專利名稱：一種無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光
O
背景技術(shù)：
光源的波長(zhǎng)調(diào)諧技術(shù)是激光技術(shù)中的重要組成部分，而可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器(GTECL，Grating-tuned external cavity lasers)由于可以產(chǎn)生頻率可調(diào)諧、窄線寬 和高光學(xué)相干性的激光光束，因此已經(jīng)逐步成為高分辨率光譜測(cè)量、光通信、激光計(jì)量、光 存儲(chǔ)、原子鐘、光纖陀螺以及生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)等多種應(yīng)用設(shè)備的核心光源部件，并已被廣泛地 應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在現(xiàn)有技術(shù)中，可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器一般有兩種類型。一種是 利特洛(Littrow)型可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器，另一種是利特曼-邁特考夫 (Littman-Metcalf)型可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器。其中，由于Littman-Metcalf型可調(diào) 諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器可通過(guò)其緊湊的諧振腔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生寬頻帶、無(wú)跳模調(diào)諧的激光束， 因此Littman-Metcalf型可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器已成為現(xiàn)有技術(shù)中可調(diào)諧半導(dǎo)體 激光器的主要產(chǎn)品和設(shè)計(jì)之一。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中Littman-Metcalf型可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器的示意圖。 如圖1所示，該Littman-Metcalf型可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器中包括增益介質(zhì)(gain medium) 101、準(zhǔn)直透鏡102、衍射光柵(diffraction grating) 103和光波反射器108。其中， 上述的增益介質(zhì)101可用于產(chǎn)生穩(wěn)定的光增益，并對(duì)進(jìn)入該增益介質(zhì)101的激光進(jìn)行放大。 因此，上述增益介質(zhì)101—般可以是半導(dǎo)體激光器(Laser diode)、二極管激光器、或者是 二極管發(fā)射器芯片(例如，常用的Fabry-Per0型二極管發(fā)射器芯片，或其它具有類似功能 的器件)。如圖1所示，上述增益介質(zhì)101具有一個(gè)后表面106和一個(gè)前表面107，該增益介 質(zhì)101中所產(chǎn)生的光束經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡102后可得到一平行光束，該平行光束入射到衍射光 柵103上后被該衍射光柵103衍射；其中，由于衍射而產(chǎn)生的零級(jí)衍射光可直接作為輸出激 光104 ；而一級(jí)衍射光則衍射至光波反射器108，然后沿原入射光路返回增益介質(zhì)101中， 在增益介質(zhì)101中經(jīng)過(guò)振蕩、放大后，成為輸出激光105，從而實(shí)現(xiàn)窄線寬的單縱模(SLM， single longitudinalmode)激光輸出。在上述的可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器中，所述光波反射器108可繞旋轉(zhuǎn)軸L旋 轉(zhuǎn)。其中，所述旋轉(zhuǎn)軸L位于增益介質(zhì)101的后表面106的延長(zhǎng)線、衍射光柵103的衍射表 面的延長(zhǎng)線與光波反射器108的反射表面延長(zhǎng)線的交點(diǎn)上，且該旋轉(zhuǎn)軸L垂直于紙面方向； G點(diǎn)為光軸100與衍射光柵103衍射表面的交點(diǎn)；Q點(diǎn)為通過(guò)G點(diǎn)的衍射光線與光波反射器 108的交點(diǎn)。在上述可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器中，衍射光柵103固定不動(dòng)，而光波反射器 108則可繞固定的旋轉(zhuǎn)軸L旋轉(zhuǎn)。當(dāng)光波反射器108繞旋轉(zhuǎn)軸L旋轉(zhuǎn)時(shí)，衍射角θ發(fā)生改變，外腔腔長(zhǎng)(即M、G兩點(diǎn)之間的距離與G、Q點(diǎn)兩點(diǎn)之間的光路的總和)也發(fā)生改變；當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸L處于合適的位置時(shí)，可使得此時(shí)的激光器的外腔腔長(zhǎng)變化與激光器波長(zhǎng)的變化同 步，因而可使得模數(shù)N保持為一個(gè)常量，所以可在激光頻率發(fā)生變化的同時(shí)維持模數(shù)N不 變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光頻率的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧。上述Littman-Metcalf型可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器雖然可產(chǎn)生覆蓋整個(gè)由 衍射光柵所產(chǎn)生的光譜范圍的最大的無(wú)跳模調(diào)諧范圍，但是，由于上述光波反射器108的 位置一般距旋轉(zhuǎn)軸L中心較遠(yuǎn)，所以只能采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)方式來(lái)驅(qū)動(dòng)光波反射器108，以實(shí)現(xiàn) 激光波長(zhǎng)或頻率的改變與調(diào)諧。在實(shí)際的應(yīng)用情況下，上述Littman-Metcalf型可調(diào)諧光 柵外腔半導(dǎo)體激光器中復(fù)雜的機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及超大尺寸的光波反射器，嚴(yán)重制約了該激 光器的頻率調(diào)諧和重復(fù)掃描速度；而且，由于工業(yè)制造技術(shù)以及調(diào)試手段的限制，圖1所示 的可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器一般都存在光學(xué)器件色散和機(jī)械位置不對(duì)準(zhǔn)的問(wèn)題，從而 也大大限制了該激光器的無(wú)跳模調(diào)諧范圍。