專利名稱：基于半導(dǎo)體光放大芯片的激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體光放大芯片激光器。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體光放大芯片是一種可實(shí)現(xiàn)光功率放大的器件，其具有小型化、低功耗和高 增益等特性，增益系數(shù)可達(dá)30dB。在長(zhǎng)距離光纖通訊、冷原子等需要大功率激光(大于 500mff)的領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。但是半導(dǎo)體光放大芯片不能單獨(dú)使用，需要一臺(tái)激光器提供 種子光，注入到加載電流的芯片增益介質(zhì)上，才可實(shí)現(xiàn)種子光的功率放大，同時(shí)保持輸出的 激光特性不變。在無(wú)種子激光輸入的情況下，半導(dǎo)體光放大芯片輸出的光不是激光，而是普 通的自然光。這種方法需要激光器和半導(dǎo)體光放大器兩個(gè)系統(tǒng)配合使用，不但成本高，而且 系統(tǒng)不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有激光器的不足，提供一種機(jī)械穩(wěn)定性 好、可實(shí)現(xiàn)大功率、超窄線寬和波長(zhǎng)可調(diào)諧的基于半導(dǎo)體光放大芯片的激光器。解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是在底板上設(shè)置有側(cè)壁加工有導(dǎo)線孔、右 側(cè)壁加工有出光孔的蓋體，蓋體內(nèi)底板的左側(cè)設(shè)置安裝有壓電換能器的支撐塊，壓電換能 器的右側(cè)設(shè)置有全反射鏡，底板上全反射鏡右側(cè)水平光軸方向設(shè)置有聚焦透鏡，聚焦透鏡 右側(cè)水平光軸方向設(shè)置有選模器件，選模器件右側(cè)水平光軸方向設(shè)置有第一準(zhǔn)直透鏡，第 一準(zhǔn)直透鏡右側(cè)水平光軸方向設(shè)置有入射面鍍有增透膜、出射鍍有部分反射膜的半導(dǎo)體光 放大芯片，半導(dǎo)體光放大芯片右側(cè)水平光軸方向設(shè)置有第二準(zhǔn)直透鏡，第二準(zhǔn)直透鏡右側(cè) 水平光軸方向設(shè)置有柱透鏡。本發(fā)明的半導(dǎo)體光放大芯片入射面的增透膜為真空交替蒸鍍8 12層二氧化硅 和二氧化鋯增透膜、出射面的部分反射膜為真空交替蒸鍍10 18層氟化鎂和氟化鈣反射 膜或真空交替蒸鍍10 16層二氧化硅和氟化鎂反射膜。本發(fā)明的全反射鏡與半導(dǎo)體光放大芯片出射面的部分反射膜構(gòu)成激光諧振腔，聚 焦透鏡位于諧振腔內(nèi)，全反射鏡位于聚焦透鏡的焦點(diǎn)所在的垂直平面內(nèi)，全反射鏡與聚焦 透鏡之間的距離與聚焦透鏡的焦距相等，全反射鏡的鏡面上真空交替蒸鍍有M 30層三 氧化二鋁和五氧化二鉭反射膜。本發(fā)明的選模器件為帶寬小于2006Hz、刻線密度為300 6001/mm的透射光柵或 透過(guò)率為80% 97%的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。本發(fā)明的半導(dǎo)體光放大芯片與第一準(zhǔn)直透鏡之間的距離與第一準(zhǔn)直透鏡的焦距 相等。本發(fā)明的柱透鏡與半導(dǎo)體光放大芯片之間的距離與柱透鏡的焦距相等。本發(fā)明在半導(dǎo)體光放大芯片的出射面鍍有部分反射膜層、入射面鍍有增透膜，半 導(dǎo)體光放大芯片出射面的部分反射膜層與外部設(shè)置的全反射鏡構(gòu)成激光諧振腔，由于激光諧振腔腔長(zhǎng)比半導(dǎo)體激光器的腔長(zhǎng)長(zhǎng)，因此可獲得窄線寬的激光；半導(dǎo)體光放大芯片發(fā)出 的自然光經(jīng)位于其入射端之前的第一準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后，通過(guò)在激光諧振腔中插入的選模器 件獲得單模光，實(shí)現(xiàn)激光器的大功率窄線寬單模激光輸出；本發(fā)明采用半導(dǎo)體光放大芯片 發(fā)出的自然光作為種子光經(jīng)全反射鏡反射注入到自身的增益介質(zhì)層，在激光諧振腔中振蕩 放大，獲得大功率窄線寬激光輸出；同時(shí)在全反射鏡前設(shè)有聚焦透鏡，可增強(qiáng)激光諧振腔的 機(jī)械穩(wěn)定性；在全反射鏡后端面粘結(jié)壓電換能器，可實(shí)現(xiàn)腔長(zhǎng)的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)激光波長(zhǎng)可 調(diào)諧；而半導(dǎo)體光放大芯片輸出的激光發(fā)散，光斑為橢圓狀，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡后可獲得平行 光，再經(jīng)過(guò)柱透鏡整形，可獲得圓形的激光光斑。