專利名稱：可調(diào)諧外腔半導(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，特別是涉及一種可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器。
背景技術(shù)：
1964年,世界上首個(gè)外腔式半導(dǎo)體激光器的實(shí)驗(yàn)被Crowe和Craig驗(yàn)證。1981年，F(xiàn)leming和Mooradian發(fā)表了第一篇詳細(xì)論述外腔式可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器特性的文章，此后，外腔半導(dǎo)體激光器的研究在全球范圍內(nèi)開始活躍起來。如今，外腔半導(dǎo)體激光器的研究熱點(diǎn)已轉(zhuǎn)移到大范圍連續(xù)調(diào)諧、頻率穩(wěn)定和拓展應(yīng)用等方面，其商品被廣泛用于頻分復(fù)用和相干光通信系統(tǒng)。目前，外腔式可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器已經(jīng)發(fā)展出來了多種結(jié)構(gòu)，雖然各不相同，但它們的設(shè)計(jì)原則都一樣，就是在外腔中插入分光元件，通過調(diào)節(jié)分光元件與腔外的反饋機(jī) 構(gòu)來實(shí)現(xiàn)激光波長(zhǎng)的調(diào)諧。目前比較流行的兩種外腔結(jié)構(gòu)是基于光柵的Littrow結(jié)構(gòu)和Littman-Metcalf結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是均采用光柵作為分光元件和反饋機(jī)構(gòu)。目前主流的Littrow結(jié)構(gòu)和Littman-Metcalf結(jié)構(gòu)都是基于光柵的,但它們自身均存在著一些缺陷它們的輸出光束的方向是隨著波長(zhǎng)的調(diào)諧而改變的；它們的輸出波長(zhǎng)不是被線性調(diào)諧的。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種輸出波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)(無跳模)的可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器。一種可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器，包括半導(dǎo)體光放大器和依次設(shè)置于所述半導(dǎo)體光放大器發(fā)出激光的光路上的準(zhǔn)直透鏡、可旋轉(zhuǎn)的法布里-拍羅濾光片、第一完全反射鏡、部分反射鏡以及第二完全反射鏡；所述部分反射鏡垂直于經(jīng)所述第一完全反射鏡出射后的激光的光路；所述可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器還包括與所述部分反射鏡固定連接的致動(dòng)器，所述致動(dòng)器包括平行于所述部分反射鏡的接觸平面，所述法布里-珀羅濾光片一端搭接在所述接觸平面上，所述致動(dòng)器沿所述部分反射鏡的法線方向移動(dòng)，以改變所述法布里-珀羅濾光片與所述激光的光路的夾角。優(yōu)選的，所述法布里-珀羅濾光片為具有如下膜系結(jié)構(gòu)的全介質(zhì)型薄膜法布里-珀羅濾光片Air (HL) PH-2L-H (LH) PI Glass，其中，Air是空氣，Glass是基片，H是光學(xué)厚度為四分之一波長(zhǎng)、且材質(zhì)為Ta2O5的第一介質(zhì)層，L是光學(xué)厚度為四分之一波長(zhǎng)、且材質(zhì)為SiO2的第二介質(zhì)層，P是重復(fù)單元的個(gè)數(shù)。優(yōu)選的,所述第一介質(zhì)層的折射率為2. 06,物理厚度為193. 57nm ;所述第二介質(zhì)層的折射率為I. 46，物理厚度為273. 12nm ;所述基片是折射率為I. 5168的玻璃基片，物理厚度為2mm。優(yōu)選的，所述P的值為7。優(yōu)選的，所述基片鍍有減反膜。
優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體光放大器的一端形成有第一反射膜，另一端形成有第二反射膜，所述第一反射膜的反射率大于等于90%，所述第二反射膜的反射率小于O. 01%。優(yōu)選的，還包括與所述半導(dǎo)體光放大器連接，用于控制所述半導(dǎo)體光放大器溫度的熱電制冷器。優(yōu)選的，所述第一完全反射鏡與經(jīng)所述法布里-珀羅濾光片出射后的激光的光路的夾角為45度，所述第二完全反射鏡與經(jīng)所述部分反射鏡出射后的激光的光路的夾角為45度。優(yōu)選的，所述法布里-珀羅濾光片與所述致動(dòng)器搭接的一端為球體。優(yōu)選的，所述可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器的初始外腔往返光程總長(zhǎng)為204. 