[发明专利]一种小型化窄线宽半导体激光器

说明书

本发明涉及为了解决法拉第原子滤光器小型化问题，特公开本发明：一种小型化窄线宽半导体激光器，包括半导体激光发射头、准直透镜、小型化法拉第原子滤光器、外腔镜和电路控制单元；其中，半导体激光发射头、小型化法拉第原子滤光器和外腔镜均与电路控制单元电连接；控制电路单元包括控制半导体激光发射头的电流，控制小型化法拉第原子滤光器的温度，控制外腔镜的位移量；半导体激光发射头用于发射激光。本发明以原子跃迁谱线为基准频率，并且同时使用电反馈和光反馈，激光输出频率稳定性高，在此基础上提出了小型化方案，此发明可以大为缩减激光器的体积，节约产生和使用成本，不仅易于使用，还能拓展更多的应用场合。

技术领域

本发明属于半导体激光器领域和原子滤光器领域，更具体地涉及窄线宽法拉第半导体激光器的小型化技术。

背景技术

半导体激光器以体积小、重量轻、功耗小、成本低等显著优势而得到广泛的应用。但是半导体激光器在自由运行时，由于半导体材料的特性，激光输出频率或波长易受到温度、电流等环境参数的影响。

在光通信，光学遥感，量子测量等对激光频率稳定性要求很高的技术领域，使用半导体必须采用相应的技术手段来稳定输出频率或波长。

目前半导体几个稳频措施是将半导体激光器的输出频率与基准频率进行比较或鉴别，再通过适当的反馈方式对半导体激光器的输出频率进行控制，使其稳定地锁定在所选用的频率基准上，从而提高半导体激光器输出频率的准确性和稳定性。

常用的频率基准按照稳定性由低到高分别为衍射光栅，F-P标准具和原子分子跃迁谱线等。

常用的反馈方式有电反馈和光反馈两种。光反馈在激光腔内直接形成，无需外加反馈控制电路，结果简单。一般采用F-P标准具或光栅作为频率基准源，容易受到震动、温度、气压等因素，使得频率稳定度下降。

电反馈在以原子分子跃迁谱线为频率基准的激光器使用，通过电子的方式控制原子滤光器的磁场，温度以及半导体激光器的电流。

同时使用两种反馈方式可以发挥各自的技术特点提高频率稳定度，如专利CN201310189011.4，CN201810258209.6。但是这些技术方案的最终的稳频激光器体积还是较大，不能满足需要小型化激光器的应用场合。

发明内容

为了解决法拉第半导体激光器小型化问题，特公开本发明：一种小型化窄线宽半导体激光器，包括半导体激光发射头、准直透镜、小型化法拉第原子滤光器、外腔镜和控制电路单元；其中，半导体激光发射头、小型化法拉第原子滤光器和外腔镜均与控制电路单元电连接；控制电路单元包括控制半导体激光发射头的电流，控制小型化法拉第原子滤光器的温度，控制外腔镜的位移量；半导体激光发射头用于发射激光，激光依次穿过准直透镜、小型化法拉第原子滤光器和外腔镜；其中半导体激光发射头为普通商用的半导体激光器二极管。

优选地，小型化法拉第滤光器为集成化法拉第原子滤光器，包括原子气体参比池、螺旋电感、偏振片和加热丝，其中，所述原子气体参比池为柱状体，用于提供滤光器的工作物质；所述螺旋电感位于原子气体参比池的两端，用于提供沿气体参比池轴向的磁场；在所述螺旋电感的两外端各设有偏振片，用于起偏和检偏；在所述原子气体参比池的外表面的四周设有若干个环形的加热丝；加热丝和平面螺旋电感分别与控制电路单元电连接，用于控制原子气体参比池的温度和磁场强度。

优选地，所述螺旋电感的横截面形状与原子气体参比池的横截面形状相同，为圆形、椭圆形或多边形中的一种。

优选地，所述螺旋电感的中间部分留出，便于激光或光信号通过。

优选地，所述偏振片通过玻璃-玻璃热压键合工艺，直接键合在气体参比池端面外侧，且两端偏振片的偏振方向相互垂直。

优选地，所述气体参比池玻璃外表面连接有微型热电偶，用于实时测量气体参比池温度，并将温度反馈到控制电路单元中，由控制电路单元控制加热丝的电流，来保持温度恒定。