[发明专利]一种光栅外腔半导体激光器波长的调谐方法

说明书

技术领域

本发明涉及光栅外腔半导体激光器，尤其是涉及可通过改变半导体增益器件或准直透镜 相对于衍射光栅的水平位置来进行波长调谐的一种光栅外腔半导体激光器波长的调谐方法。

背景技术

光源的波长可调谐是激光技术的重要组成部分，光栅外腔半导体激光器就是一种以衍射 光栅作为光反馈和选模元件的可调谐激光光源，具有线宽窄、可调谐范围宽、转换效率高等 优点，在光纤通信、光存储、高分辨率光谱分析等领域有着广阔的应用前景。

目前，常用的光栅外腔半导体激光器一般有两种类型，即利特罗型光栅外腔半导体激光 器和利特曼型光栅外腔半导体激光器，它们的波长调谐分别通过旋转衍射光栅和平面反射镜 来改变光线在光栅上的入射角而实现，例如C.J.Hawthorn等(C.J.Hawthorn，K.P.Weber andR.E.Scholten，Littrowconfigurationtunableexternalcavitydiodelaserwith fixeddirectionoutputbeam，ReviewofScientificInstruments，Vol.72，No.12，Pages 4477-4479，2001)介绍的一种比较典型的利特罗型光栅外腔半导体激光器和S.Stry等(S. Stry，S.Thelen，J.Sacher，D.Halmer，P.HeringandM.Murtz，Widelytunablediffraction limited1000mWexternalcavitydiodelaserinLittman/Metcalfconfigurationfor cavityring-downspectroscopy，AppliedPhysicsB，Vol.85，Pages365-374，2006)介 绍的一种比较典型的利特曼型光栅外腔半导体激光器。对于这两种类型的光栅外腔半导体激 光器，由于衍射光栅和平面反射镜体积较大，一般地，用于驱动其角度变化的电动旋转驱动 装置体积也较大，这将不利于光栅外腔半导体激光器的小型化结构设计，也不利于波长的快 速调谐。

为了减小外腔激光器系统的体积，汪洋(汪洋.基于InAs/InP量子点的1.55μm可调谐 外腔激光器.曲阜师范大学硕士学位论文，2012年4月)和成若海(成若海.量子点外腔激光 器性能研究.曲阜师范大学硕士学位论文，2013年4月)介绍了一款利特罗型光栅外腔半导 体激光器的小型化结构。他们利于金属的弹性设计了光栅固定座，依靠压电陶瓷驱动器来旋 转驱动衍射光栅，由于未采用大体积的角度旋转驱动装置，从而有效减小了系统的体积。如 图1所示，即为论文所介绍的通过旋转衍射光栅实现利特罗型光栅外腔半导体激光器波长调 谐的原理示意图，主要包括：半导体增益器件11、准直透镜12和衍射光栅13；半导体增益 器件11发出的光经过准直透镜12准直后，入射到衍射光栅13上，一级衍射光沿原路返回半 导体增益器件11有源区，零级光作为输出；衍射光栅13被固定在一压电陶瓷驱动器驱动的 调谐装置14上，通过调谐装置14沿着点15推动衍射光栅13，使衍射光栅绕着轴16旋转， 从而实现波长的调谐。其中，当压电陶瓷驱动器驱动的距离为x时，衍射光栅13绕轴16旋 转的角度为δ，L表示作用点15距离轴16的距离。该利特罗型光栅外腔半导体激光器的调 谐波长Δλ与旋转的角度δ满足关系式：2d·δ·cosθ＝k·Δλ，其中d为衍射光栅13的槽间距， k＝1表示一级衍射光，θ为一级衍射角，满足2dsinθ＝k·λ,其中λ表示半导体增益器件的中心波 长；压电陶瓷驱动的距离x可表示为：x＝L·tanδ；根据以上关系式可得到此种利特罗型光栅 外腔半导体激光器的调谐波长Δλ与压电陶瓷驱动光栅移动距离x之间的关系： Δλ＝(2d·x·cosθ)/L。针对785nm波长，当选用1200线/mm的光栅，L取25mm时，根据以上 公式计算得到，压电陶瓷驱动器驱动9微米，外腔激光器波长相应地改变0.53nm。此种结构 虽然有利于仪器的小型化设计，但是，由于依靠金属弹性不利于大角度改变，并且波长改变 对压电陶瓷驱动器驱动位移变化不够敏感，再加上压电陶瓷驱动器位移改变量有限，这就限 制了此种外腔激光器的电动调谐波长范围，对于某些需要大范围波长调谐的应用场合而不适 合。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的外腔激光器波长调谐存在的上述问题，提供一种光栅外腔 半导体激光器波长的调谐方法。