4mm，所述法布里-珀羅濾光片是繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)軸中心到所述球體的球心的距離為37. 25mm。上述可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器，通過上下移動(dòng)致動(dòng)器對(duì)輸出光束的波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào) 諧，調(diào)諧時(shí)不會(huì)對(duì)光路造成影響，輸出光束的方向不會(huì)隨波長(zhǎng)的調(diào)諧而改變。且由于輸出波長(zhǎng)隨致動(dòng)器的位移線性變化，因此可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的連續(xù)可調(diào)。

圖I是一實(shí)施例中可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是外腔往返光程隨致動(dòng)器位移而改變的原理圖；圖3是隨著致動(dòng)器位移的改變，法布里-珀羅濾光片的透射中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)模數(shù)的變化圖。
具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。圖I是一實(shí)施例中可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器100包括沿激光出射光路上依次設(shè)置的半導(dǎo)體光放大器10和依次設(shè)置于半導(dǎo)體光放大器10發(fā)出激光的光路上的準(zhǔn)直透鏡20、可繞轉(zhuǎn)軸32旋轉(zhuǎn)的法布里-珀羅濾光片30、第一完全反射鏡40、部分反射鏡50以及第二完全反射鏡60。半導(dǎo)體光放大器10發(fā)出的激光首先透過準(zhǔn)直透鏡20和法布里-珀羅濾光片30，然后被第一完全反射鏡40反射，再透過部分反射鏡50后，最后被第二完全反射鏡60反射。部分反射鏡50垂直于經(jīng)第一完全反射鏡40出射后的激光的光路。在優(yōu)選的實(shí)施例中，第一完全反射鏡40與經(jīng)法布里-珀羅濾光片30出射后的激光的光路的夾角為45度，第二完全反射鏡60與經(jīng)部分反射鏡50出射后的激光的光路的夾角為45度；在其他實(shí)施例中，第一完全反射鏡40與第二完全反射鏡60也可以設(shè)置為其他角度?？烧{(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器100還包括與部分反射鏡50固定連接的致動(dòng)器70。致動(dòng)器70包括平行于部分反射鏡50鏡面的接觸平面71。法布里-珀羅濾光片30 —端搭接在致動(dòng)器70的接觸平面71上。致動(dòng)器70用于沿部分反射鏡50的法線方向移動(dòng)。法布里-珀羅濾光片30與致動(dòng)器70搭接的一端為球體34 (實(shí)際是表面光潔度很好的標(biāo)準(zhǔn)球體，摩擦阻力極小)，接觸平面71是光滑平面(實(shí)際是表面光潔度很好的平面，摩擦阻力極小)。球體34與接觸平面71的接觸部分有良好的光潔度，可以確保法布里-珀羅濾光片30在致動(dòng)器70的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)的靈敏度。致動(dòng)器70上下移動(dòng)(即沿部分反射鏡50的法線方向移動(dòng))時(shí)，會(huì)帶動(dòng)部分反射鏡50同步運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)法布里-珀羅濾光片30繞轉(zhuǎn)軸32轉(zhuǎn)動(dòng)。在本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)軸32設(shè)計(jì)為在致動(dòng)器70偏離了豎直向下的位置(即圖2中的位置I)時(shí)對(duì)致動(dòng)器70施加一個(gè)彈力(回復(fù)力)。致動(dòng)器70向上運(yùn)動(dòng)時(shí)克服轉(zhuǎn)軸32沿順時(shí)針方向的彈力驅(qū)動(dòng)法布里-珀羅濾光片30繞轉(zhuǎn)軸32逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，向下運(yùn)動(dòng)時(shí)法布里-珀羅濾光片30因受轉(zhuǎn)軸32沿順時(shí)針方向彈力的作用而順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，以改變法布里-珀羅濾光片30與激光的光路的夾角。