綜上可知，現(xiàn)有技術(shù)中所使用的激光器中存在著上述的諸多問(wèn)題，從而大大限制 了可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器在各種領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，人們非常需要一種可實(shí)現(xiàn)連 續(xù)無(wú)跳模、且制造成本低、結(jié)構(gòu)緊湊的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光頻率的 無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的主要目的在于提供一種無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光 器，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)激光頻率的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧，提高頻率調(diào)諧穩(wěn)定性，并降低所述激光器的 生產(chǎn)成本。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，該激光器包括增益介質(zhì)、第一準(zhǔn)直透鏡、衍 射光柵、第二準(zhǔn)直透鏡、第三準(zhǔn)直透鏡、光束反射器和調(diào)諧裝置；所述增益介質(zhì)輸出的相干光束經(jīng)過(guò)所述第一準(zhǔn)直透鏡后成被校準(zhǔn)成為平行光束， 所述平行光束被所述衍射光柵衍射后，部分衍射光束作為第一輸出激光被輸出；另一部分 衍射光束經(jīng)過(guò)由所述第二準(zhǔn)直透鏡和所述第三準(zhǔn)直透鏡組成的倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)垂直入射到 所述光束反射器后，被所述光束反射器反射并沿原入射光路返回至所述增益介質(zhì)中；當(dāng)所 述返回至所述增益介質(zhì)的光束經(jīng)過(guò)所述增益介質(zhì)的放大并達(dá)到或超過(guò)預(yù)先設(shè)定的激光器 振蕩閾值時(shí)，所述返回至所述增益介質(zhì)的光束的一部分作為第二輸出激光經(jīng)由所述增益介 質(zhì)的后表面被輸出；所述返回至所述增益介質(zhì)的光束的其余部分將被所述增益介質(zhì)的后表 面反射后再次放大并輸出到所述衍射光柵和所述光束反射器，并被所述光束反射器反射后 再次沿入射光路返回至所述增益介質(zhì)的后表面；其中，所述第三準(zhǔn)直透鏡和光束反射器設(shè)置于所述調(diào)諧裝置上；所述調(diào)諧裝置，用于驅(qū)動(dòng)所述第三準(zhǔn)直透鏡在衍射光線所在的光路平面內(nèi)沿垂直 于所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸的方向平動(dòng)，并同時(shí)驅(qū)動(dòng)所述光束反射器沿所述倒望遠(yuǎn)鏡 系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸平動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所輸出的激光頻率的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧。所述調(diào)諧裝置包括第一驅(qū)動(dòng)部件和第二驅(qū)動(dòng)部件；其中，所述第一驅(qū)動(dòng)部件，用于支撐或設(shè)置所述第三準(zhǔn)直透鏡，并驅(qū)動(dòng)所述第三準(zhǔn)直透鏡在衍射光線所在的光路平面內(nèi)沿垂直于所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸的方向平動(dòng)；所述第二驅(qū)動(dòng)部件，用于支撐或設(shè)置所述光束反射器，并驅(qū)動(dòng)所述光束反射器沿 所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸平動(dòng)。所述第一驅(qū)動(dòng)部件包括第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)和第一驅(qū)動(dòng)器；所述第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)，用于設(shè)置或支撐所述第三準(zhǔn)直透鏡；所述第一驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)所述第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)，使得所述第三準(zhǔn)直透鏡在衍射光線所在的光路平面內(nèi)沿垂直于所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸的方向平動(dòng)；所述第二驅(qū)動(dòng)部件包括第二機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)和第二驅(qū)動(dòng)器；所述第二機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)，用于設(shè)置或支撐所述光束反射器；所述第二驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)所述第二機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)，使得所述光束反射器沿所述 倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸平動(dòng)。所述第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)還用于同步所述第一驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)力；所述第二機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)還用于同步所述第二驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)力。所述第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器；所述第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)和第二機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)為通過(guò)有線切割制成的彈性連接結(jié) 構(gòu)。所述第一驅(qū)動(dòng)部件和第二驅(qū)動(dòng)部件為壓電陶瓷線性驅(qū)動(dòng)裝置、步進(jìn)電機(jī)或微電 子機(jī)械系統(tǒng)。所述激光器還包括設(shè)置于所述第二準(zhǔn)直透鏡與第三準(zhǔn)直透鏡的公共焦平面上的 小孔光欄；所述小孔光欄的通光中心與所述第三準(zhǔn)直透鏡的透鏡中心重合；所述小孔光欄，用于加強(qiáng)對(duì)輸出激光單縱模的選頻。所述小孔光欄上設(shè)置有圓形通孔或通光狹縫。所述激光器還包括設(shè)置于所述第一準(zhǔn)直透鏡與衍射光柵之間的光路上的部分反 射鏡；所述部分反射鏡，用于產(chǎn)生第四輸出激光以及濾除了光譜噪聲的第三輸出激光。所述部分反射鏡為分光鏡或空間濾波片。所述激光器還包括光纖準(zhǔn)直裝置；所述光纖準(zhǔn)直裝置，用于將所述激光器的至少一束輸出激光耦合到所需的所需的 光纖中。所述光纖準(zhǔn)直裝置包括光束采集裝置、光隔離器和校準(zhǔn)透鏡；其中，所述光束采集裝置，用于采集所述輸出激光，并將采集到的輸出激光輸送到光隔 離器；所述光隔離器，用于防止外部反饋光的干擾，并實(shí)現(xiàn)所述輸出激光的單向輸出；所述校準(zhǔn)透鏡，用于對(duì)所述光隔離器中輸出的輸出激光進(jìn)行準(zhǔn)直，使得所述輸出 激光成為平行的激光束；或者用于對(duì)所述光隔離器中輸出的輸出激光進(jìn)行聚焦，使得所述 輸出的輸出激光被耦合到所需的光纖中。所述增益介質(zhì)為半導(dǎo)體激光二極管、半導(dǎo)體激光二極管陣列或半導(dǎo)體激光二極 管發(fā)射器芯片。所述光束反射器為平面反射鏡或精密直角光學(xué)棱鏡。
