專利名稱：一種使半導(dǎo)體激光列陣輸出雙波長的外腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種使半導(dǎo)體激光列陣輸出雙波長的外腔，屬于半導(dǎo)體激光器 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雙波長激光器是一種能同時輸出兩個不同波長激光的特殊激光光源。由 于多個波長的激光同時與物質(zhì)相互作用時有著與單波長不同的效應(yīng)，多波長 激光器特別是雙波長激光器在一些科技領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，例如雙波長干 涉儀、差分吸收激光雷達、太赫茲電磁波的產(chǎn)生等。目前已在多種激光器中 實現(xiàn)了雙波長輸出，有些還具有較好的輸出性能，但各自還有一些缺點如體 積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等而不能真正得到廣泛應(yīng)用，因此需要研制一種能夠同時 輸出兩個波長，簡單、實用的雙波長激光器。
目前研究的雙波長激光器已有十多種，涉及染料激光器、固體激光器、 光纖激光器、半導(dǎo)體激光器等多種類型。其中雙波長半導(dǎo)體激光器，由于具 有半導(dǎo)體激光器體積小、重量輕、壽命長、效率高等優(yōu)點，成為研究最多， 應(yīng)用前景最為廣泛的多波長激光器之一。
外腔方法就是在半導(dǎo)體激光器原輸出端面鍍增透膜，使原有的諧振腔失 去作用，在原諧振腔外放置選頻反饋元件，外腔方法設(shè)計靈活，容易實現(xiàn)， 是實現(xiàn)半導(dǎo)體激光器雙波長輸出的研究最多的一種方法。目前雙波長外腔激 光器研究中，采用最多的是傅立葉變換外腔，入射光束通過光柵分光，透鏡 準直后，在透鏡焦點的濾波器上進行選頻反饋，以得到需要的波長。濾波器 可有多種結(jié)構(gòu)，如窄頻濾波器、三棱鏡、雙臂反饋結(jié)構(gòu)等。雙波長外腔端面 上有兩個反饋點，可以從激光器輸出的光譜中選擇出兩個窄頻波長反饋回激 光器內(nèi)腔，通過諧振加強后輸出雙波長激光。如果在單管半導(dǎo)體激光器上應(yīng) 用這種外腔方法，雖然可以產(chǎn)生雙波長輸出，但輸出功率較低。如果在半導(dǎo)
體激光列陣上應(yīng)用這種方法，兩個反饋點都是將激光束沿原路返回相應(yīng)的發(fā) 光單元，不能提高半導(dǎo)體激光列陣各發(fā)光單元之間的耦合，從而不能提高半 導(dǎo)體激光列陣整體的相干性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種使半導(dǎo)體激光列陣輸出雙波長的外腔，該外腔不僅可 以得到輸出功率高、光學(xué)相干性高的雙波長激光輸出，而且大大提供了光束質(zhì)量。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。本發(fā)明包括沿光束傳 播方向依次設(shè)置的半導(dǎo)體激光列陣、快軸準直透鏡、體全息光柵和平凹柱面 透鏡，半導(dǎo)體激光列陣的輸出端面鍍增透膜，平凹柱面透鏡表面鍍部分反射 膜，平凹柱面透鏡與半導(dǎo)體激光列陣的距離等于平凹柱面透鏡的焦距。從半 導(dǎo)體激光列陣發(fā)出的激光先過快軸準直透鏡準直，準直后的光束經(jīng)過體全息 光柵，體全息光柵將選定的波長反射回半導(dǎo)體激光列陣的增益介質(zhì)中形成激
光振蕩輸出；產(chǎn)生振蕩的激光束到達平凹柱面透鏡后，由于平凹柱面透鏡上 面鍍部分反射膜，使到達平凹柱面透鏡的激光束部分發(fā)射回半導(dǎo)體激光列陣， 形成另一部分輸出。
本發(fā)明中，半導(dǎo)體激光列陣發(fā)光端面鍍增透膜，使原有的諧振腔結(jié)構(gòu)被 破壞，與體全息光柵和平凹柱面透鏡組成新的外腔結(jié)構(gòu)。體全息光柵為反射
光柵，其反射波長由布拉格條件決定，其放置的位置盡量靠近快軸準直透鏡。 平凹柱面透鏡的表面鍍部分反射膜，放置的位置在體全息光柵后，距離半導(dǎo) 體激光列陣1一倍焦距處，凹面對著半導(dǎo)體激光列陣，口徑大于該處的光斑 尺寸。
半導(dǎo)體激光列陣的發(fā)光單元發(fā)出數(shù)條激光束，在快軸方向發(fā)散角為30° 40° ，經(jīng)過快軸準直柱透鏡的準直后，快軸發(fā)散角被壓縮成小于0.125度。 體全息光柵是反射型，將選定的波長反射回半導(dǎo)體激光列陣的增益介質(zhì)，使 其產(chǎn)生激光振蕩，未被選定的波長將透過體全息光柵，不能回到增益介質(zhì)，