在本實(shí)施例中，法布里-珀羅濾光片30是全介質(zhì)型薄膜法布里-珀羅濾光片，且月吳系結(jié)構(gòu)為Air I (HL) PH-2L_H (LH)P | Glass其中Air是空氣，Glass是基片，H是光學(xué)厚度為四分之一波長(zhǎng)的高折射率介質(zhì)層(第一介質(zhì)層)且材質(zhì)為Ta2O5, L是光學(xué)厚度為四分之一波長(zhǎng)的低折射率介質(zhì)層(第二介 質(zhì)層)且材質(zhì)為SiO2,P是(HL)或(LH)重復(fù)單元的個(gè)數(shù)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，P的值為7。在優(yōu)選的實(shí)施例中，第一介質(zhì)層的折射率為2. 06，物理厚度為193. 57nm。第二介質(zhì)層的折射率為I. 46，物理厚度為273. 12nm?；钦凵渎蕿镮. 5168的玻璃基片，物理厚度為2mm。在其他實(shí)施例中，本自然段中的參數(shù)都可以有±5%的浮動(dòng)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，基片采用材料為K9的玻璃基片，且在基片無“H”、“L”層的一側(cè)(表層)鍍有減反膜，以防止光束在基片中來回反射。圖2是外腔往返光程隨致動(dòng)器位移而改變的原理圖。把法布里-珀羅濾光片30垂直于光軸時(shí)整個(gè)裝置的位置記為初始位置(圖2中的位置I)，當(dāng)致動(dòng)器70(圖2未示)從初始位置開始向上推進(jìn)時(shí)，有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)會(huì)因此同時(shí)發(fā)生1)法布里-珀羅濾光片30逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；2)部分反射鏡50向上運(yùn)動(dòng)。法布里-珀羅濾光片30的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使得其透射中心波長(zhǎng)逐步減小；部分反射鏡50的向上運(yùn)動(dòng)會(huì)使得整個(gè)激光系統(tǒng)的外腔往返光程逐步減小，從而外腔縱模波長(zhǎng)逐步減小?？梢宰C明，當(dāng)致動(dòng)器70在某一個(gè)運(yùn)行區(qū)間內(nèi)向上推進(jìn)時(shí)，法布里-珀羅濾光片30的透射中心波長(zhǎng)將與某一個(gè)外腔縱模波長(zhǎng)同步減小。此時(shí)，可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器100將輸出波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)(無跳模)的激光。假設(shè)在初始位置時(shí)，整個(gè)外腔往返光程總長(zhǎng)(即初始外腔往返光程總長(zhǎng))為OPL(O)。當(dāng)致動(dòng)器70(圖2未示)由初始位置上移X(mm)后(到達(dá)位置2)，外腔往返光程的改變量是OPD (x)。法布里-珀羅濾光片30的基片物理厚度為h，基片的折射率為η。從轉(zhuǎn)軸32中心到球體34的球心的距離為L(zhǎng)。根據(jù)圖1，OPD(X)的表達(dá)式為
八…，、一 , tfhL , IxhL - χ2Λ+ML - xWW2Z2 +x2 -IxL /1λOPD(x) = 2 nh,^-h+x+-, v ， =--(I)
L 4n2L2 +X2 -2xLL^n2L2+X2-2xLJ那么，當(dāng)致動(dòng)器由初始位置上移x(mm)后，新的外腔往返光程總長(zhǎng)OPL (x)=OPL(O)-OPD(X)。由此，可以求出致動(dòng)器70移動(dòng)后的外腔往返光程總長(zhǎng)。同時(shí)，當(dāng)致動(dòng)器70由初始位置上移x(mm)后，通過下式，可以求出法布里-珀羅濾光片30的旋轉(zhuǎn)角度Θ，
L — XCOS^ = L(2)
這里的Θ也正是此時(shí)激光光束在法布里-珀羅濾光片30處的入射角。對(duì)于一個(gè)給定的法布里-珀羅濾光片30，其透射中心波長(zhǎng)Ws(X)是其光束入射角的函數(shù)，由于入射角Θ已經(jīng)求出，所以此時(shí)的Ws(X)也是一個(gè)定值，可以相應(yīng)求出。依據(jù)法布里-珀羅濾光片30的透射特性和可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器100的激射原理，法布里-珀羅濾光片30的透射中心波長(zhǎng)的變化與可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器100外腔縱模波長(zhǎng)的變化之間存在著一種準(zhǔn)線性的關(guān)系。因而，定義法布里-珀羅濾光片30的透射中心波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)模數(shù)為ms (X)，當(dāng)致動(dòng)器70由初始位置上移了 x(mm)后，有