所述第二準(zhǔn)直透鏡和第三準(zhǔn)直透鏡為光學(xué)球面透鏡、光學(xué)柱面透鏡或光學(xué)全息 透鏡。所述增益介質(zhì)的后表面為部分反射鏡或全反鏡。綜上可知，本發(fā)明的實(shí)施例中提供了一種無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器。該無(wú)跳 模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器中包括增益介質(zhì)、第一準(zhǔn)直透鏡、衍射光柵、第二準(zhǔn)直透鏡、第三 準(zhǔn)直透鏡、光束反射器和調(diào)諧裝置，所述第三準(zhǔn)直透鏡和光束反射器設(shè)置于所述調(diào)諧裝置 上，所述第二準(zhǔn)直透鏡和所述第三準(zhǔn)直透鏡組成倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，而所述調(diào)諧裝置可驅(qū)動(dòng)所 述第三準(zhǔn)直透鏡在衍射光線 所在的光路平面內(nèi)沿垂直于所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸的 方向平動(dòng)，并同時(shí)驅(qū)動(dòng)所述光束反射器沿所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸平動(dòng)，從而可實(shí)現(xiàn) 對(duì)激光頻率的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧，提高頻率調(diào)諧穩(wěn)定性，并降低所述激光器的生產(chǎn)成本。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中Littman-Metcalf型可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器的示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例一中無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的原理示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例一中的調(diào)諧裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例二中無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例三中無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)表達(dá)得更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及具體 實(shí)施例對(duì)本發(fā)明再作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2 所示，本發(fā)明中的同步驅(qū)動(dòng)的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器包括增益介質(zhì)201、第一準(zhǔn)直 透鏡202、衍射光柵203、第二準(zhǔn)直透鏡208、第三準(zhǔn)直透鏡209、光束反射器210和調(diào)諧裝置 212。其中，所述增益介質(zhì)201用于產(chǎn)生穩(wěn)定的光增益并發(fā)出相干光束，同時(shí)還可對(duì)進(jìn) 入該增益介質(zhì)101的激光進(jìn)行放大。因此，上述增益介質(zhì)201 —般可以是半導(dǎo)體激光二極 管、半導(dǎo)體激光二極管陣列或者是半導(dǎo)體激光二極管發(fā)射器芯片。在本發(fā)明的具體實(shí)施例 中，該增益介質(zhì)201可以包括一個(gè)全反射或部分反射的后表面206、一個(gè)涂覆有防反射(AR， anti-reflection)涂層的前輸出表面207以及一個(gè)半導(dǎo)體激光二極管發(fā)射器芯片(例如， 常用的Fabry-Pero型半導(dǎo)體激光器芯片，或其它的具有類似功能的器件)；另外，在本發(fā)明 的具體實(shí)施例中，所述衍射光柵203可設(shè)置并固定于半導(dǎo)體激光器的底座上；所述光束反 射器210可以為平面反射鏡、精密直角光學(xué)棱鏡或其它反射光學(xué)裝置；而所述第二準(zhǔn)直透 鏡208和第三準(zhǔn)直透鏡209可組成倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，且所述第二準(zhǔn)直透鏡208和第三準(zhǔn)直透 鏡209可以是光學(xué)球面透鏡、光學(xué)柱面透鏡、光學(xué)全息透鏡或其它光收集裝置，其中，所述 的各種透鏡可以是凹透鏡、凸透鏡或其它可以滿足光收集的光學(xué)透鏡。例如，圖2中所示 的第二準(zhǔn)直透鏡208和第三準(zhǔn)直透鏡209均為光學(xué)柱面凸透鏡。如圖2所示，由所述增益介質(zhì)201從其前輸出表面207輸出的相干光束經(jīng)過(guò)所述第一準(zhǔn)直透鏡202后，被校準(zhǔn)成為平行光束，所述平行光束入射到所述衍射光柵203后，被所述衍射光柵203衍射；其中，部分衍射光束(例如，零級(jí)衍射光束)將作為第一輸出激光 204被輸出；另一部分衍射光束(例如，一級(jí)衍射光束)經(jīng)過(guò)由所述第二準(zhǔn)直透鏡208和所 述第三準(zhǔn)直透鏡209組成的倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，垂直入射到所述光束反射器210，然后被所述光 束反射器210反射并沿原入射光路返回至所述增益介質(zhì)201中。當(dāng)所述返回至所述增益介質(zhì)201的光束經(jīng)過(guò)所述增益介質(zhì)201的放大并達(dá)到或超 過(guò)預(yù)先設(shè)定的激光器振蕩閾值時(shí)，所述返回至所述增益介質(zhì)201的光束的一部分將作為第 二輸出激光205經(jīng)由所述增益介質(zhì)的后表面206被輸出；所述返回至所述增益介質(zhì)201的 光束的其余部分將被所述增益介質(zhì)201的后表面206反射后再次放大并輸出到所述衍射光 柵203和所述光束反射器210，并被所述光束反射器210反射后再次沿入射光路返回至所述 增益介質(zhì)201的后表面206。其中，所述增益介質(zhì)的后表面可為部分反射鏡或全反鏡。由此可知，上述無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的外部諧振腔(簡(jiǎn)稱為外腔)被增 益介質(zhì)201的后表面206、衍射光柵203和光束反射器210所限定，因此，該半導(dǎo)體激光器的 外腔長(zhǎng)度即為M、G兩點(diǎn)之間的光學(xué)距離與G、L點(diǎn)之間的光學(xué)距離的總和。其中，G點(diǎn)為光 軸200與衍射光柵203的衍射表面的交點(diǎn)；L點(diǎn)為通過(guò)G點(diǎn)并垂直入射到所述光波反射器 210的衍射光線與光波反射器210的交點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)激光頻率的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，圖2所示的半 導(dǎo)體激光器中還包括一個(gè)調(diào)諧裝置212。