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施 例。實(shí)施例1在圖1中，本實(shí)施例的基于半導(dǎo)體光放大芯片的激光器由壓電換能器1、全反射鏡 2、聚焦透鏡3、選模器件4、第一準(zhǔn)直透鏡5、半導(dǎo)體光放大芯片6、第二準(zhǔn)直透鏡7、柱透鏡 8、蓋體9、底板10、支撐塊11聯(lián)接構(gòu)成。底板10上用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有蓋體9，蓋體9的左側(cè)壁上加工有導(dǎo)線孔， 導(dǎo)線可從導(dǎo)線孔內(nèi)穿過(guò)，蓋體9的右側(cè)壁上加工有出光孔，激光可經(jīng)出光孔射出。蓋體9內(nèi) 底板10的左側(cè)用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有支撐塊11，支撐塊11上用螺紋緊固聯(lián)接件固 定聯(lián)接有壓電換能器1，壓電換能器1通過(guò)導(dǎo)線與外部電壓源連接，通過(guò)調(diào)節(jié)加載在壓電換 能器1的電壓可調(diào)節(jié)激光諧振腔腔長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)所輸出的單模窄線寬大功率激光的波長(zhǎng)可 調(diào)諧。在壓電換能器1上用膠粘貼固定有全反射鏡2，全反射鏡2為平面反射鏡，全反射鏡 2的鏡面上真空交替蒸鍍有觀層三氧化二鋁和五氧化二鉭，全反射鏡2的反射率為99. 8以 上。底板10上全反射鏡2右側(cè)水平光軸方向用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有聚焦透鏡3，聚 焦透鏡3的焦距為18. 2mm，全反射鏡2與聚焦透鏡3之間的距離與聚焦透鏡3的焦距相等， 全反射鏡2位于聚焦透鏡3的焦點(diǎn)所在的垂直平面內(nèi)，聚焦透鏡3用于將單模光聚焦到全 反射鏡2上，聚焦透鏡3數(shù)值孔徑為6. 2，聚焦透鏡3鏡面上真空交替蒸鍍有10層二氧化硅 和二氧化鋯。底板10上聚焦透鏡3右側(cè)水平光軸方向用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有選模 器件4，平行光束經(jīng)選模器件4后得到單模光。本實(shí)施例的選模器件4是帶寬為200GHz、透 過(guò)率為90%的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。底板10上選模器件4右側(cè)光軸方向用螺紋緊固聯(lián)接 件固定聯(lián)接有第一準(zhǔn)直透鏡5，第一準(zhǔn)直透鏡5的曲率半徑為3. 1mm，數(shù)值孔徑為6. 8，鏡面 上真空交替蒸鍍有10層二氧化硅和二氧化鋯，第一準(zhǔn)直透鏡5用于將自然光準(zhǔn)直成平行光 束。底板10上第一準(zhǔn)直透鏡5右側(cè)光軸方向用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有半導(dǎo)體光放大 芯片6，半導(dǎo)體光放大芯片6與第一準(zhǔn)直透鏡5之間的距離與第一準(zhǔn)直透鏡5的焦距相等。 本實(shí)施例的半導(dǎo)體光放大芯片6的中心波長(zhǎng)為850nm，增益系數(shù)為30dB，本發(fā)明還可以采用 中心波長(zhǎng)為780nm、795nm、830nm、1330、1550nm的半導(dǎo)體光放大芯片。在半導(dǎo)體光放大芯片6的入射面上真空交替蒸鍍有10層二氧化硅和二氧化鋯增透膜，在半導(dǎo)體光放大芯片6的 出射面上真空交替蒸鍍有14層氟化鎂和氟化鈣部分反射膜。本發(fā)明的全反射鏡2與半導(dǎo) 體光放大芯片6出射面的部分反射膜構(gòu)成激光諧振腔，其機(jī)械穩(wěn)定性好，可獲得單模窄線 寬的大功率激光輸出。