由于損耗過大而熄滅。產(chǎn)生振蕩的激光束到達平凹柱面透鏡后，由于該透鏡 鍍有部分反射膜， 一部分激光束反射回半導(dǎo)體激光列陣的增益介質(zhì)，由于經(jīng) 過體全息光柵和平凹柱面透鏡的兩次反饋，半導(dǎo)體激光列陣產(chǎn)生雙波長輸出。 同時，由于平凹柱面透鏡成像的特點，激光束不能沿原光路返回，而是與原 光路有一定夾角返回。通過選擇平凹柱面透鏡的焦距和擺放位置，可以使半 導(dǎo)體激光列陣中第一個發(fā)光單元發(fā)射的激光束反射回第二個發(fā)光單元，而回 到第一個發(fā)光單元的反饋光是第三個發(fā)光單元產(chǎn)生的。這樣，在半導(dǎo)體激光 列陣的各發(fā)光單元之間建立了光學(xué)耦合，提高了列陣整體的相干性。由于體 全息光柵反射固定的波長，雙波長之間的間隔不隨工作環(huán)境溫度的改變而變 化。這樣，半導(dǎo)體激光列陣實現(xiàn)了高相干性的雙波長輸出，工作環(huán)境溫度變 化時，雙波長之間的間隔保持恒定。
本發(fā)明采用了體全息光柵和平凹柱面透鏡組合的外腔結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了輸出 功率高、光學(xué)相干性高的雙波長半導(dǎo)體激光輸出，并且雙波長之間的間隔不 隨環(huán)境溫度的變化而改變。


圖1是本發(fā)明中半導(dǎo)體激光列陣外腔結(jié)構(gòu)示意圖
圖中1、半導(dǎo)體激光陣列，2、快軸準直柱透鏡，3、體全息光柵，4、
平凹柱面透鏡。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明不限于這些實 施例。
如圖1所示，本實施例包括沿光束傳播方向依次放置半導(dǎo)體激光列陣1、
快軸準直柱透鏡2、體全息光柵3和平凹柱面透鏡4。半導(dǎo)體激光列陣1是808nm 的無鋁量子阱結(jié)構(gòu)，有19個發(fā)光單元，在發(fā)光端面鍍808nm增透膜。快軸準 直柱透鏡2的軸線與光束傳播方向垂直。體全息光柵的中心波長為 807. 5±lnm，峰值反射率為20%，反射帶寬小于0. 5nm，尺寸大小為12X1.2
X0.73mm，位置緊靠快軸準直鏡2，與半導(dǎo)體激光陣列1的距離小于5mm。平凹柱面鏡4的曲率半徑為300mm，焦距為150mm，并對808nm的波長鍍60%的 反射膜，與半導(dǎo)體激光列陣1的距離等于其焦距。
在工作電流20A時，測量輸出光譜，得到雙波長輸出，兩個中心波長分 別為803. 8nm和805. 6腿，波長間隔1. 8nm，兩個波長的光譜線寬(FWHM)都 小于0.2nm，環(huán)境工作溫度在15 — 30攝氏度之間變化時，兩中心波長分別為 在802. 2nm到805. 6nm和804，到807. 4nm之間變化，而波長間隔始終保持 在1.8nm左右不變。輸出功率穩(wěn)定在3.6W。得到了窄光譜，高功率的雙波長 半導(dǎo)體激光輸出。
權(quán)利要求
1、一種使半導(dǎo)體激光列陣輸出雙波長的外腔，其特征在于包括沿光束傳播方向依次設(shè)置的半導(dǎo)體激光列陣(1)、快軸準直透鏡(2)、體全息光柵(3)和平凹柱面透鏡(4)，半導(dǎo)體激光列陣(1)的輸出端面鍍增透膜，平凹柱面透鏡(4)表面鍍部分反射膜，平凹柱面透鏡(4)表面鍍部分反射膜，平凹柱面透鏡(4)與半導(dǎo)體激光列陣(1)的距離等于平凹柱面透鏡(4)的焦距；從半導(dǎo)體激光列陣(1)發(fā)出的激光先過快軸準直透鏡(2)準直，準直后的光束經(jīng)過體全息光柵(3)，體全息光柵(3)將選定的波長反射回半導(dǎo)體激光列陣(1)的增益介質(zhì)中形成激光振蕩輸出；產(chǎn)生振蕩的激光束到達平凹柱面透鏡(4)后，由于平凹柱面透鏡(4)上面鍍部分反射膜，使到達平凹柱面透鏡(4)的激光束部分發(fā)射回半導(dǎo)體激光列陣(1)，形成另一部分輸出。
全文摘要
本發(fā)明是一種使半導(dǎo)體激光列陣輸出雙波長的外腔，屬于半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域。本發(fā)明包括沿光束傳播方向依次設(shè)置的半導(dǎo)體激光列陣、快軸準直透鏡、體全息光柵和平凹柱面透鏡。從半導(dǎo)體激光列陣發(fā)出的激光先過快軸準直透鏡準直，準直后的光束經(jīng)過體全息光柵，體全息光柵將選定的波長反射回半導(dǎo)體激光列陣的增益介質(zhì)中形成激光振蕩輸出；產(chǎn)生振蕩的激光束到達平凹柱面透鏡后，由于平凹柱面透鏡上面鍍部分反射膜，使到達平凹柱面透鏡的激光束部分發(fā)射回半導(dǎo)體激光列陣，形成另一部分輸出。本發(fā)明采用了體全息光柵和平凹柱面透鏡組合的外腔結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了輸出功率高、光學(xué)相干性高的雙波長半導(dǎo)體激光輸出，并且雙波長之間的間隔不隨環(huán)境溫度的變化而改變。
文檔編號H01S5/00GK101383485SQ20081022355
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月8日
發(fā)明者鵬 丁, 左鐵釧, 康治軍, 王智勇 申請人:北京工業(yè)大學(xué)