基于低相干技術(shù)的低偏振半導(dǎo)體激光器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種基于低相干技術(shù)的低偏振半導(dǎo)體激光器，包括產(chǎn)生交變電流AC的射頻振蕩器、產(chǎn)生直流電流DC的直流偏置發(fā)生器、將所得到的交變電流AC和直流電流DC疊加形成半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電流的疊加器；還包括分光器和將經(jīng)由分光器得到的激光束退偏的退偏器；還包括一自動(dòng)功率控制系統(tǒng)，所述自動(dòng)功率控制系統(tǒng)包括將經(jīng)由分光器得到的激光束轉(zhuǎn)化為電信號(hào)反饋至所述直流電流DC或所述交變電流AC的光探測(cè)器、和將該電信號(hào)放大的反饋放大器。通過(guò)本實(shí)用新型低偏振半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光具有高強(qiáng)度，低相干，低偏振的特性。
【專利說(shuō)明】基于低相干技術(shù)的低偏振半導(dǎo)體激光器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種采用基于射頻（RF)調(diào)制驅(qū)動(dòng)電流來(lái)降低半導(dǎo)體激光器相干 長(zhǎng)度技術(shù)的低偏振半導(dǎo)體激光器，屬于半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域及退偏器領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著在偏振光對(duì)光學(xué)儀器測(cè)量精度、光通信系統(tǒng)質(zhì)量及傳感器精度所產(chǎn)生影響的 深入研究，對(duì)于具有低相干技術(shù)的低偏振半導(dǎo)體激光器在眾多相關(guān)領(lǐng)域有著迫切需求。一 般的光電探測(cè)器由于具有一定的晶格方向、如光電倍增管，普遍存在偏振敏感性。如在生物 成像領(lǐng)域，不同生物組織對(duì)于光的偏振有不同的作用效果，而高偏振光源在生物成像的過(guò) 程中會(huì)帶來(lái)額外噪聲；如在光纖傳感領(lǐng)域中，與偏振態(tài)相關(guān)的相位很容易受外界環(huán)境因素 干擾，導(dǎo)致產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的隨機(jī)變化相位，并疊加到有用的相位信號(hào)中，在信號(hào)檢測(cè)中形成 衰落，從而對(duì)光纖傳感器的精度造成影響。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)在有效降低光源的偏振性、以減少甚至消除偏振光對(duì)光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生影響 的解決方案中，可利用纖維光學(xué)特性制成各種退偏器件，如廣泛應(yīng)用的偏振復(fù)用退偏器和 相位消相關(guān)退偏器。其中，偏振復(fù)用退偏器可同時(shí)滿足低偏振和功率迭加性能，但也存在如 下缺點(diǎn)：一是需要依賴于兩臺(tái)激光器的功率平衡，而且不能確保在此激光器的工作壽命范 圍內(nèi)持續(xù)性有低偏振（D0P〈 10% );另一即使一臺(tái)激光器已經(jīng)可以滿足使用所需的功率要求， 但是還是需要兩臺(tái)激光器滿足上述功率平衡。而相位消相關(guān)退偏器雖然可對(duì)一臺(tái)或者數(shù)臺(tái) 激光器同時(shí)退偏、并可具備低偏振特性，但是存在較高功率損耗和成本高昂等缺點(diǎn)。
[0004] 與上述退偏器相比，現(xiàn)有技術(shù)在降低光源偏振性、消除偏振光不利影響的另一解 決方案是近年來(lái)同樣得到了廣泛應(yīng)用的Lyot型退偏器，該Lyot退偏器具有低損耗和高可 靠性等優(yōu)點(diǎn)，但是其退偏性能直接依賴于激光器的光譜特性，主要適用于對(duì)白光的退片。同 時(shí)由于激光器固有的高相干性，使得Lyot退偏器難以取得滿意的退偏效果，除非使用很長(zhǎng) 的高雙折射光纖或者很長(zhǎng)的晶體。例如，要使譜寬為100MHz的激光退偏，假設(shè)快、慢軸之間 的延時(shí)差速度大約是5ns/km，就需要2km的高雙折射率保偏光纖，以此，Lyot型退偏器不適 合對(duì)窄寬光源退偏，其應(yīng)用范圍較為局限。
