[发明专利]一种用于外腔半导体的光纤光栅反馈器件

说明书

本发明公开一种用于外腔半导体的光纤光栅反馈器件，包括光纤光栅封装管芯、保偏光纤光栅以及保护套管；光纤光栅封装管芯的内部沿其长度方向设置有贯通V型槽，所述保偏光纤光栅封装于所述光纤光栅封装管芯的V型槽上，所述保偏光纤光栅的前端设置有光纤透镜，其尾端设置有涂有涂覆层的尾纤；所述光纤光栅封装管芯固定于保护套管内部，所述保护套管端面与光纤光栅封装管芯端面固定，其侧面与保护套管固定。本发明将光纤光栅的栅区粘接于光纤光栅封装管芯的V形槽中进行一体化封装，V形槽为保偏光纤光栅提供对称的支撑，可以有效减小粘接过程中硅胶带来的应力，使光纤光栅的反射谱特性及偏振特性保持不变。

技术领域

本发明属于光纤光栅的技术领域，具体涉及一种用于外腔半导体的光纤光栅反馈器件。

背景技术

外腔半导体激光器的相频噪声可通过外腔反馈技术进行抑制从而得到窄线宽激光输出，并其在波长范围、发光效率、可靠性、稳定性及成本方面均具有明显优势，而集成化设计可使其具有更紧凑稳定的腔结构及极低的强度噪声，故目前在光纤传感、空间相干激光通信、引力波探测、高精度时频传递、 合成孔径雷达等高精度激光应用领域有着广泛的应用前景。目前常用的用于外腔半导体激光器的反馈器件主要有硅基平面波导光栅（PWG）、回音壁模式谐振腔（WGMR）、微环谐振腔、体布拉格光栅（VBG）、法布里珀罗（FP）腔等，但以上几种反馈元件均存在制造复杂、成本较高的问题，尤其硅基PWG及WGMR在波长的选择性方面还存在限制。

另一种研究起步较早的外腔结构为基于光纤布拉格光栅（FBG）的外腔半导体激光器，该结构利用光纤光栅作为反馈元件，具有结构简单、成本低廉的优势，随着半导体增益芯片及特种光敏光纤制作工艺、FBG刻写工艺的不断成熟，半导体增益芯片的性能和光栅光谱的可设计性都大幅提高，基于光纤光栅的外腔半导体激光器又重新引起了国内外研究机构的重视。但该类激光器早期文献报道均采用单模光纤刻写的布拉格光栅作为反馈元件，线宽一般停留在数十到数百千赫兹量级的水平，直到近期中国科学院半导体研究所在蝶形集成化封装的基础上实现了<10 kHz的窄线宽激光输出，但其偏振特性并不能得到保证【潘碧玮, 余力强, 陆丹, 李林森, 张莉萌, 李召松, 苏辉, 赵玲娟. 20 kHz窄线宽光纤光栅外腔半导体激光器 [J]. 中国激光, 2015, 42(5): 502007.】；另外英国南安普顿大学在新型的大数值孔径光敏光纤上刻写布拉格光栅，并通过火焰水解沉积工艺将其集成到硅基平板衬底上进行一体化封装，大大提高了光纤光栅的稳定性，并利用此作为反馈元件实现了14 kHz的窄线宽激光输出，与保偏单模光纤对接耦合后实现保偏激光输出，两种不同种类的光纤在【Stephen G. Lynch, Christopher Holmes, Sam A. Berry, James C.Gates, Alexander Jantzen, Teresa I. Ferreiro, Peter G. R. Smith. Externalcavity diode laser based upon an FBG in an integrated optical fiber platform[J]. Optics Express, 2016, 24(8): 8391-8398.】。可以看出现有的方案还不能满足在实现激光器单线偏振方面的应用需求。

而利用保偏光纤刻写的保偏光纤光栅作为反馈元件，将保偏光纤的快轴或慢轴通过旋转后对准半导体增益芯片输出光的偏振方向，则可以在提供有效光反馈及灵活波长选择性的同时得到高质量的保偏激光输出，但保偏光纤光栅非常脆弱，且光纤弯曲、位移、温度变化等所产生的应力会导致光栅光谱的特性及保偏性发生劣化，影响输出激光的性能。因此亟需开发一种基于保偏光纤光栅的激光器反馈元件，该元件不仅要满足集成化封装的要求，且需要在有效降低外界环境对光谱特性及保偏性能影响的同时，又能方便地实现光栅与芯片间耦合保证其偏振输出特性。

发明内容