[发明专利]一种新型外腔半导体激光器

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域，涉及一种半导体激光器，尤其涉及一种新型外腔半导体激光器。

技术背景

外腔半导体激光器广泛应用于高精度原子钟、精密导航、通信同步技术、工业长度测量、天文测量技术、地球勘探技术、环境精密检测、生物精密检测、化学精密检测等。

外腔半导体激光器是一种窄线宽、连续半导体激光器。由于半导体激光管的腔长只有100微米，其激光的线宽一般在50MHz以上，连续可调谐范围也在几百兆赫兹左右，不能满足用户的要求。Littrow结构外腔半导体激光器是一种具有线宽压窄、连续可调谐范围大的激光器，但是由于目前外腔半导体激光器产品的结构不能满足Littrow结构的理想几何条件，如图1所示，以二维图来叙述，传统的激光器是以光栅面为中心进行旋转的，图中光栅围绕O点旋转，在初始位置时，入射角度值为θ0，同时光栅反射面的延长线与y轴相交于一点M0，交点M0与激光出射面的距离为H(θ0)，当光栅面转动时光线到光栅的入射角度发生变化，入射角度为θ，光栅的延长线与y轴相交于另一点M1，此时转动轴与激光出射面的距离为H(θ)，而Littrow原理是要求轴不动，即H(θ0)不变，所有的轴变化的情况都不属于Littrow结构，按照Littrow原理，无跳模范围的转动轴在不断发生变化，而激光出射点与光栅之间的距离L(θ)与L(θ0)始终一致，无法满足公式(1)，使得无跳模范围变得很窄。虽然利用电子补偿技术使连续可调谐范围增大到20GHz左右，但是还存在整体的稳定性差与连续可调谐范围不够大的弱点。

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其中，L为激光发光点与光栅反射点的距离，H为激光发光点与光栅理想转轴O间的距离。

本发明提供了一种基本满足Littrow结构理想几何条件的设计，在同等实验条件下，可以在保证窄线宽的同时，使连续可调谐范围大大增加，又能提高激光器腔体的抗震能力，这样就提高了外腔半导体激光器的整体稳定性。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种新型外腔半导体激光器，本发明利用特殊的机械结构设计，使实际光栅转轴与理想转轴O点重合，在既满足机械稳定性条件下，又满足理想几何关系式(1)，因此激光的连续可调范围可达到无穷大，实际的设计为电压控制连续调谐范围大于100GHz，激光的线宽压窄至100kHz以下。

如图2所示为Littrow结构，Littrow结构中，转动轴O是以光栅面和激光出射面的交线，也是光栅的理想转轴，L为激光发光点与光栅反射点的距离，H为激光发光点与光栅理想转轴O间的距离，理论表明，如果两者满足公式(1)，则外腔半导体激光的频率的连续调谐范围为无穷大，或无跳模范围为无穷大。

本发明的几何结构如图3所示，其满足Littrow理想几何结构条件的设计，图3中激光管从O’点发射光线入射至反射式光栅M₀面A点，形成“0”级光反射至平面反射镜M₁的B点上与光线O’A平行射出。其中“1”级光沿AO’返回激光管，使M₁和激光管形成Littrow外腔，由于反射式光栅M₀安装在滑块CDEF上，滑块的转轴与反射式光栅理想转轴O重合满足理想几何条件公式(1)。本发明的结构包括三个部分，如图4所示：

激光管热沉调节架A、光栅反射镜组件B、激光器底座C。光栅反射镜组件B置于激光器底座C的精密导轨中，激光管热沉调节架A固定在激光器底座C上(A通过加固件6的螺丝固定在C中)。这种机械结构设计的激光器可以在保证窄线宽的条件下，使连续可调谐范围大大增加，同时又能提高激光器腔体的抗震能力，具有高稳定性与宽连续调谐的优点，这样就提高了外腔半导体激光器的整体稳定性，该激光头的连续可调谐频率范围大于100GHz。

其中：