[0005] 從所周知，Lyot型退偏器對(duì)激光退偏時(shí)，此激光器必須有足夠短的相干長(zhǎng)度，可利 用光纖布拉格光柵（FBG)技術(shù)降低激光器固有的高相干性，具體是激光器始終保持多縱模 振蕩，并且每個(gè)縱模的線寬可以加寬至幾個(gè)GHZ數(shù)量級(jí)，兩者因素使得激光器的相干長(zhǎng)度 大為降低（降低2個(gè)數(shù)量級(jí)以上)。該技術(shù)不僅可使半導(dǎo)體激光器的輸出波長(zhǎng)穩(wěn)定，而且可 誘使激光器在"相干淬滅"的狀態(tài)下穩(wěn)定工作，但是利用上述"相干淬滅"的Lyot型退偏器 存在很大的局限性：首先，低偏振穩(wěn)定性會(huì)受到相干淬滅固有的混沌特性所制約，在某些情 況下，激光器有可能在"雙穩(wěn)態(tài)"相干淬滅和外腔共振狀態(tài)下輪換工作，而這種模式轉(zhuǎn)換是 無(wú)序隨機(jī)，不可預(yù)見的，如果激光器工作在外腔共振情況下，激光器的相干特性會(huì)進(jìn)一步加 強(qiáng)，即相干長(zhǎng)度會(huì)再次加長(zhǎng)，這會(huì)使Lyot型退偏器效能大大降低；其次，"相干淬滅型"激光 器必須與FBG相匹配，對(duì)與空間耦合型的激光器不適用；最后，由于對(duì)激光器縱模結(jié)構(gòu)的依 賴，對(duì)于單縱模類型具有高邊模抑制比（SMSR)的半導(dǎo)體激光器，相干"淬滅狀態(tài)"難以實(shí)現(xiàn)。 以上，雖然目前Lyot型退偏器已經(jīng)對(duì)低相干性光源(例如SLD或者LED)取得了低偏振，但 是此類光源的低光學(xué)強(qiáng)度特性并不滿足諸多應(yīng)用領(lǐng)域的要求。
[0006] 因此，一種低偏振、低相干、高光學(xué)強(qiáng)度、高可靠性，且低成本及小型化功能的半導(dǎo) 體激光器，是一個(gè)具有重要實(shí)際意義的研究方向，以便與其產(chǎn)生的光源在眾多新興領(lǐng)域得 到廣泛的應(yīng)用。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0007] 本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出的一種基于低相干技術(shù) 的低偏振半導(dǎo)體激光器，具體是一種采用基于射頻（RF)調(diào)制驅(qū)動(dòng)電流來(lái)降低半導(dǎo)體激光 器相干長(zhǎng)度技術(shù)的低偏振半導(dǎo)體激光器。本實(shí)用新型目的通過(guò)下屬技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0008] -種基于低相干技術(shù)的低偏振半導(dǎo)體激光器，包括產(chǎn)生交變電流AC的射頻振蕩 器、產(chǎn)生直流電流DC的直流偏置發(fā)生器、將所得到的交變電流AC和直流電流DC疊加形成 半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電流的疊加器；還包括分光器和將經(jīng)由分光器得到的激光束退偏的退偏 器；還包括一自動(dòng)功率控制系統(tǒng)，所述自動(dòng)功率控制系統(tǒng)包括將經(jīng)由分光器得到的激光束 轉(zhuǎn)化為電信號(hào)反饋至所述直流電流DC或所述交變電流AC的光探測(cè)器、和將該電信號(hào)放大 的反饋放大器。
[0009] 本實(shí)用新型低偏振半導(dǎo)體激光器進(jìn)一步地，包括一光譜、時(shí)間和空間穩(wěn)定性低相 干半導(dǎo)體激光器，所述半導(dǎo)體激光器發(fā)出從紫外到紅外光波長(zhǎng)范圍的光。
[0010] 本實(shí)用新型低偏振半導(dǎo)體激光器進(jìn)一步地，還包括一分流器，所述分流器經(jīng)射頻 信號(hào)激活，隨時(shí)分流所述激光驅(qū)動(dòng)電流而控制半導(dǎo)體激光器的工作狀態(tài)。
[0011] 本實(shí)用新型低偏振半導(dǎo)體激光器進(jìn)一步地，所述射頻振蕩器包括放大器和/或整 流器。所述射頻振蕩器是一種產(chǎn)生射頻重復(fù)窄脈沖的脈沖發(fā)生器；所述直流電源產(chǎn)生在工 作電流水平的直流偏壓，并由自動(dòng)功率控制系統(tǒng)調(diào)制。所述射頻信號(hào)為正弦波，扭曲正弦 波，整流正弦波或者任何一種非正弦波。
[0012] 優(yōu)選的，上述一種低偏振半導(dǎo)體激光器，其中：所述自動(dòng)功率控制系統(tǒng)還包括光電 二極管組件和一個(gè)反饋循環(huán)；所述光電二極管組件包括與一個(gè)用于將接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換 為電信號(hào)，具有至少1〇〇 ns的響應(yīng)時(shí)間的光電二極管，以及一個(gè)將半導(dǎo)體激光器前端面激 光束分裂成兩個(gè)部分，并提供了其中一部分的激光束至所述光電二極管的分光器；所述反 饋循環(huán)還包括：放大輸入光電二極管電信號(hào)的反饋放大器，根據(jù)半導(dǎo)體激光器輸出功率的 初始值預(yù)定的參考電壓和一個(gè)比較器，用于與基準(zhǔn)的反饋信號(hào)比較，并根據(jù)比較的結(jié)果調(diào) 整驅(qū)動(dòng)電流直流偏壓。
