[发明专利]连续无跳模可调谐光栅外腔半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其是指一种连续无跳模可调谐光栅外腔半导体激光器。

背景技术

光源的波长调谐技术是激光技术中的重要组成部分，而可调谐光栅外腔半导体激光器(GTECL，Grating-tuned external cavity lasers)由于其具有光谱纯度高、波长覆盖范围广、结构紧凑、转换效率高、单模输出、成本低、可靠性好等突出的优点，因此已被广泛应用于光通信、光交换、光存储、光纤陀螺、计量测量、高分辨率光谱测量以及生物医学等诸多领域，有着极大的应用前景。

在现有技术中，可调谐光栅外腔半导体激光器一般有两种类型。一种是利特洛(Littrow)型可调谐光栅外腔半导体激光器，另一种是利特曼-迈特考夫Littman-Metcalf型可调谐光栅外腔半导体激光器。以下将分别对这两种类型的激光器进行介绍。

Littrow型的可调谐光栅外腔半导体激光器可产生线宽非常窄、光学相干性非常高的频率可调的激光束，且在实际产品的生产中，Littrow型的GTECL激光器具有非常紧凑并且形式简单的谐振腔结构，该谐振腔一般仅包括三个光学器件：作为激光增益介质的半导体激光器、作为选频元件的衍射光栅和将激光光束准直的准直透镜，从而可实现非常简化且低成本的制造过程。例如，Wieman和Hollberg所提出的一种可调谐光栅外腔半导体激光器(参见文献“‘UsingDiode Lasers for Atomic Physics’by Carl E.Wieman and Leo Hollberg，Review ofScientific Instruments，Vol.62，Pages 1-19，January，1991”)就是一种比较典型的Littrow型可调谐光栅外腔半导体激光器。

图1为现有技术一中Littrow型可调谐光栅外腔半导体激光器的示意图。如图1所示，该可调谐光栅外腔半导体激光器包括：半导体激光器(Laser diode)101、准直透镜102和衍射光栅(diffraction grating)103。其中，半导体激光器101具有一个后表面106和一个前表面107；该半导体激光器101中所产生的光束经过准直透镜102后可得到平行光，该平行光入射到衍射光栅103上后被该衍射光栅103衍射；其中，零级衍射光可直接作为输出激光104，而一级衍射光则沿原入射光路返回半导体激光器101中，在半导体激光器101中经过振荡、放大后，成为输出激光105，从而实现窄线宽的单纵模(SLM，single longitudinalmode)激光输出。

在上述的可调谐光栅外腔半导体激光器中，衍射光栅103可绕通过G点的且垂直于纸面方向的固定旋转轴旋转，其中，所述G点为光轴100与衍射光栅103表面的交点。当将衍射光栅103绕上述的固定旋转轴旋转时，可实现对输出激光的频率或波长的调谐。但是，当根据上述谐振腔的设计进行连续调谐时，上述激光器的单纵模模式有可能会由一个纵模突然跳跃到另一个纵模，从而产生跳模(mod hopping)的现象。该跳模的现象在激光输出频率上，产生相当于激光器纵模间隔的频率跳跃，继而破坏了激光频率连续调谐的特点，对于频率调谐的精确度，调谐线性度以及其他依赖于频率调谐特性的应用都会产生不利的影响，因此应当尽量避免，从而要求实现无跳模(MHF，mod-hop-free)连续频率调谐或波长调谐。

对于上述的跳模的现象，可通过如下所述的公式进行相应的说明。

根据光栅方程：λ(θ)＝2d_g·sinθ(1.1)

以及谐振条件：N·λ2=LMG---(1.2)]]>