所述第三準(zhǔn)直透鏡209和光束反射器210均設(shè)置 于所述調(diào)諧裝置212之上，因此，調(diào)諧裝置212可驅(qū)動(dòng)所述第三準(zhǔn)直透鏡209在衍射光線所 在的光路平面內(nèi)沿垂直于所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸211的方向平動(dòng)，并同時(shí)驅(qū)動(dòng)所述 光束反射器210沿所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸211平動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所輸出的激光頻率的 無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧。其中，根據(jù)倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的工作原理可知，在初始狀態(tài)下，所述倒望遠(yuǎn)鏡 系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸211通過(guò)所述第二準(zhǔn)直透鏡208和第三準(zhǔn)直透鏡209的光心，并垂直于所 述光束反射器210的反射表面。圖3為本發(fā)明實(shí)施例一中的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的原理圖。如圖3所示， 當(dāng)上述第三準(zhǔn)直透鏡209和光束反射器210處于初始狀態(tài)，未發(fā)生位置移動(dòng)時(shí)，具有相應(yīng)衍 射角的衍射光線可經(jīng)過(guò)由所述第二準(zhǔn)直透鏡208和所述第三準(zhǔn)直透鏡209組成的倒望遠(yuǎn)鏡 系統(tǒng)，垂直入射到所述光束反射器210。此時(shí)，上述衍射角為θ的衍射光線的光軸為通過(guò)G 點(diǎn)、第二準(zhǔn)直透鏡208的光心和第三準(zhǔn)直透鏡209的光心的基準(zhǔn)光軸211。設(shè)上述衍射光線的衍射角為θ，從所述第一準(zhǔn)直透鏡202射出的平行光與衍射光 柵的法線的夾角為θ 0,衍射光柵203的刻劃密度為dg，則根據(jù)諧振條件可知，此時(shí)通過(guò)該衍 射光柵203所選擇的激光的中心波長(zhǎng)為<formula>formula see original document page 8</formula>
而當(dāng)衍射角為θ時(shí)，該激光器的外腔長(zhǎng)度為M、G兩點(diǎn)之間的光學(xué)距離與G、L點(diǎn)之 間的光學(xué)距離的總和Lit ( θ )，則根據(jù)光柵方程可知<formula>formula see original document page 8</formula>其中，Ν( θ )表示當(dāng)衍射角為θ時(shí)，在上述無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的諧振腔中的第N個(gè)縱模的模數(shù)，且Ν(θ)為整數(shù)。當(dāng)上述第三準(zhǔn)直透鏡209被調(diào)諧裝置212驅(qū)動(dòng)而沿垂直于所述基準(zhǔn)光軸211的方向平移預(yù)先確定的一段距離時(shí)，上述衍射為θ的衍射光線在經(jīng)過(guò)由所述第二準(zhǔn)直透鏡 208和所述第三準(zhǔn)直透鏡209組成的倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)后，將不再是垂直入射到所述光束反射 器210上，因此，該衍射光線將不能沿入射光路返回衍射光柵203并返回增益介質(zhì)201中。 但是，如圖3所示，根據(jù)倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的工作原理可知，此時(shí)必然有相應(yīng)的衍射光線仍然可 通過(guò)上述的倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)垂直入射到所述光束反射器210上。此時(shí)，可設(shè)上述相應(yīng)的衍射光線的衍射角為Θ'，則根據(jù)諧振條件可知，此時(shí)通過(guò) 該衍射光柵203所選擇的激光的中心波長(zhǎng)為λ ( θ ‘ ) = 2dg · (sin θ 0+sin θ ‘ ) (3)由此可知，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可通過(guò)調(diào)諧裝置212驅(qū)動(dòng)所述第三準(zhǔn)直透鏡209 沿垂直于所述基準(zhǔn)光軸211的方向平動(dòng)，來(lái)改變所選擇的激光的中心波長(zhǎng)。另外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述調(diào)諧裝置212還可同時(shí)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)所述光束反射 器210沿所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸211平動(dòng)，從而改變半導(dǎo)體激光器的外腔長(zhǎng)度。例 如，當(dāng)上述光束反射器210被調(diào)諧裝置212驅(qū)動(dòng)而沿所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸211平 移預(yù)先確定的一段距離時(shí)，設(shè)N點(diǎn)為上述垂直入射到所述光波反射器210的衍射光線與光 波反射器210的交點(diǎn)，則半導(dǎo)體激光器此時(shí)的外腔長(zhǎng)度為M、G兩點(diǎn)之間的光學(xué)距離與G、N 點(diǎn)之間的光學(xué)距離的總和Lit ( θ ‘)。此時(shí)，則根據(jù)光柵方程可知
<formula>formula see original document page 9</formula>(4)其中，Ν(θ')表示當(dāng)衍射角為θ'時(shí)，在上述無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的 諧振腔中的第N個(gè)縱模的模數(shù)，且Ν(θ ‘)為整數(shù)。根據(jù)上述公式⑵和(4)可得
<formula>formula see original document page 9</formula>而為了實(shí)現(xiàn)對(duì)所有的激光頻率都實(shí)現(xiàn)無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧，則在整個(gè)激光頻率的調(diào)諧 過(guò)程中，都需要使得由諧振腔所選擇的縱模的模數(shù)Ν( θ ‘)為一個(gè)常量，即滿足無(wú)跳模連 續(xù)調(diào)諧條件<formula>formula see original document page 9</formula>(6)在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的激光器中，由于增益介質(zhì)201的增益帶寬是有限的，因此，在 本發(fā)明的實(shí)施例中，只需滿足上述的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧條件，即可保證本發(fā)明中的半導(dǎo)體激 光器可在上述有限增益帶寬內(nèi)的給定頻率范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧。而由上述公式(5) 和(6)可知，只需在調(diào)諧激光波長(zhǎng)(例如，通過(guò)平移所述第三準(zhǔn)直透鏡209的位置來(lái)適當(dāng) 調(diào)整衍射角θ ‘值)的同時(shí)，適當(dāng)調(diào)整公式(5)中的半導(dǎo)體激光器的外腔長(zhǎng)度LiJ θ ’ ) (例如，通過(guò)平移所述光束反射器210的位置來(lái)適當(dāng)調(diào)整外腔長(zhǎng)度的值)，則可滿足上述公 式(6)中的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧條件，從而可容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)所有的激光頻率都實(shí)現(xiàn)無(wú)跳模連續(xù) 調(diào)諧。