[0013] 優(yōu)選的，上述一種低偏振半導(dǎo)體激光器，其中：所述自動(dòng)功率控制系統(tǒng)還包括：用 于設(shè)置和維持半導(dǎo)體激光器工作溫度的溫度控制器；一種提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流的恒流源； 所述恒流源是由電流反饋循環(huán)穩(wěn)定，所述電流反饋循環(huán)包括：一種電流傳感電阻器；根據(jù) 半導(dǎo)體激光器的輸出功率的初始值制定參考電壓和一種比較器，用于與基準(zhǔn)的反饋信號(hào)比 較，并根據(jù)比較的結(jié)果調(diào)整驅(qū)動(dòng)電流直流偏壓。
[0014] 優(yōu)選的，上述一種低偏振半導(dǎo)體激光器，其中：針對(duì)上述步驟產(chǎn)生的低相干性的激 光的相干長(zhǎng)度和相干圖譜的特性設(shè)計(jì)的Lyot退偏器，該退偏器的設(shè)計(jì)思路不同于傳統(tǒng)的 退偏器的設(shè)計(jì)方式，不僅要考慮到退偏光束的相干長(zhǎng)度，而且也要考慮到退偏光束的相干 圖譜的特性和多個(gè)系統(tǒng)的兼顧性。
[0015] 優(yōu)選的，上述一種低偏振半導(dǎo)體激光器，其中：退偏器能夠讓低相干性的激射光束 本身產(chǎn)生足夠大的位相差，降低本身空間和時(shí)間的相干性。并且，具有光程差的光束之間又 具有不能相干的特性。
[0016] 優(yōu)選的，上述一種低偏振半導(dǎo)體激光器，其中：退偏器能夠讓低相干性的激射光束 本身產(chǎn)生足夠大的位相差，在統(tǒng)計(jì)測(cè)量的結(jié)果中，光束是具有低偏振特性的。
[0017] 優(yōu)選的，上述一種低偏振半導(dǎo)體激光器，其中：如此產(chǎn)生的光源將同時(shí)具有高強(qiáng) 度，低相干，低偏振的特性。
[0018] 優(yōu)選的，上述一種低偏振半導(dǎo)體激光器，其中：RF調(diào)制的低相干的低偏振的激光 器可與單級(jí)雙折射晶體的Lyot型退偏器相匹配，并且得到退偏，退偏性能可以根據(jù)激光縱 模結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)晶體長(zhǎng)度而得到性能的最大優(yōu)化。
[0019] 優(yōu)選的，上述一種低偏振半導(dǎo)體激光器，其中：RF調(diào)制的低相干的線偏振，或橢圓 偏振光可與雙級(jí)雙折射晶體的Lyot型退偏器相匹配以達(dá)到退偏，類似的退偏性能可根據(jù) 激光縱模結(jié)構(gòu)而調(diào)節(jié)晶體長(zhǎng)度得到性能上的優(yōu)化。
[0020] 優(yōu)選的，上述一種低偏振半導(dǎo)體激光器，其中：RF調(diào)制的低相干的線偏振或橢圓 偏振光可與雙級(jí)帶鍥角雙折射晶體退偏器相結(jié)合以得到退偏，因?yàn)殄浗窃谡麄€(gè)光學(xué)孔徑引 入的額外相位差，使得偏振度將會(huì)得到進(jìn)一步的降低。
[0021] 優(yōu)選的，上述一種低偏振半導(dǎo)體激光器，其中：上述空間傳播低偏振的激光可以奉禹 合至單模光纖而輸出。單模光纖會(huì)改善半導(dǎo)體激光器光斑質(zhì)量，例如減小象散，完全圓度 化。
[0022] 優(yōu)選的，上述一種低偏振半導(dǎo)體激光器，其中：RF調(diào)制，低相干性保偏光纖稱合的 半導(dǎo)體激光器可以和單級(jí)或雙級(jí)光纖Lyot退偏器相結(jié)合而得到退偏效果，退偏性能可以 通過(guò)調(diào)節(jié)保偏光纖長(zhǎng)度而優(yōu)化。
[0023] 優(yōu)選的，上述一種低偏振半導(dǎo)體激光器，其中：RF調(diào)制，低相干性的多個(gè)空間傳播 的激光光束可以用單一雙折射晶體制作的Lyot退偏器同時(shí)退偏。
[0024] 優(yōu)選的，上述一種低偏振半導(dǎo)體激光器，其中：RF調(diào)制，低相干性的多個(gè)光纖耦合 的激光器可以用單一的光纖Lyot退偏器同時(shí)退偏。
[0025] 本實(shí)用新型低偏振半導(dǎo)體激光器進(jìn)一步地，所述退偏器是根據(jù)所產(chǎn)生的低相干性 的激光的相干長(zhǎng)度和相干圖譜的特性設(shè)計(jì)的Lyot退偏器。
[0026] 通過(guò)本實(shí)用新型的應(yīng)用和實(shí)施，其有益效果主要體現(xiàn)在：
[0027] ⑴本實(shí)用新型低偏振半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光具有高強(qiáng)度，低相干，低偏振的特 性；
[0028] ⑵采用本實(shí)用新型AC與DC疊加后經(jīng)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生低相干光束的方法，使本 實(shí)用新型退偏器、具體是Lyot型退偏器能夠簡(jiǎn)單、有效地實(shí)施，適用于各種常規(guī)半導(dǎo)體激 光器；
