡5的角度進(jìn)行粗調(diào)，或經(jīng)過(guò)在壓電陶瓷10 施加控制電壓進(jìn)行細(xì)調(diào)。裝有調(diào)節(jié)螺釘8和9的調(diào)節(jié)架定板7被固定在 底板11上。其中，轉(zhuǎn)動(dòng)中心微調(diào)螺釘9為所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；激光頻率調(diào)諧微調(diào)螺釘8和調(diào)節(jié)架壓電陶瓷10為所述轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。本實(shí)施例中 轉(zhuǎn)動(dòng)中心p可設(shè)置于轉(zhuǎn)動(dòng)中心微調(diào)螺釘9的中心軸線(xiàn)上，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng) 中心微調(diào)螺釘9帶動(dòng)調(diào)節(jié)架動(dòng)板6移動(dòng)，調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)中心P的位置。通過(guò) 調(diào)節(jié)激光頻率調(diào)諧微調(diào)螺釘8帶動(dòng)調(diào)節(jié)架動(dòng)板6使其上的反射鏡5和衍 射光柵12轉(zhuǎn)動(dòng)，并可進(jìn)一步通過(guò)調(diào)節(jié)架壓電陶瓷10進(jìn)行微調(diào)。功率30mW波長(zhǎng)為689nm的半導(dǎo)體激光管1發(fā)出的激光光束，經(jīng) 過(guò)焦距為4mm，數(shù)值孔徑為0.6的非球面準(zhǔn)直透鏡3準(zhǔn)直后，入射在刻 線(xiàn)密度為 1800g/mm、 具有合適的4汙射效率、刻線(xiàn)面積大小為12.5mm x 12.5mm、厚度為6mm的閃耀衍射光柵12上，光柵12的零階衍射光 或直接鏡反射光作為激光器的輸出光束。光柵12的一級(jí)衍射光，沿著 與原入射光束共線(xiàn)反向的路徑返回到半導(dǎo)體激光管1中。本實(shí)施例中，Littrow結(jié)構(gòu)外腔半導(dǎo)體激光器的參數(shù)選擇為 9=38.3。， u;18.8mm，w=23.1mm,根據(jù)公式(1 )可以得出(3=11.8。。 對(duì)于過(guò)去的常規(guī)方法，即(3=0。，若保持光柵12與偏轉(zhuǎn)反射鏡5之間的 光線(xiàn)長(zhǎng)度a不變，則有w=24.2mm。以這些參數(shù)為基礎(chǔ)，下面比較產(chǎn)生 的光束平移量?？紤]士30nm的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍，相應(yīng)的調(diào)節(jié)架動(dòng)板6，即光柵12和 偏轉(zhuǎn)反射鏡5的角度變化量為±2°。如果選用過(guò)去的常規(guī)方法，可得到 光束平移量為0.6mm。若采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)，光束平移量為-6.9pm。與 過(guò)去常規(guī)方法相比，光束的平移減少了 80多倍。這已經(jīng)覆蓋了大部分 可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍。若考慮士10nm的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍，相應(yīng)的調(diào)節(jié)架動(dòng)板6，即光柵12 和偏轉(zhuǎn)反射鏡5的角度變化量為±0.65°。如果選用過(guò)去的常規(guī)方法，可 得到光束平移量為0.2mm。若采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)，光束平移量為-0.78jim。與過(guò)去常Mi方法相比，光束的平移減少了 240多倍。而若考慮土5nm的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍，相應(yīng)的調(diào)節(jié)架動(dòng)板6,即光柵12 和偏轉(zhuǎn)反射鏡5的角度變化量為士0.33。。如果選用過(guò)去的常規(guī)方法，可 得到光束平移量為O.lmm。若采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)，光束平移量為-0.2pm。與過(guò)去常^見(jiàn)方法相比，光束的平移減少了 490多倍。而若考慮士2nm的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍，相應(yīng)的調(diào)節(jié)架動(dòng)板6，即光柵12 和偏轉(zhuǎn)反射鏡5的角度變化量為±0.13°。如果選用過(guò)去的常規(guī)方法，可 得到光束平移量為40|im。若釆用本發(fā)明的設(shè)計(jì)，光束平移量為-32nm。與過(guò)去常^L方法相比，光束的平移減少了 1200多倍。
可以看出，調(diào)諧范圍越小，位移量被減小的程度越大。這是位移變 化的余旋函數(shù)特性所決定的。實(shí)際上，這時(shí)的激光束的位移已經(jīng)感覺(jué)不 出。許多情況下，該位移已經(jīng)主要由其它條件決定，或被其它因素的影 響所覆蓋，例如機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、溫度變化、外界振動(dòng)和音頻噪聲 等。