底板10上半導(dǎo)體光放大芯片6右側(cè)光軸方向用螺紋緊固聯(lián)接件固 定安裝有第二準(zhǔn)直透鏡7，第二準(zhǔn)直透鏡7的焦距為4. 35mm，第二準(zhǔn)直透鏡7與半導(dǎo)體光放 大芯片6之間的距離與第二準(zhǔn)直透鏡7的焦距相同，第二準(zhǔn)直透鏡7的鏡面上真空交替蒸 鍍有10層二氧化硅和二氧化鋯增透膜。底板10上第二準(zhǔn)直透鏡7右側(cè)光軸方向用螺紋緊 固聯(lián)接件固定安裝有柱透鏡8，柱透鏡8的焦距為34. 4mm,柱透鏡8與半導(dǎo)體光放大芯片6 之間的距離與柱透鏡8的焦距相等，柱透鏡8的鏡面上真空交替蒸鍍有10層二氧化硅和二 氧化鋯增透膜。半導(dǎo)體光放大芯片6輸出的可調(diào)諧單模窄線寬大功率激光先后經(jīng)過(guò)第二準(zhǔn) 直透鏡7、柱透鏡8后得到圓形光斑的平行激光輸出。實(shí)施例2本實(shí)施例的半導(dǎo)體光放大芯片6入射面的增透膜為真空交替蒸鍍8層二氧化硅和 二氧化鋯，半導(dǎo)體光放大芯片6出射面的部分反射膜為真空交替蒸鍍14層氟化鎂和氟化 鈣。全反射鏡2的鏡面上真空交替蒸鍍有M層三氧化二鋁和五氧化二鉭反射膜。選模器 件4為帶寬小于200GHz、透過(guò)率為80%的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。本實(shí)施例的其它零部件以 及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3本實(shí)施例的半導(dǎo)體光放大芯片6入射面的增透膜為真空交替蒸鍍12層二氧化硅 和二氧化鋯，半導(dǎo)體光放大芯片6出射面的部分反射膜為真空交替蒸鍍18層氟化鎂和氟化 鈣。全反射鏡2的鏡面上真空交替蒸鍍有30層三氧化二鋁和五氧化二鉭反射膜。選模器 件4為帶寬小于200GHz、透過(guò)率為80%的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。本實(shí)施例的其它零部件以 及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4本實(shí)施例的選模器件4為帶寬小于200GHz、刻線密度為3001/mm的透射光柵。半 導(dǎo)體光放大芯片6出射面的部分反射膜為真空交替蒸鍍10層二氧化硅和氟化鎂。本實(shí)施 例的其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例5本實(shí)施例的選模器件4為帶寬小于200GHz、刻線密度為5001/mm的透射光柵。半 導(dǎo)體光放大芯片6出射面的部分反射膜為真空交替蒸鍍14層二氧化硅和氟化鎂。其它零 部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例6本實(shí)施例的選模器件4為帶寬小于200GHz、刻線密度為6001/mm的透射光柵。半 導(dǎo)體光放大芯片6出射面的部分反射膜為真空交替蒸鍍16層二氧化硅和氟化鎂。其它零 部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例7本實(shí)施例的選模器件4為透射光柵，透射光柵刻線密度為6001/mm。半導(dǎo)體光放大 芯片6出射面的部分反射膜為真空交替蒸鍍16層二氧化硅和氟化鎂。本實(shí)施例的其它零 部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
本發(fā)明的工作原理如下作為增益介質(zhì)的半導(dǎo)體光放大芯片6發(fā)出的自然光作為種子光經(jīng)第一準(zhǔn)直透鏡5 準(zhǔn)直成平行光束，平行光束通過(guò)選模器件4選模后得到單模光，單模光通過(guò)聚焦透鏡3聚焦 到全反射鏡2上，單模光經(jīng)全反射鏡2與半導(dǎo)體光放大芯片6的部分反射膜層構(gòu)成的激光 諧振腔后獲得單模激光輸出，單模激光出射后經(jīng)第二準(zhǔn)直透鏡7和柱透鏡8獲得圓形光斑 的平行激光輸出。本發(fā)明與原有應(yīng)用光放大芯片放大輸入激光的功率方法相比，無(wú)需附加激光器即 可實(shí)現(xiàn)大功率的激光輸出，并且激光具有單模、窄線寬、波長(zhǎng)可調(diào)諧等特性。