[0029] ⑶本實(shí)用新型不僅適用于普通半導(dǎo)體激光器，還可以適用于多色激光器，將多色 的激光器通過(guò)為其設(shè)計(jì)的單一的退偏器，即可得到多色的低相干、低偏振激光輸出；
[0030] ⑷本實(shí)用新型低偏振半導(dǎo)體激光器具有低成本、小型化功能化的優(yōu)點(diǎn)有利于在眾 多相關(guān)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1是本實(shí)用新型低偏振半導(dǎo)體激光器的配置概況圖；
[0032] 圖2是本實(shí)用新型低偏振半導(dǎo)體激光器的主體部分配置示意圖；
[0033] 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)退偏器的0光E光分布圖；
[0034] 圖4 (a)是本實(shí)用新型實(shí)施例1的未經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)退偏器的相干圖譜；
[0035] 圖4 (b)是本實(shí)用新型實(shí)施例1的經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)退偏器的相干圖譜；
[0036] 圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例1的退偏器的單級(jí)實(shí)施圖；
[0037] 圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例1的退偏器的兩級(jí)實(shí)施圖；
[0038] 圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例1的退偏器的兩級(jí)帶楔角實(shí)施圖；
[0039] 圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例1的單級(jí)退偏器并且經(jīng)過(guò)光線耦合的實(shí)施圖；
[0040] 圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例1的兩級(jí)退偏器并且經(jīng)過(guò)光線耦合的實(shí)施圖；
[0041] 圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例1的帶楔角兩級(jí)退偏器并且經(jīng)過(guò)光線耦合的實(shí)施圖；
[0042] 圖11 (a)是本實(shí)用新型實(shí)施例1退偏器實(shí)施概況圖；
[0043] 圖11 (b)是本實(shí)用新型實(shí)施例多光束的退偏器實(shí)施概況圖；
[0044] 圖12是本實(shí)用新型實(shí)施例經(jīng)過(guò)光纖耦合退偏器，再光纖耦合輸出的概況圖；
[0045] 圖13是本實(shí)用新型實(shí)施例經(jīng)過(guò)光纖耦合退偏器，直接準(zhǔn)直輸出的概況圖；
[0046] 圖14是本實(shí)用新型實(shí)施例1的偏振度穩(wěn)定性的測(cè)試數(shù)據(jù)。

【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面結(jié)合附圖與具體實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明，所舉的實(shí)施例僅 是對(duì)本實(shí)用新型作概括性例示，有助于更好地理解本實(shí)用新型，但并不會(huì)限制本實(shí)用新型 的適用范圍。
[0048] 本實(shí)用新型揭示了一種基于低相干技術(shù)的低偏振半導(dǎo)體激光器及其制備方法， 通過(guò)本實(shí)用新型，能夠?qū)崿F(xiàn)低偏振(偏振度可以達(dá)到0. 83%)，高偏振穩(wěn)定(在20° C到 35° C的溫度變化范圍內(nèi)，平均每度的偏振度的變化量?jī)H為0. 06%)，高度集成的半導(dǎo)體激 光器。應(yīng)用所述基于低相干技術(shù)的低偏振半導(dǎo)體激光器制備方法，退偏器的晶體長(zhǎng)度僅 需要?10mm，如果不應(yīng)用上述技術(shù)，要達(dá)到同樣的偏振度光束，退偏器的晶體長(zhǎng)度要需要 ?3000mm，這在實(shí)際中是無(wú)法操作的。
[0049] 本實(shí)用新型揭示了一種基于低相干技術(shù)的低偏振半導(dǎo)體激光器及其制備方法，具 體步驟闡述如下：
[0050] ①用射頻范圍的頻率產(chǎn)生交變電流AC ;
[0051] ②將一直流電流DC與所述交變電流AC疊加后經(jīng)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生低簡(jiǎn)并度光 子，該低簡(jiǎn)并度光子經(jīng)半導(dǎo)體激光器內(nèi)諧振腔光放大形成低相干性的寬帶激光束，每個(gè)由 半導(dǎo)體激光器輸出的縱模均得到展寬；