權(quán)利要求
1.一種可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器，其特征在于，包括半導(dǎo)體光放大器和依次設(shè)置于所述半導(dǎo)體光放大器發(fā)出激光的光路上的準(zhǔn)直透鏡、可旋轉(zhuǎn)的法布里-拍羅濾光片、第一完全反射鏡、部分反射鏡以及第二完全反射鏡； 所述部分反射鏡垂直于經(jīng)所述第一完全反射鏡出射后的激光的光路； 所述可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器還包括與所述部分反射鏡固定連接的致動(dòng)器，所述致動(dòng)器包括平行于所述部分反射鏡的接觸平面，所述法布里-珀羅濾光片一端搭接在所述接觸平面上，所述致動(dòng)器沿所述部分反射鏡的法線方向移動(dòng)，以改變所述法布里-珀羅濾光片與所述激光的光路的夾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述法布里-珀羅濾光片為具有如下膜系結(jié)構(gòu)的全介質(zhì)型薄膜法布里-珀羅濾光片Air (HL)PH-2L-H(LH)p|Glass, 其中，Air是空氣，Glass是基片，H是光學(xué)厚度為四分之一波長(zhǎng)、且材質(zhì)為Ta2O5的第一介質(zhì)層，L是光學(xué)厚度為四分之一波長(zhǎng)、且材質(zhì)為SiO2的第二介質(zhì)層，P是重復(fù)單元的個(gè)數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述第一介質(zhì)層的折射率為2. 06，物理厚度為193. 57nm;所述第二介質(zhì)層的折射率為I. 46，物理厚度為273. 12nm ;所述基片是折射率為I. 5168的玻璃基片，物理厚度為2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述P的值為7。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述基片鍍有減反膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述半導(dǎo)體光放大器的一端形成有第一反射膜，另一端形成有第二反射膜，所述第一反射膜的反射率大于等于90 %，所述第二反射膜的反射率小于0. 01 %。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器，其特征在于，還包括與所述半導(dǎo)體光放大器連接，用于控制所述半導(dǎo)體光放大器溫度的熱電制冷器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述第一完全反射鏡與經(jīng)所述法布里-珀羅濾光片出射后的激光的光路的夾角為45度，所述第二完全反射鏡與經(jīng)所述部分反射鏡出射后的激光的光路的夾角為45度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述法布里-珀羅濾光片與所述致動(dòng)器搭接的一端為球體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器的初始外腔往返光程總長(zhǎng)為204. 4_，所述法布里-珀羅濾光片是繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)軸中心到所述球體的球心的距離為37. 25mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器，包括半導(dǎo)體光放大器和依次設(shè)置于所述半導(dǎo)體光放大器發(fā)出激光的光路上的準(zhǔn)直透鏡、可旋轉(zhuǎn)的法布里-珀羅濾光片、第一完全反射鏡、部分反射鏡以及第二完全反射鏡；所述部分反射鏡垂直于經(jīng)所述第一完全反射鏡出射后的激光的光路；所述可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器還包括與所述部分反射鏡固定連接的致動(dòng)器，所述致動(dòng)器包括平行于所述部分反射鏡的接觸平面，所述法布里-珀羅濾光片一端搭接在所述接觸平面上，所述致動(dòng)器沿所述部分反射鏡的法線方向移動(dòng)，以改變所述法布里-珀羅濾光片與所述激光的光路的夾角。本發(fā)明調(diào)諧時(shí)不會(huì)對(duì)光路造成影響，輸出光束的方向不會(huì)隨波長(zhǎng)的調(diào)諧而改變，且可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的連續(xù)可調(diào)。
文檔編號(hào)H01S5/14GK102780158SQ20111011856
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者于峰崎, 肖嘯 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院