由于第三準(zhǔn)直透鏡209和光束反射器210的移動(dòng)將導(dǎo)致所選擇的激光波長(zhǎng)和半導(dǎo) 體激光器的外腔長(zhǎng)度的改變，因此，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可通過(guò)調(diào)諧裝置212對(duì)所述第 三準(zhǔn)直透鏡209和光束反射器210進(jìn)行同步驅(qū)動(dòng)(例如，將第三準(zhǔn)直透鏡209和光束反射 器210分別移動(dòng)到預(yù)先確定的各個(gè)位置，或?qū)崟r(shí)調(diào)整第三準(zhǔn)直透鏡209和光束反射器210 的位置)，從而使得上述的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧條件可在更大頻率調(diào)諧范圍上得到滿足。在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述調(diào)諧裝置212可以是任意一種可以實(shí)現(xiàn)上述同步驅(qū)動(dòng) 方式的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。較佳的，上述調(diào)諧裝置212可以由兩部分構(gòu)成，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)上述第三準(zhǔn)直 透鏡209和光束反射器210的同步驅(qū)動(dòng)。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例一中的調(diào)諧裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，在本發(fā)明的具 體實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)上述的對(duì)第三準(zhǔn)直透鏡209和光束反射器210的同步驅(qū)動(dòng)，上述的調(diào) 諧裝置212可包括第一驅(qū)動(dòng)部件213和第二驅(qū)動(dòng)部件214。其中，所述第三準(zhǔn)直透鏡209 設(shè)置于所述第一驅(qū)動(dòng)部件213之上，所述光束反射器210設(shè)置于所述第二驅(qū)動(dòng)部件214之 上。所述第一驅(qū)動(dòng)部件213，用于支撐或設(shè)置所述第三準(zhǔn)直透鏡209，并驅(qū)動(dòng)所述第三準(zhǔn)直 透鏡209在衍射光線所在的光路平面內(nèi)沿垂直于所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸211的方向 平動(dòng)；而所述第二驅(qū)動(dòng)部件214，用于支撐或設(shè)置所述光束反射器210，并驅(qū)動(dòng)所述光束反 射器210沿所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸211平動(dòng)。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，上述第一驅(qū)動(dòng)部件213和第二驅(qū)動(dòng)部件214可以是壓 電陶瓷線性驅(qū)動(dòng)裝置、步進(jìn)電機(jī)、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)、或其它可以實(shí)現(xiàn)上述同步驅(qū)動(dòng)方 式的設(shè)備。例如，當(dāng)所述第一驅(qū)動(dòng)部件213和第二驅(qū)動(dòng)部件214為壓電陶瓷線性驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)， 所述第一驅(qū)動(dòng)部件213可以包括第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)401和第一驅(qū)動(dòng)器402 ；所述第二驅(qū)動(dòng) 部件214可以包括第二機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)403和第二驅(qū)動(dòng)器404。其中，所述第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)401用于設(shè)置或支撐所述第三準(zhǔn)直透鏡209，而所述 第一驅(qū)動(dòng)器402則用于驅(qū)動(dòng)所述第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)401，從而使得所述第三準(zhǔn)直透鏡209可 在衍射光線所在的光路平面內(nèi)沿垂直于所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸211的方向平動(dòng)。此 夕卜，所述第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)401還可用于同步所述第一驅(qū)動(dòng)器402的驅(qū)動(dòng)力，即當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng) 器402的驅(qū)動(dòng)力傳遞給第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)401時(shí)，第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)401將產(chǎn)生相應(yīng)的彈 性形變，從而使得所述第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)401可以與所述第一驅(qū)動(dòng)器402實(shí)現(xiàn)同步地位移。 由于上述的位移一般為來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此上述第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)401所產(chǎn)生的彈性形變 將保證所述第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)401可跟隨所述第一驅(qū)動(dòng)器402的驅(qū)動(dòng)力(或位移)而同步 運(yùn)動(dòng)，從而可保護(hù)所述第三準(zhǔn)直透鏡209，并使得所述第三準(zhǔn)直透鏡209的移動(dòng)更為平穩(wěn)。所述第二機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)403用于設(shè)置或支撐所述光束反射器210，而所述第二驅(qū) 動(dòng)器404則用于驅(qū)動(dòng)所述第二機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)403，從而使得所述光束反射器210可沿所述倒 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸211平動(dòng)。此外，所述第二機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)403還可用于同步所述第 二驅(qū)動(dòng)器404的驅(qū)動(dòng)力，從而保護(hù)所述光束反射器210，并使得所述光束反射器210的移動(dòng) 更為平穩(wěn)。此外，上述的第一驅(qū)動(dòng)器402和第二驅(qū)動(dòng)器404可以是壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器；上述的第 一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)401和第二機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)403可以是通過(guò)有線切割或其它方法加工后制成 的彈性連接結(jié)構(gòu)。