[0052] ③將部分所述寬帶激光束導(dǎo)入光探測(cè)器，該光探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間大于100ns，并產(chǎn) 生實(shí)時(shí)響應(yīng)的、反饋至直流電流DC或交變電流AC的電子反饋信號(hào)，以保持所述半導(dǎo)體激光 器處于瞬態(tài)或非穩(wěn)態(tài)模模式；
[0053] ④將剩余所述寬帶激光束退偏后形成低相干性的、低偏振的激光。
[0054] 本實(shí)用新型半導(dǎo)體激光器可為多縱模輸出的半導(dǎo)體激光器，其偏壓接近臨界值。 半導(dǎo)體激光器高速率調(diào)制導(dǎo)制激光光譜由于瞬態(tài)譜現(xiàn)象而加寬，不同的調(diào)制指數(shù)產(chǎn)生不同 的調(diào)制深度和加寬光譜，半導(dǎo)體激光器具有廣泛而穩(wěn)定的縱模，而非模式跳躍，并且，每個(gè) 穩(wěn)定的縱模都得到了展寬。
[0055] 在半導(dǎo)體激光器接受低簡(jiǎn)并度光子之前，還包括用多個(gè)橫向模式操作所述半導(dǎo)體 激光器的步驟，所述橫向模式是由射頻調(diào)制不斷擾動(dòng)的。且半導(dǎo)體激光器以耦合至單模光 纖輸出，以改善半導(dǎo)體激光器光斑質(zhì)量，所述射頻信號(hào)為正弦波，扭曲正弦波，整流正弦波 或者任何一種非正弦波。
[0056] 如圖1所示，本實(shí)用新型還包括由本實(shí)用新型任意一種基于低相干技術(shù)的低偏振 半導(dǎo)體激光器制備方法制備的低偏振半導(dǎo)體激光器，包括產(chǎn)生交變電流AC的射頻振蕩器 112、產(chǎn)生直流電流DC的直流偏置發(fā)生器113、將所得到的交變電流AC和直流電流DC疊加 形成半導(dǎo)體激光器111驅(qū)動(dòng)電流的疊加器114 ;還包括分光器123和將經(jīng)由分光器123得 到的激光束退偏的退偏器124 ;還包括一自動(dòng)功率控制系統(tǒng)，所述自動(dòng)功率控制系統(tǒng)包括 將經(jīng)由分光器得到的激光束轉(zhuǎn)化為電信號(hào)反饋至所述直流電流DC或所述交變電流AC的光 探測(cè)器130、和將該電信號(hào)放大的反饋放大器115。
[0057] 其中，本實(shí)用新型低偏振半導(dǎo)體激光器具體地，還包括一分流器，所述分流器經(jīng)射 頻信號(hào)激活，隨時(shí)分流所述激光驅(qū)動(dòng)電流而控制半導(dǎo)體激光器的工作狀態(tài)；所述射頻振蕩 器包括放大器和/或整流器；所述自動(dòng)功率控制系統(tǒng)還包括根據(jù)半導(dǎo)體激光器輸出功率的 初始值預(yù)定的參考電壓電源，和一個(gè)用于與基準(zhǔn)的反饋信號(hào)比較、并根據(jù)比較的結(jié)果調(diào)整 驅(qū)動(dòng)電流直流偏壓的比較器；用于設(shè)置和維持半導(dǎo)體激光器工作溫度的溫度控制器；提供 穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流的電流傳感電阻器；所述退偏器124是根據(jù)所產(chǎn)生的低相干性的激光的相 干長(zhǎng)度和相干圖譜的特性設(shè)計(jì)的Lyot退偏器。
[0058] 實(shí)施例1，本實(shí)施例的一種低偏振半導(dǎo)體激光器，如圖2所示，包括一個(gè)激光二極 管組件110和光電二極管組件130。該激光二極管組件110不僅包括射頻振蕩器112、直流 偏置發(fā)生器113、疊加器114,還包括半導(dǎo)體激光器111和準(zhǔn)直鏡121。該光電二極管組件 130進(jìn)一步包含分光鏡123、光探測(cè)器130和退偏器124,該光探測(cè)器130具體為光電二極 管。圖2所示的箭頭指示激光光路，從半導(dǎo)體激光器111發(fā)出的光被準(zhǔn)直鏡121準(zhǔn)直；分光 鏡123將一部分激光輸出122b導(dǎo)入光電二極管130,將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流。多數(shù)的激光輸 出122a進(jìn)入退偏器124,從而產(chǎn)生低相干、低偏振激光束125。
