[发明专利]量子级联激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种量子级联激光器。

背景技术

量子级联激光器是根据量子力学能级理论(如双声子共振、束缚到连续等)设计的半导体激光器，电子是从子带到子带跃迁发光。与传统的半导体激光器不同，量子级联激光器的有源区是由一系列周期性变化的薄膜构成的阱垒对构成，这些周期性变化薄膜阱垒对的厚度决定量子级联激光器的激射波长，量子级联激光器的激射波长已经实现了从中红外(MIR)到太赫兹(THZ)波段的宽的波长覆盖。自1994年诞生以来，由于其高可靠性、小体积以及高转化效率，量子级联激光器在气体探测，自由空间光通信、军事制导和生命医疗等领域具有重要的应用意义。在红外对抗领域，目前所用的红外导引头探测的波长大多数3～5μm，量子级联激光器的波长可以完全覆盖红外导引头的探测器。定向红外干扰对红外引导头的干扰、致眩以及毁坏取决于照射到引导头上的激光功率。目前来说量子级联激光器的单管输出功率有限，为突破单管量子级联激光器的输出光功率极限，在实际应用中有必要采用光束合成技术提高输出功率。国际上已经有采用合束方法包括相干合束和非相干合束两种。相干合束的光束质量好，如迈克尔逊腔合束[Bloom，Guillaume，et al.Optics letters 35.11(2010)：1917-1919.]、达曼光栅合束[Bloom，Guillaume，et al.Optics letters 36.19(2011)：3810-3812.]，但是效率很低，不能提高光功率。非相干合束主要使用量子级联激光器Bar条的外腔光谱合束[Lee，Benjamin G.，et al.OpticsExpress 17.18(2009)：16216-16224.]，这种方法可以保证合束后的光束质量和单管器件相同，但是不能解决Bar条本身的热效应，毕竟量子及级联激光器不同于普通的半导体激光器，它的电光转化效率只有～10％，热效应非常显著。如果能借鉴普通半导体激光器中单管器件空间合束的方法，首先解决量子级联激光器的散热问题，然后在利用外腔光谱合束的形式保证光束质量，从而提供一种切实可行的高效量子级联激光器合束方法。利用空间合束结合光栅外腔合束的方法可以使量子级联激光器合束效率在70-80％之间，而且能保证输出的光是同轴的，这在红外对抗方面会有重要的应用价值。此种方法类似于单色仪分光的逆过程，多个量子级联激光器管芯空间合束后，以不同的入射角入射到衍射光栅上，经过输出镜的反馈以相同的衍射角输出，根据光路可逆原理光栅衍射的光会二次对激光芯片进行调制，形成具有一定波长间隔的、方向相同的复色红外光。此种方法的好处是能够保持单个管芯的光束质量，同时能够实现较高的功率输出。

发明内容

为克服现有量子级联激光器的单管输出功率有限的问题，本发明提供了一种量子级联激光器。

本发明实施例量子级联激光器包括：阶梯热沉，其壁面上开有若干个阶梯平面；单管量子级联激光器，固定安装在所述阶梯热沉的阶梯平面上；非球面透镜，固定安装在所述阶梯热沉的阶梯平面上，位于单管量子级联激光器的前端；以及反射镜，其固定安装在所述阶梯热沉的阶梯平面上，位于非球面透镜的前端。

优选地，本发明实施例量子级联激光器还包括：外腔体，其与所述量子级联激光器机体上的腔体连接口相互固定安装；外腔镜，其安装在所述外腔体的内部，与所述外腔体内壁面的前端相互固定。

优选地，本发明实施例量子级联激光器中，外腔镜为具有反射率的平行平板；所述平行平板的反射率值在30％到50％之间。

优选地，本发明实施例量子级联激光器还包括：半波片，安装在外腔体的内部，与所述外腔体内壁面的后端相互固定；衍射光栅，安装在外腔体的内部，其与外腔体的内壁面相互固定，其位于所述半波片与外腔镜之间。

优选地，本发明实施例量子级联激光器中，所述衍射光栅为闪耀光栅。

优选地，本发明实施例量子级联激光器在工作过程中：

单管量子级联激光器发出的光束，经过非球面透镜的准直，入射到反射镜后从腔体连接口射出，反射镜射出的光束，形成平行等距的组合光束；

从腔体连接口射出的组合光束，入射到外腔体中的半波片，所述半波片使其偏振方向旋转90度后射出；波长相同的组合光束以相近的角度入射到衍射光栅，从衍射光栅射出的组合光束，入射到外腔镜，部分组合光束穿过外腔镜后射出，另一部分光束被外腔镜反馈；

被外腔镜反馈的部分反馈光束，经过衍射光栅、半波片、反射镜与非球面透镜，原路返回到各自的单管量子级联激光器的腔体内；