由此可知，在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)上述第三準(zhǔn)直透鏡209在衍射光線所在的光路平面內(nèi)沿垂直于基準(zhǔn)光軸211的方向平動(dòng)一定的距離后，將改變無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體 激光器的輸出激光的中心波長(zhǎng)；而當(dāng)上述光束反射器210沿所述基準(zhǔn)光軸211平動(dòng)一定的 距離后，則將改變無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的外腔長(zhǎng)度。因此，在本發(fā)明的技術(shù)方案 中，可預(yù)先或?qū)崟r(shí)對(duì)所述第三準(zhǔn)直透鏡209和光束反射器210的位置進(jìn)行同步地驅(qū)動(dòng)、調(diào)節(jié) 或設(shè)置，從而可以根據(jù)激光頻率調(diào)諧的要求，進(jìn)行靈活的設(shè)計(jì)，以使得在整個(gè)激光頻率的調(diào) 諧過(guò)程中，由所述無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的諧振腔所選擇的縱模的模數(shù)為一常量， 即滿足公式(6)中所示的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧條件，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出激光頻率的無(wú)跳模連續(xù) 調(diào)諧，提高頻率調(diào)諧穩(wěn)定性，且能夠產(chǎn)生覆蓋整個(gè)由衍射光柵所產(chǎn)生的光譜范圍的最大的 無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧范圍，從而簡(jiǎn)化激光器的諧振器結(jié)構(gòu)，降低所述激光器的生產(chǎn)成本。另外，在圖4所示的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器中，可以作為輸出激光的有1) 由衍射光柵203的衍射表面反射后直接輸出的激光所形成的第一輸出激光204 ；2)由衍射 光柵203的衍射表面衍射至光束反射器210，被光束反射器210反射，沿入射光路返回增益 介質(zhì)201，經(jīng)過(guò)振蕩放大后，從增益介質(zhì)201的后表面206輸出的第二輸出激光205。但是，在上述第一輸出激光204和第二輸出激光205中，均存在相對(duì)較高的光譜 “噪聲”，該光譜“噪聲”為來(lái)源于增益介質(zhì)201中的光源自發(fā)輻射(SSE，source spontaneous emission)和放大自發(fā)輻射(ASE，amplifiedspontaneous emission)。上述光譜“噪聲，，的 存在，對(duì)于所輸出的激光的相干性和強(qiáng)度造成了不利的影響。因此，在本發(fā)明的技術(shù)方案 中，還可在圖4所示的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器中加入一個(gè)部分反射鏡，用于“清除” 上述輸出激光中的光譜“噪聲”(即輸出激光中的ASE和SSE成分)。圖5為本發(fā)明實(shí)施例二中無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所 示，本發(fā)明中的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器除了包括增益介質(zhì)201、第一準(zhǔn)直透鏡202、 衍射光柵203、第二準(zhǔn)直透鏡208、第三準(zhǔn)直透鏡209、光束反射器210和調(diào)諧裝置212之外， 還包括一個(gè)設(shè)置于第一準(zhǔn)直透鏡202與衍射光柵203之間的光路上的部分反射鏡501，該部 分反射鏡501可根據(jù)實(shí)際需求被設(shè)置或旋轉(zhuǎn)到所需的任意角度，用于濾除輸出激光中的光 譜噪聲。較佳的，該部分反射鏡501可以是分光鏡或其它形式的空間濾波片。由于所述光 譜“噪聲”的波長(zhǎng)不同于所輸出的激光波長(zhǎng)，在空間分布上，上述光譜“噪聲”可通過(guò)衍射光 柵203的衍射而被驅(qū)離或被偏離所述輸出激光的光路。因此，可通過(guò)插入上述的部分反射 鏡(例如，分光鏡或空間濾波片)來(lái)徹底“清除”所述輸出激光中的上述光譜“噪聲”。在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述部分反射鏡501可將通過(guò)該部分反射鏡501的激光分 成兩束激光后分別輸出，其中的一束激光為第三輸出激光502，由于上述部分反射鏡501的 “清除”作用，從而使得該第三輸出激光502中不再包含上述的光譜“噪聲”(即該第三輸出 激光502中不包含ASE和SSE成分)；另一束激光為第四輸出激光503，該第四輸出激光503 為傳統(tǒng)的可調(diào)諧激光束，其中仍然包含上述的光譜“噪聲”(即該第四輸出激光503中仍包 含ASE和SSE成分)，且與上述第三輸出激光502的方向相反。因此，上述部分反射鏡501 可用于產(chǎn)生第四輸出激光503以及濾除了光譜噪聲的第三輸出激光502。通過(guò)如圖5所示的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，我們?cè)讷@得傳統(tǒng)的可調(diào)諧激光 束(例如，輸出激光204、205、503等)的同時(shí)，還可以獲得去除了光譜“噪聲”(即不包含 ASE和SSE成分)的、具有高相干性、高光譜純度的激光束(例如，第三輸出激光502)，從而提高了上述無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的性能，有效地拓展了上述無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍。此外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，為了使上述無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器可以更好 地實(shí)現(xiàn)與光纖的耦合，上述無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器中還可以包括一個(gè)如圖5所示的 光纖準(zhǔn)直裝置510，該光纖準(zhǔn)直裝置510可用于將上述激光器的至少一束輸出激光耦合到 所需的光纖520中。以下，我們將以所述輸出激光為第二輸出激光205為例，對(duì)本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行介紹。該光纖準(zhǔn)直裝置510包括光束采集裝置511、光隔離器512和校準(zhǔn)透鏡513。其 中，光束采集裝置511用于采集從上述增益介質(zhì)201的后表面206輸出的第二輸出激光 205，并將采集到的第二輸出激光205輸送到光隔離器512 ；所述光隔離器512用于防止外 部反饋光的干擾，并實(shí)現(xiàn)所述第二輸出激光205的單向輸出；所述校準(zhǔn)透鏡513，用于對(duì)所 述光隔離器512中輸出的第二輸出激光205進(jìn)行準(zhǔn)直，使得所述第二輸出激光205成為平 行的激光束；或者用于對(duì)所述光隔離器512中輸出的第二輸出激光205進(jìn)行聚焦，使得所述 第二輸出激光205被耦合到相應(yīng)的光纖520中。