[0059] 其中，對(duì)于激光二極管組件110部分，主要功能是驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器。其中，不同 于傳統(tǒng)技術(shù)的是，驅(qū)動(dòng)電路始終讓半導(dǎo)體激光器111處于瞬態(tài)或非穩(wěn)態(tài)模的工作模式，具 體的實(shí)施方案是將直流偏置發(fā)生器113和射頻振蕩器112應(yīng)用疊加器114共同注入半導(dǎo)體 激光器111，射頻振蕩器112是根據(jù)半導(dǎo)體激光器111的特性參數(shù)制定的，目的是和半導(dǎo)體 激光器111的特性參數(shù)能夠達(dá)到一種匹配的狀態(tài)，使得半導(dǎo)體激光器111的增益介質(zhì)中的 電子始終是處于一種變化的狀態(tài)，從而讓由電子(具體為PN結(jié)中的電子或者空穴）激發(fā)出 的光子也是處于一種非簡(jiǎn)并的狀態(tài)，調(diào)整射頻振蕩器112,讓其輸出的光子的簡(jiǎn)并度盡可能 的降低，這樣低簡(jiǎn)并度的光子經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體激光器111的諧振腔放大，激射出相對(duì)于傳統(tǒng)的 半導(dǎo)體激光器111帶寬要寬得多的激光束。并且這一過(guò)程對(duì)于本實(shí)用新型可選擇的多縱模 輸出的半導(dǎo)體激光器111，每一個(gè)縱模輸出的帶寬都有效的加寬，同時(shí)降低了半導(dǎo)體激光器 111輸出光束的時(shí)間相干性。
[0060] 對(duì)于光電二極管組件130部分，主要功能是維持激光二極管組件110部分產(chǎn)生的 半導(dǎo)體激光器處于瞬態(tài)或非穩(wěn)態(tài)模的工作模式，并且提升輸出光束的特性。具體的作用機(jī) 理是：由分光器123采集的小部分光122b進(jìn)入光探測(cè)器130,具體為光電二極管，該光探測(cè) 器130將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，需要說(shuō)明的是，光探測(cè)器130的光電相應(yīng)時(shí)間一定要 足夠的快，目的是必須達(dá)到能夠讓半導(dǎo)體激光器111維持瞬態(tài)或非穩(wěn)態(tài)模的工作模式，并 且，在這一過(guò)程中有效的降低背景噪聲和雜散光對(duì)其的影響。不同于傳統(tǒng)技術(shù)，這一過(guò)程一 定要阻止光路中的雜散光和光探測(cè)器130的反射光進(jìn)入到主光路中，防止他們對(duì)半導(dǎo)體激 光器處于瞬態(tài)或非穩(wěn)態(tài)模的工作模式的影響。光探測(cè)器130轉(zhuǎn)化的電信號(hào)注入反饋放大器 115將原有電信號(hào)放大，并且這一反饋信號(hào)注入直流偏置發(fā)生器113,反饋信號(hào)作用于直流 偏置113調(diào)節(jié)直流偏置的量以達(dá)到讓半導(dǎo)體激光器持續(xù)處于瞬態(tài)或非穩(wěn)態(tài)模的工作模式。
[0061] 對(duì)于退偏器124部分，主要功能是降低經(jīng)過(guò)激光二極管組件110部分和光探測(cè)器 130部分產(chǎn)生的處于瞬態(tài)或非穩(wěn)態(tài)模的工作模式激光束的偏振度。具體的實(shí)施方式是讓處 于瞬態(tài)或非穩(wěn)態(tài)模的工作模式激光束直接通過(guò)專門設(shè)計(jì)的退偏晶體或者經(jīng)過(guò)光纖耦合器 之后再通過(guò)耦合器件讓光束耦合到退片晶體中，從而讓輸出的光到達(dá)退偏的目的，得到低 偏振的半導(dǎo)體激光器。不同于傳統(tǒng)的技術(shù)，激光光束是處于瞬態(tài)或非穩(wěn)態(tài)模的工作模式下， 經(jīng)過(guò)帶寬展寬處理后再經(jīng)過(guò)退偏器124部分退偏的。而非直接由直流偏置驅(qū)動(dòng)直接經(jīng)過(guò)退 偏器124退偏。
[0062] 而該退偏器124的設(shè)計(jì)，不同于傳統(tǒng)技術(shù)考慮到激光器輸出光束的時(shí)間相干長(zhǎng)度 和偏振特性參數(shù)，而是以經(jīng)過(guò)激光二極管組件110部分和光電二極管組件130部分產(chǎn)生的 處于瞬態(tài)或非穩(wěn)態(tài)模的工作模式激光束的相干長(zhǎng)度和相干圖譜的特性綜合設(shè)計(jì)的。并且， 不同于傳統(tǒng)技術(shù)，設(shè)計(jì)是同時(shí)兼顧應(yīng)用干涉儀測(cè)量的相干圖譜的特征的。圖3是應(yīng)用激光 二極管組件110部分和光電二極管組件130部分產(chǎn)生的半導(dǎo)體激光器的輸出光束經(jīng)過(guò)退偏 器124部分的典型0光，E光的分布圖。圖4是本實(shí)施例低偏振半導(dǎo)體激光器的相干圖譜 (實(shí)線是不經(jīng)過(guò)退偏器組件124部分的相干圖譜，虛線是經(jīng)過(guò)退偏器組件124部分的相干圖 譜的偏移量)。退偏器組件124部分的設(shè)計(jì)是以激光二極管組件110部分和光電二極管組 件130部分的實(shí)施為基礎(chǔ)的，在此基礎(chǔ)上用YV04材料設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約為10mm的退偏器就能夠 讓輸出激光束的偏振度降低到〇. 83%，如果不應(yīng)用上述技術(shù)達(dá)到同樣的偏振度效果則需要 YV04材料退偏器設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約為3000mm，這在實(shí)際實(shí)施中是不可能的。