上述方案中的半導(dǎo)體激光管1也可選用其它波長(zhǎng)，其它輸出功率； 光柵12也可釆用其它類(lèi)型的光柵，比如透射光柵或全息光柵等，也 可由其它刻線(xiàn)密度和大小厚度構(gòu)成；準(zhǔn)直透鏡也可以采用其它焦距和數(shù) 值孔徑，u和w值也可采用其它數(shù)值，光柵12和偏轉(zhuǎn)反射鏡5的共同 轉(zhuǎn)動(dòng)中心p也可選在其它位置。
本發(fā)明的描述是為了示例和說(shuō)明起見(jiàn)而給出的，而并不是無(wú)遺漏的 或者將本發(fā)明限于所公開(kāi)的形式。很多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員而言是顯然的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說(shuō)明本發(fā)明的原理 和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適 于特定用途的帶有各種修改的各種
權(quán)利要求
1.一種Littrow結(jié)構(gòu)光柵外腔半導(dǎo)體激光器的頻率調(diào)諧方法，在該光柵外腔半導(dǎo)體激光器中，半導(dǎo)體激光管(1)發(fā)出的激光經(jīng)非球面鏡(3)準(zhǔn)直后，入射在光柵(12)上，光柵(12)的一級(jí)衍射光與入射光共線(xiàn)反向沿原路返回到半導(dǎo)體激光管(1)中，光柵(12)的零級(jí)衍射或光柵(12)的鏡反射光經(jīng)反射鏡(5)反射后輸出，其特征在于，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)所述光柵(12)進(jìn)行激光頻率選頻時(shí)，所述反射鏡(5)與光柵(12)成一體旋轉(zhuǎn)，且該反射鏡(5)的反射表面與光柵(12)的衍射表面成一夾角。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述反射鏡(5)的 反射表面與光柵(12)的衍射表面成的夾角P滿(mǎn)足關(guān)系式uxcos(e)+wx cos(e+p)=0;其中，w的絕對(duì)值為光柵(12)和反射鏡(5)的共同轉(zhuǎn)動(dòng)中心到 反射鏡(5)的反射表面所在的平面的距離；u的絕對(duì)值為光柵(12) 和反射鏡(5)的共同轉(zhuǎn)動(dòng)中心到光柵(12)衍射表面所在平面的距 離；e表示半導(dǎo)體激光管(1)發(fā)出并入射在光柵(12)上的入射光束形 成的入射角或衍射角；u和w的符號(hào)規(guī)定為，若所述入射或衍射光線(xiàn)與轉(zhuǎn)動(dòng)中心在其基準(zhǔn) 平面的同側(cè)，則為正，反之為負(fù)。其中，u的基準(zhǔn)平面為平面SG， w 的基準(zhǔn)平面為平面SM;夾角p的符號(hào)規(guī)定為，若夾角P是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)反 射鏡形成的，則為正，反之為負(fù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體激 光器通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)中心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置；并通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié) 機(jī)構(gòu)使反射鏡(5)和光柵(12)以所述準(zhǔn)調(diào)諧轉(zhuǎn)動(dòng)中心為軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光柵(12 ) 和反射鏡(5)以過(guò)所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心且垂直于光路面的直線(xiàn)為軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
5. —種Littrow結(jié)構(gòu)光柵外腔半導(dǎo)體激光器，包括半導(dǎo)體激光管 (1)、準(zhǔn)直透鏡(3)、光柵(12)和反射鏡(5);所述半導(dǎo)體激光管(1)發(fā)出的激光經(jīng)非球面鏡(3)準(zhǔn)直后，入射在光柵(12)上，光柵(1 )中，光柵(12 )的零級(jí)衍射或光柵(12 )的鏡反射光經(jīng)反射鏡 (5)反射后輸出，其特征在于，所述反射鏡(5)與光柵(12)固定成 一體，且該反射鏡(5)的反射表面與光柵(12)的衍射表面成一夾角。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述反射鏡 (5)的反射表面與光柵(12)的衍射表面成的夾角(3滿(mǎn)足關(guān)系式uxcos(e)+w x cos(e+p)=0;其中，w的絕對(duì)值為光柵(12)和反射鏡(5)的共同轉(zhuǎn)動(dòng)中心到 反射鏡(5)的反射表面所在的平面的距離；u的絕對(duì)值為光柵(12) 和反射鏡(5)的共同轉(zhuǎn)動(dòng)中心到光柵(12)衍射表面所在平面的距 離；e表示半導(dǎo)體激光管(1)發(fā)出并入射在光柵(12)上的入射光束形 成的入射角或衍射角；u和w的符號(hào)規(guī)定為，若所述入射或衍射光線(xiàn)與轉(zhuǎn)動(dòng)中心在其基準(zhǔn) 平面的同側(cè)，則為正，反之為負(fù)。