此外，在上述可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器的輸出激光204、503或502的方向上， 也可分別使用上述的光纖準(zhǔn)直裝置510，從而將上述的輸出激光耦合到所需的光纖中。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，還提供了另外一種無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器。圖6 為本發(fā)明實(shí)施例三中無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，本發(fā)明實(shí) 施例中的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器除了包括增益介質(zhì)201、第一準(zhǔn)直透鏡202、衍射光 柵203、第二準(zhǔn)直透鏡208、第三準(zhǔn)直透鏡209、光束反射器210和調(diào)諧裝置212之外，還包括 一個(gè)小孔光欄601。所述小孔光欄601設(shè)置于所述第二準(zhǔn)直透鏡208與第三準(zhǔn)直透鏡209 的公共焦平面上，且所述小孔光欄601的通光中心與第三準(zhǔn)直透鏡209的透鏡中心重合，用 于加強(qiáng)對(duì)輸出激光單縱模的選頻。因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述小孔光欄601上設(shè)置有 圓形通孔，或設(shè)置有通光狹縫，或者設(shè)置有其它的限光裝置。其中，當(dāng)小孔光欄上設(shè)置有通 光狹縫時(shí)，所述通光狹縫的延伸方向垂直于所述第三準(zhǔn)直透鏡209的平移方向。另外，在本 發(fā)明的實(shí)施例中，所述小孔光欄601也可以與所述第三準(zhǔn)直透鏡209 —起都設(shè)置于所述第 一驅(qū)動(dòng)部件213上。由于所述小孔光欄601上設(shè)置有固定形狀的通孔或狹縫等限光裝置，因此將只允 許從預(yù)定角度或位置入射的衍射光線入射到所述第三準(zhǔn)直透鏡209以及光束反射器210 上，并被光束反射器210反射且沿入射光路返回增益介質(zhì)201中，從而可以使得無(wú)跳模連續(xù) 調(diào)諧半導(dǎo)體激光器所輸出的激光具有預(yù)先確定的頻率和具有預(yù)定模數(shù)的縱模，以實(shí)現(xiàn)單縱 模激光輸出。另外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，圖6所示的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器中還可進(jìn) 一步包括前述的部分反射鏡501和/或光纖準(zhǔn)直裝置510。具體的實(shí)現(xiàn)方式可參照?qǐng)D5所 示的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，在此不再贅述。綜上可知，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，提供了多種形式的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激 光器。通過(guò)使用本發(fā)明實(shí)施例中所提供的上述結(jié)構(gòu)緊湊的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器， 可實(shí)現(xiàn)對(duì)激光頻率的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧，提高頻率調(diào)諧穩(wěn)定性，并可降低生產(chǎn)成本，提高激光 器的掃描速率以及調(diào)諧速度，從而使得上述連續(xù)無(wú)跳模可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器具有較大的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧能力，因此可以廣泛應(yīng)用于高分辨率激光光譜測(cè)量以及諸如原子鐘、激光冷卻/激光阱和生化分析器等光譜傳感器中。此外，由于本發(fā)明的技術(shù)方案中所提供的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器屬于 Littman-Metcalf型的可調(diào)諧光柵外腔半導(dǎo)體激光器，因此激光器的諧振腔結(jié)構(gòu)非常緊湊 并且形式簡(jiǎn)單，從而可實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)化且低成本的制造過(guò)程，并具有成本低、可批量生產(chǎn)、高 穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，其特征在于，該激光器包括增益介質(zhì)、第一準(zhǔn)直透鏡、衍射光柵、第二準(zhǔn)直透鏡、第三準(zhǔn)直透鏡、光束反射器和調(diào)諧裝置；所述增益介質(zhì)輸出的相干光束經(jīng)過(guò)所述第一準(zhǔn)直透鏡后成被校準(zhǔn)成為平行光束，所述平行光束被所述衍射光柵衍射后，部分衍射光束作為第一輸出激光被輸出；另一部分衍射光束經(jīng)過(guò)由所述第二準(zhǔn)直透鏡和所述第三準(zhǔn)直透鏡組成的倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)垂直入射到所述光束反射器后，被所述光束反射器反射并沿原入射光路返回至所述增益介質(zhì)中；當(dāng)所述返回至所述增益介質(zhì)的光束經(jīng)過(guò)所述增益介質(zhì)的放大并達(dá)到或超過(guò)預(yù)先設(shè)定的激光器振蕩閾值時(shí)，所述返回至所述增益介質(zhì)的光束的一部分作為第二輸出激光經(jīng)由所述增益介質(zhì)的后表面被輸出；所述返回至所述增益介質(zhì)的光束的其余部分將被所述增益介質(zhì)的后表面反射后再次放大并輸出到所述衍射光柵和所述光束反射器，并被所述光束反射器反射后再次沿入射光路返回至所述增益介質(zhì)的后表面；其中，所述第三準(zhǔn)直透鏡和光束反射器設(shè)置于所述調(diào)諧裝置上；所述調(diào)諧裝置，用于驅(qū)動(dòng)所述第三準(zhǔn)直透鏡在衍射光線所在的光路平面內(nèi)沿垂直于所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸的方向平動(dòng)，并同時(shí)驅(qū)動(dòng)所述光束反射器沿所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸平動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所輸出的激光頻率的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述調(diào)諧裝置包括第一驅(qū)動(dòng)部件和第 二驅(qū)動(dòng)部件；其中，所述第一驅(qū)動(dòng)部件，用于支撐或設(shè)置所述第三準(zhǔn)直透鏡，并驅(qū)動(dòng)所述第三準(zhǔn)直透鏡在 衍射光線所在的光路平面內(nèi)沿垂直于所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸的方向平動(dòng)；所述第二驅(qū)動(dòng)部件，用于支撐或設(shè)置所述光束反射器，并驅(qū)動(dòng)所述光束反射器沿所述 倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸平動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光器，其特征在于，所述第一驅(qū)動(dòng)部件包括第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)和第一驅(qū)動(dòng)器； 