[0063] 具體地，對(duì)于退偏器124部分，退偏器組件124的實(shí)施是有多種形式的，圖5是本 實(shí)用新型實(shí)施例1的退偏器124的單級(jí)實(shí)施圖，光束依次經(jīng)過(guò)激光器一準(zhǔn)直鏡一光束整 形一分光鏡一退偏器(單極);圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例1的退偏器的兩級(jí)實(shí)施圖，光束依次 經(jīng)過(guò)激光器一準(zhǔn)直鏡一光束整形一分光鏡一退偏器(雙極）；圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例1的 退偏器124的兩級(jí)帶楔角實(shí)施圖，光束依次經(jīng)過(guò)激光器一準(zhǔn)直鏡一光束整形一分光鏡一退 偏器(兩級(jí)帶楔角）;圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例1的單級(jí)退偏器并且經(jīng)過(guò)光線耦合的實(shí)施圖， 光束依次經(jīng)過(guò)激光器一準(zhǔn)直鏡一光束整形一分光鏡一退偏器(單極）一聚焦鏡一單模光纖； 圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例1的兩級(jí)退偏器并且經(jīng)過(guò)光線耦合的實(shí)施圖，光束依次經(jīng)過(guò)激光 器一準(zhǔn)直鏡一光束整形一分光鏡一退偏器(兩級(jí)）一聚焦鏡一單模光纖；圖10是本實(shí)用新 型實(shí)施例1的帶楔角兩級(jí)退偏器并且經(jīng)過(guò)光線耦合的實(shí)施圖，光束依次經(jīng)過(guò)激光器一準(zhǔn)直 鏡一光束整形一分光鏡一退偏器(兩級(jí)帶楔角）一聚焦鏡一單模光纖；圖11中，a部分是讓 光束直接通過(guò)應(yīng)用上述技術(shù)設(shè)計(jì)的退偏晶體以達(dá)到退偏的作用的，b部分是讓多束光耦合 后再通過(guò)應(yīng)用上述技術(shù)設(shè)計(jì)的退偏晶體以達(dá)到退偏的作用的。圖12是讓通過(guò)光纖耦合器 后，在將光束耦合到通過(guò)應(yīng)用上述技術(shù)設(shè)計(jì)的退偏晶體以達(dá)到退偏的作用，最后再耦合光 纖輸出。圖13是讓通過(guò)光纖耦合器后，在將光束耦合到通過(guò)應(yīng)用上述技術(shù)設(shè)計(jì)的退偏晶體 以達(dá)到退偏的作用，之后直接準(zhǔn)直輸出的。需要說(shuō)明的是，以上的實(shí)施的方案都是在應(yīng)用激 光二極管組件110部分和光電二極管組件130部分產(chǎn)生的處于瞬態(tài)或非穩(wěn)態(tài)模的工作模式 激光束的低相干技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)施的。
[0064] 本實(shí)施例低偏振半導(dǎo)體激光器，不同于傳統(tǒng)技術(shù)的以光纖為退偏器件的激光器， 該低偏振半導(dǎo)體激光器具有很高的偏度穩(wěn)定性（圖14)和對(duì)溫度的變化不敏感的特性(實(shí)驗(yàn) 測(cè)試實(shí)施例的低偏振半導(dǎo)體激光器在20° C到35° C的溫度變化范圍內(nèi)，平均每度的偏振 度的變化量?jī)H為〇. 06%))。并且，為達(dá)到更高的偏振度穩(wěn)定性，也可以對(duì)退偏器件進(jìn)行溫度 控制，并且，實(shí)施方法要比傳統(tǒng)的低偏振半導(dǎo)體激光器更易實(shí)現(xiàn)。
[0065] 由于退偏器124能夠讓低相干性的激射光束本身產(chǎn)生足夠大的位相差，降低本身 空間和時(shí)間的相干性，具有光程差的光束之間又具有不能相干的特性；退偏器能夠讓低相 干性的激射光束本身產(chǎn)生足夠大的位相差，在統(tǒng)計(jì)測(cè)量的結(jié)果中，光束是具有低偏振特性 的，從而使產(chǎn)生的光源將同時(shí)具有高強(qiáng)度，低相干，低偏振的特性。
[0066] 本實(shí)施例的Lyot型退偏器具有多種類型，其中：
[0067] RF調(diào)制的低相干的低偏振的激光器可與單級(jí)雙折射晶體的Lyot型退偏器相匹 配，并且得到退偏，退偏性能可以根據(jù)激光縱模結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)晶體長(zhǎng)度而得到性能的最大優(yōu) 化；
[0068] RF調(diào)制的低相干的線偏振，或橢圓偏振光可與雙級(jí)雙折射晶體的Lyot型退偏器 相匹配以達(dá)到退偏，類似的退偏性能可根據(jù)激光縱模結(jié)構(gòu)而調(diào)節(jié)晶體長(zhǎng)度得到性能上的優(yōu) 化；