其中，u的基準(zhǔn)平面為平面SG, w 的基準(zhǔn)平面為平面SM;夾角(3的符號(hào)規(guī)定為，若夾角P是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)反 射鏡形成的，則為正，反之為負(fù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述光 柵(12)和反射鏡(5)以過(guò)所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心且垂直于光路面的直線(xiàn)為 軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，在所述 半導(dǎo)體激光器中設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)中心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位 置；轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使所述反射鏡(5)和光柵(12)以所述準(zhǔn)調(diào)諧轉(zhuǎn) 動(dòng)中心為軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)中 心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為轉(zhuǎn)動(dòng)中心微調(diào)螺釘(9)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為激光頻率調(diào) 諧微調(diào)螺釘(8);并還包括有調(diào)節(jié)架動(dòng)板(6)和固定在底板(11)上的調(diào)節(jié)架定板(7);所述反射鏡(5)和光柵(12)被固定在調(diào)節(jié)架動(dòng) 板(6)上，激光頻率調(diào)諧微調(diào)螺釘(8)和轉(zhuǎn)動(dòng)中心微調(diào)螺釘(9)設(shè) 置在所述調(diào)節(jié)架定板(7)上；所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心設(shè)置于轉(zhuǎn)動(dòng)中心微調(diào)螺釘(9)的中心軸線(xiàn)上，通過(guò) 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)中心微調(diào)螺釘(9)帶動(dòng)調(diào)節(jié)架動(dòng)板(6)移動(dòng)，調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)中心 的位置；通過(guò)調(diào)節(jié)激光頻率調(diào)諧微調(diào)螺釘(8)帶動(dòng)調(diào)節(jié)架動(dòng)板(6)使 其上的反射鏡(5)和光柵(12)轉(zhuǎn)動(dòng)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng) 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括調(diào)節(jié)架壓電陶瓷(IO)，設(shè)置在所述調(diào)節(jié)架動(dòng)板(6) 和激光頻率調(diào)諧微調(diào)螺釘(8)之間，用于調(diào)節(jié)架動(dòng)板(6)的轉(zhuǎn)動(dòng)做精 細(xì)調(diào)節(jié)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述光柵 (12)為衍射光柵、或透射光柵、或全息光柵。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種Littrow結(jié)構(gòu)光柵外腔半導(dǎo)體激光器及其頻率調(diào)諧方法，在該光柵外腔半導(dǎo)體激光器中，半導(dǎo)體激光管(1)發(fā)出的激光經(jīng)非球面鏡(3)準(zhǔn)直后，入射在光柵(12)上，光柵(12)的一級(jí)衍射光與入射光共線(xiàn)反向沿原路返回到半導(dǎo)體激光管(1)中，光柵(12)的零級(jí)衍射或光柵(12)的鏡反射光經(jīng)反射鏡(5)反射后輸出，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)所述光柵(12)進(jìn)行激光頻率選頻時(shí)，所述反射鏡(5)與光柵(12)成一體旋轉(zhuǎn)，且該反射鏡(5)的反射表面與光柵(12)的衍射表面成一夾角。本發(fā)明方案大幅度減小了當(dāng)光柵和反射鏡旋轉(zhuǎn)時(shí)光束的平移變化。
文檔編號(hào)H01S5/00GK101630810SQ20081011663
公開(kāi)日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2008年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月14日
發(fā)明者方占軍, 曹建平, 燁 李, 臧二軍 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院