[发明专利]一种外腔调谐激光器

说明书

技术领域

本发明涉及外腔调谐激光器领域，尤其涉及的是一种可用于激光雷达系统的高性价比外腔调谐激光器。

背景技术

外腔调谐激光器是光通信、光谱学、激光雷达、光学相干断层扫描等领域的关键器件。基于半导体增益芯片的外腔调谐激光器由于具有相对高的集成度与相对简单的光学系统设计而被广泛研究与应用，其传统结构主要包括Littman和Littrow两种设计。Littrow设计是通过调节光栅与入射激光夹角，实现波长选择性反馈回激光增益芯片，这种设计的缺点是出射光方向不是固定的，对后续光路搭建造成极大不便。而Littman结构是通过调整外腔反射镜与光栅的相对夹角，从一级衍射光斑选择不同波长反馈回激光增益区，从而实现外腔调谐。Littman结构因为出射方向是光栅零级衍射方向，所以波长调谐不影响激光出射方向，克服了Littrow方案中的问题。但是Littman结构为了克服激光调谐过程中跳模导致波长调节不连续的问题，反射镜的调节机械装置，需要将一个长臂电机精准放置于光路中，其误差范围不能超过20-50微米，因此机械系统的稳定性会极大影响调谐性能，特别是在部分复杂环境的应用，例如车载激光雷达，震动、撞击都有可能改变光学系统参数。除了这两种激光调谐方案，还有基于液晶相位阵列平面、基于细缝选择透光、基于光学晶体、基于MEMS微镜阵列等外腔激光调谐方案。这些方案针对不同的应用皆各自有优缺点。基于液晶相位阵列平面的调谐方案中液晶的引入增加了激光的腔内损耗，增大激光阈值。基于细缝的波长选择方法，精度受限于细缝的加工宽度，而且细缝后的凹面镜将光反射回微缝隙时会引入损耗。基于MEMS微镜阵列除了成本高昂，帧切换速度较慢导致系统整体速度低下，无法适应激光雷达这种要求快速扫描获取点云数据的应用。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有很大设计弹性、速度较高、成本较低的外腔调谐激光器。

本发明技术方案如下：一种外腔调谐激光器，包括用于对激光进行波长增益的激光增益芯片、对激光光束进行准直的准直透镜、对准直后的激光分光产生一级衍射光和零级衍射光的光栅、对一级衍射光进行聚光透射的聚焦透镜、用于对聚光透射后的一级衍射光进行反射的反射镜、以及用于带动反射镜进行旋转的电机；其中，反射镜上还设置有镀金属细线区域图案。

应用于上述技术方案，所述的外腔调谐激光器中，激光增益芯片由半导体法布里泊罗波导构成，其后端面设置有高反射（HR）膜，前端面设置有减反射（AR）膜。

应用于各个上述技术方案，所述的外腔调谐激光器中，激光增益芯片的增益去中心波长为810nm，其增益波长可调范围为780nm-840nm。

应用于各个上述技术方案，所述的外腔调谐激光器中，光栅设置为闪耀光栅或者全息光栅。

应用于各个上述技术方案，所述的外腔调谐激光器中，闪耀光栅为1200线/毫米的闪耀光栅。

应用于各个上述技术方案，所述的外腔调谐激光器中，镀金属细线区域图案为采用线宽为20微米的镀金属细线构成图案而成。

应用于各个上述技术方案，所述的外腔调谐激光器中，反射镜采用硅材料作为衬底，其中，包括蓝宝石、石英玻璃、硅、亚克力胶，并且，其镀金属细线区域图案为采用金、或银、或铝金属薄膜镀膜而成。

应用于各个上述技术方案，所述的外腔调谐激光器中，电机与反射镜采用粘合的方式连接固定，并且，电机选取伺服电机或步进电机。

应用于各个上述技术方案，所述的外腔调谐激光器中，反射镜上设置的镀金属细线区域图案为采用两条平行的金属曲线或者单条金属曲线所构成的图案。

采用上述方案，本发明具有的优点在于：

（1）外腔反射镜通过微加工工艺制作而成，通过微加工形成镀金属细线区域图案，其窄线宽特性使得激光器获得非常窄带宽输出光谱，提高调谐精度与解析度。

（2）通过电机带动反射镜进行旋转扫描，其扫频速度由带图案的反射镜的度图案精与旋转电机的速度共同决定。这一有点对于需要扫频的激光雷达方案显得尤为明显，例如假设采用3000rpm的旋转电机，而假设微加工所得到的带图案反射镜，以10mm的半径每旋转一圈360度分布了3000个频率采样点，该设定下可以实现150kHz的频率扫描速度，而对微加工的精度大概只有20微米。该速度大大由于采用切换帧的MEMS微镜阵列外腔激光方案，其帧切换速度大概只有6~10kHz。