[0069] RF調(diào)制的低相干的線偏振或橢圓偏振光可與雙級(jí)帶鍥角雙折射晶體退偏器相結(jié) 合以得到退偏，因?yàn)殄浗窃谡麄€(gè)光學(xué)孔徑引入的額外相位差，使得偏振度將會(huì)得到進(jìn)一步 的降低；
[0070] RF調(diào)制，低相干性保偏光纖耦合的半導(dǎo)體激光器可以和單級(jí)或雙級(jí)光纖Lyot退 偏器相結(jié)合而得到退偏效果，退偏性能可以通過(guò)調(diào)節(jié)保偏光纖長(zhǎng)度而優(yōu)化；
[0071] RF調(diào)制，低相干性的多個(gè)空間傳播的激光光束可以用單一雙折射晶體制作的 Lyot退偏器同時(shí)退偏。
[0072] 因此，通過(guò)本實(shí)用新型低偏振半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光具有高強(qiáng)度，低相干，低偏 振的特性；而且，采用本實(shí)用新型AC與DC疊加后經(jīng)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生低相干光束的方法， 使本實(shí)用新型退偏器、具體是Lyot型退偏器能夠簡(jiǎn)單、有效地實(shí)施，適用于各種常規(guī)半導(dǎo) 體激光器；并且，本實(shí)用新型不僅適用于普通半導(dǎo)體激光器，還可以適用于多色激光器，將 多色的激光器通過(guò)為其設(shè)計(jì)的單一的退偏器，即可得到多色的低相干、低偏振激光輸出；最 后本實(shí)用新型低偏振半導(dǎo)體激光器還具有低成本、小型化功能化的優(yōu)點(diǎn)，有利于在眾多相 關(guān)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
[0073] 當(dāng)然，以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普 通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以進(jìn)行若干改進(jìn)和變型，這 些改進(jìn)和變型也在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于低相干技術(shù)的低偏振半導(dǎo)體激光器，其特征在于：包括， 產(chǎn)生交變電流AC的射頻振蕩器； 產(chǎn)生直流電流DC的直流偏置發(fā)生器； 將所得到的交變電流AC和直流電流DC疊加形成半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電流的疊加器； 分光器； 將經(jīng)由分光器得到的激光束退偏的退偏器； 以及一自動(dòng)功率控制系統(tǒng)，所述自動(dòng)功率控制系統(tǒng)包括將經(jīng)由分光器得到的激光束轉(zhuǎn) 化為電信號(hào)反饋至所述直流電流DC或所述交變電流AC的光探測(cè)器、和將該電信號(hào)放大的 反饋放大器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低偏振半導(dǎo)體激光器，其特征在于：還包括一分流器，所述分 流器經(jīng)射頻信號(hào)激活，隨時(shí)分流所述激光驅(qū)動(dòng)電流而控制半導(dǎo)體激光器的工作狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低偏振半導(dǎo)體激光器，其特征在于：所述射頻振蕩器包括放 大器和/或整流器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低偏振半導(dǎo)體激光器，其特征在于：所述退偏器是根據(jù)所產(chǎn) 生的低相干性的激光的相干長(zhǎng)度和相干圖譜的特性設(shè)計(jì)的Lyot退偏器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低偏振半導(dǎo)體激光器，其特征在于：所述自動(dòng)功率控制系統(tǒng) 還包括：根據(jù)半導(dǎo)體激光器輸出功率的初始值預(yù)定的參考電壓電源，和一個(gè)用于與基準(zhǔn)的 反饋信號(hào)比較、并根據(jù)比較的結(jié)果調(diào)整驅(qū)動(dòng)電流直流偏壓的比較器；用于設(shè)置和維持半導(dǎo) 體激光器工作溫度的溫度控制器；提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流的電流傳感電阻器。
【文檔編號(hào)】H01S5/06GK203839700SQ201320749573
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月7日
【發(fā)明者】朱金通, 呂少平, 羅寧一 申請(qǐng)人:維林光電(蘇州)有限公司