所述第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)，用于設(shè)置或支撐所述第三準(zhǔn)直透鏡； 所述第一驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)所述第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)，使得所述第三準(zhǔn)直透鏡在衍射光 線所在的光路平面內(nèi)沿垂直于所述倒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸的方向平動(dòng)； 所述第二驅(qū)動(dòng)部件包括第二機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)和第二驅(qū)動(dòng)器； 所述第二機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)，用于設(shè)置或支撐所述光束反射器；所述第二驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)所述第二機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)，使得所述光束反射器沿所述倒望 遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)光軸平動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光器，其特征在于，所述第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)還用于同步所述第一驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)力； 所述第二機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)還用于同步所述第二驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)力。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光器，其特征在于， 所述第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器；所述第一機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)和第二機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)為通過(guò)有線切割制成的彈性連接結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光器，其特征在于，所述第一驅(qū)動(dòng)部件和第二驅(qū)動(dòng)部件為 壓電陶瓷線性驅(qū)動(dòng)裝置、步進(jìn)電機(jī)或微電子機(jī)械系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器還包括設(shè)置于所述第二準(zhǔn)直透鏡與第三準(zhǔn)直透鏡的公共焦平面上的小孔光欄；所述小孔光欄的通光中心與所述第三 準(zhǔn)直透鏡的透鏡中心重合；所述小孔光欄，用于加強(qiáng)對(duì)輸出激光單縱模的選頻。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光器，其特征在于 所述小孔光欄上設(shè)置有圓形通孔或通光狹縫。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的激光器，其特征在于，所述激光器還包括設(shè)置于所述第 一準(zhǔn)直透鏡與衍射光柵之間的光路上的部分反射鏡；所述部分反射鏡，用于產(chǎn)生第四輸出激光以及濾除了光譜噪聲的第三輸出激光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光器，其特征在于 所述部分反射鏡為分光鏡或空間濾波片。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光器，其特征在于，所述激光器還包括光纖準(zhǔn)直裝置； 所述光纖準(zhǔn)直裝置，用于將所述激光器的至少一束輸出激光耦合到所需的所需的光纖中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光器，其特征在于，所述光纖準(zhǔn)直裝置包括光束采集裝 置、光隔離器和校準(zhǔn)透鏡；其中，所述光束采集裝置，用于采集所述輸出激光，并將采集到的輸出激光輸送到光隔離器；所述光隔離器，用于防止外部反饋光的干擾，并實(shí)現(xiàn)所述輸出激光的單向輸出； 所述校準(zhǔn)透鏡，用于對(duì)所述光隔離器中輸出的輸出激光進(jìn)行準(zhǔn)直，使得所述輸出激光 成為平行的激光束；或者用于對(duì)所述光隔離器中輸出的輸出激光進(jìn)行聚焦，使得所述輸出 的輸出激光被耦合到所需的光纖中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述增益介質(zhì)為半導(dǎo)體激光二極管、半導(dǎo)體激光二極管陣列或半導(dǎo)體激光二極管發(fā) 射器芯片。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于， 所述光束反射器為平面反射鏡或精密直角光學(xué)棱鏡。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第二準(zhǔn)直透鏡和第三準(zhǔn)直透鏡 為光學(xué)球面透鏡、光學(xué)柱面透鏡或光學(xué)全息透鏡。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于 所述增益介質(zhì)的后表面為部分反射鏡或全反鏡。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例中公開(kāi)了一種無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，包括增益介質(zhì)、第一準(zhǔn)直透鏡、衍射光柵、第二準(zhǔn)直透鏡、第三準(zhǔn)直透鏡、光束反射器和調(diào)諧裝置；所述第三準(zhǔn)直透鏡和光束反射器設(shè)置于所述調(diào)諧裝置上；所述調(diào)諧裝置，用于驅(qū)動(dòng)所述第三準(zhǔn)直透鏡在衍射光線所在的光路平面內(nèi)沿垂直于通過(guò)所述第二準(zhǔn)直透鏡的光心的光軸的方向平動(dòng)，并同時(shí)驅(qū)動(dòng)所述光束反射器沿通過(guò)所述第二準(zhǔn)直透鏡的光心的光軸平動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所輸出的激光頻率的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧。通過(guò)使用上述的激光器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)激光頻率的無(wú)跳模連續(xù)調(diào)諧，提高頻率調(diào)諧穩(wěn)定性，并降低所述激光器的生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)H01S5/06GK101826701SQ201010170839
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月6日
發(fā)明者張光志 申請(qǐng)人:山東遠(yuǎn)普光學(xué)股份有限公司