本發(fā)明具有結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械穩(wěn)定性好、無(wú)需頻繁調(diào)節(jié)等有點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于原子鐘、商用光纖通訊等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種基于半導(dǎo)體光放大芯片的激光器，其特征在于在底板(10)上設(shè)置有側(cè)壁加工 有導(dǎo)線孔、右側(cè)壁加工有出光孔的蓋體(9，蓋體(9)內(nèi)底板(10)的左側(cè)設(shè)置安裝有壓電換 能器(1)的支撐塊(12)，壓電換能器(1)的右側(cè)設(shè)置有全反射鏡O)，底板(10)上全反射 鏡(2)右側(cè)水平光軸方向設(shè)置有聚焦透鏡(3)，聚焦透鏡C3)右側(cè)水平光軸方向設(shè)置有選模 器件G)，選模器件(4)右側(cè)水平光軸方向設(shè)置有第一準(zhǔn)直透鏡(5)，第一準(zhǔn)直透鏡(5)右 側(cè)水平光軸方向設(shè)置有入射面鍍有增透膜、出射鍍有部分反射膜的半導(dǎo)體光放大芯片(6， 半導(dǎo)體光放大芯片(6右側(cè)水平光軸方向設(shè)置有第二準(zhǔn)直透鏡(7)，第二準(zhǔn)直透鏡(7)右側(cè) 水平光軸方向設(shè)置有柱透鏡(8)。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體光放大芯片的激光器，其特征在于所說(shuō)的半導(dǎo) 體光放大芯片(6)入射面的增透膜為真空交替蒸鍍8 12層二氧化硅和二氧化鋯增透膜、 出射面的部分反射膜為真空交替蒸鍍10 18層氟化鎂和氟化鈣反射膜或真空交替蒸鍍 10 16層二氧化硅和氟化鎂反射膜。
3.按照權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體光放大芯片的激光器，其特征在于所說(shuō)的全反 射鏡( 與半導(dǎo)體光放大芯片(6)出射面的部分反射膜構(gòu)成激光諧振腔，聚焦透鏡(3)位 于諧振腔內(nèi)，全反射鏡O位于聚焦透鏡(3)的焦點(diǎn)所在的垂直平面內(nèi)，全反射鏡(2)與聚 焦透鏡(3)之間的距離與聚焦透鏡(3)的焦距相等，全反射鏡O)的鏡面上真空交替蒸鍍 有M 30層三氧化二鋁和五氧化二鉭反射膜。
4.按照權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體光放大芯片的激光器，其特征在于所說(shuō)的選模 器件(4)為帶寬小于200GHz、刻線密度為300 6001/mm的透射光柵或透過(guò)率為80% 97%的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。
5.按照權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體光放大芯片的激光器，其特征在于所說(shuō)的半導(dǎo) 體光放大芯片(6)與第一準(zhǔn)直透鏡( 之間的距離與第一準(zhǔn)直透鏡(5)的焦距相等。
6.按照權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體光放大芯片的激光器，其特征在于所說(shuō)的柱透 鏡(8)與半導(dǎo)體光放大芯片(6)之間的距離與柱透鏡(8)的焦距相等。
全文摘要
一種基于半導(dǎo)體光放大芯片的激光器，在底板上設(shè)置有側(cè)壁加工有導(dǎo)線孔、右側(cè)壁加工有出光孔的蓋體，蓋體內(nèi)底板的左側(cè)設(shè)置安裝有壓電換能器的支撐塊，壓電換能器的右側(cè)設(shè)置有全反射鏡，底板上全反射鏡右側(cè)水平光軸方向設(shè)置有聚焦透鏡，聚焦透鏡右側(cè)水平光軸方向設(shè)置有選模器件，選模器件右側(cè)水平光軸方向設(shè)置有第一準(zhǔn)直透鏡，第一準(zhǔn)直透鏡右側(cè)水平光軸方向設(shè)置有入射面鍍有增透膜、出射鍍有部分反射膜的半導(dǎo)體光放大芯片，半導(dǎo)體光放大芯片右側(cè)水平光軸方向設(shè)置有第二準(zhǔn)直透鏡，第二準(zhǔn)直透鏡右側(cè)水平光軸方向設(shè)置有柱透鏡。
文檔編號(hào)H01S5/10GK102104232SQ20101062199
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者劉丹丹, 劉杰, 吳長(zhǎng)江, 張輝, 張首剛, 阮軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心