[发明专利]可调谐窄线宽半导体激光器

说明书

一种可调谐窄线宽半导体激光器，包括分布反馈半导体激光器、电流驱动器、第一温度控制器、保偏光纤环形器、保偏光纤耦合器、保偏光纤光栅法布里‑珀罗腔、第二温度控制器、保偏光纤可调衰减器和隔温隔振外壳。该装置利用光纤光栅法布里‑珀罗腔的透射峰对半导体激光器进行光学自注入锁定，实现半导体激光器的噪声抑制，并且通过调节半导体激光器温度和电流实现窄线宽准连续调谐激光输出，本发明具有光路搭建简便、结构紧凑、轻量化、稳健性好的优点。

技术领域

本发明涉及半导体激光器，特别是一种可调谐窄线宽半导体激光器，该装置可应用于激光原子冷却、激光雷达、光纤传感等领域。

背景技术

窄线宽半导体激光光源由于其具有稳定、可靠及低成本等优点而在合成孔径激光雷达、相干激光通信、高分辨率光谱、光纤水听器、光纤陀螺等前沿基础学科和高科技领域有着重要和广泛的应用需求。目前半导体激光器的线宽压窄主要通过从高精细度谐振腔、光栅等外部选频元件引入光反馈的方法，经过几十年的发展，半导体激光器的线宽已经得到大幅的压窄，由半导体激光器直接输出激光的线宽可以达到1kHz以下，并且通过外部电子学稳频反馈技术可以将激光线宽进一步压窄到1Hz以下。

目前窄线宽半导体激光装置的主要实现方案有：

在先方案之一是利用硅基平面波导光栅及半导体增益芯片构成的外腔半导体激光器，利用平面波导光栅色散器件作为半导体激光器的外部反射元件，一方面可以有效地增加半导体激光器的腔长而对激光器的噪声进行抑制，另一方面可以使激光器工作在光栅反射谱的斜边处利用光学负反馈效应进一步压窄激光器线宽，该方案可以实现对整个激光器的小型化蝶形封装，输出稳定的单纵模激光，所输出激光的积分线宽在kHz量级，但该方案所涉及的平面波导光栅制造复杂、成本较高，并且在线宽的进一步压窄方面存在限制【Kenji Numata,Mazin Alalusi,Lew Stolpner,Georgios Margaritis,Jordan Camp,andMichael Krainak.Characteristics of the single-longitudinal-mode planar-waveguide external cavity diode laser at 1064nm.Optics Letters,vol.39,2101-2104,2014】【Kenji Numata,Jordan Camp,Michael A.Krainak,LewStolpner.Performance of planar-waveguide external cavity laser for precisionmeasurements.Optics Express,vol.18,22781-22788,2010】。

在先方案之二是利用由氟化钙制成的高品质因子回音壁模式谐振腔与分布反馈半导体激光芯片构成的外腔半导体激光器，利用自注入锁定技术将激光器的频率锁定在谐振腔的反射峰上实现线宽的的压窄以提高光谱纯度，由于回音壁模式谐振腔体积很小，故该方案的激光器可以进行商用蝶形封装，所输出激光的积分线宽为30Hz，而瞬时线宽可以达到毫赫兹量级，但是同样的该方案所涉及的回音壁模式谐振腔造作工艺复杂，分布反馈半导体激光芯片与回音壁模式谐振腔之间需要精密的光耦合，且在强反馈情况下其稳定工作范围为4GHz，需要精确的电流温度控制。【W.Liang,V.S.Ilchenko,D.Eliyahu,A.A.Savchenkov,A.B.Matsko,D.Seidel,L.Maleki1.Ultralow noise miniatureexternal cavity semiconductor laser.naturecommunications,vol,6,7371,2015】。