一种半导体激光器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种半导体激光器，包括隔振平台和半导体激光器本体，所述隔振平台包括气垫式隔振平台、磁铁板块，所述磁铁板块设有两块，分别为第一磁铁板块和第二磁铁板块，所述第一磁铁板块的极性、形状和大小与所述第二磁铁板块的极性、形状和大小分别相同，所述第一磁铁板块位于气垫式隔振平台上，所述第二磁铁板块悬浮在所述第一磁铁板块的上方，所述半导体激光器本体固定在所述第二磁铁板块上。本实用新型采用“磁悬浮”式的气垫隔振平台，这种隔振平台是非接触类的，也就是说它没有与地面直接接触，而是通过磁场与磁场的相互作用而与地面隔离，进而受到地面自然振动的影响极小，进而巧妙地避免了地面振动对半导体激光器线宽的影响。
【专利说明】一种半导体激光器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及激光器件，具体的涉及一种半导体激光器。
【背景技术】
[0002] 半导体激光器由于具有电光直接转换，体积小，寿命长等优点，已经广泛应用于 许多领域，然而其线宽通常比较大，例如分布反馈（DFB)半导体激光器的线宽在MHz量级， 而光纤传导等领域对光信号的相干性要求很高，需要几十千赫兹的量级；最近20多年来， 如何减小半导体激光器的线宽成为各国科学家研究的，尤其在原子钟领域，对于激光的线 宽要求非常严格，因此，在窄线宽激光器的应用领域中，激光频率稳定度是一个极其重要 的指标参数。一般有如下两种因素会影响半导体激光器的线宽：①由于地面的自然振动引 起的激光线宽的增宽；大地的自然振动也会无可避免地增加半导体激光器的线宽，然而大 地的自然振动又是无法避免的，只能尽量地减小大地振动对半导体激光器的影响，现今普 遍采用的是气垫隔振平台，这种方案将极大的减小地面振动对线宽的影响，但是这种做法 还是不够理想，因为这种气垫隔振平台是与地面直接接触的，因而会随地面的振动而引起 相应的振动。②电路本身对半导体激光器线宽的影响。 实用新型内容
[0003] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种半导体激光器，能尽可能的减小外界 和电路本身对半导体激光光器线宽的影响。
[0004] 本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种半导体激光器，包括隔振平 台和半导体激光器本体，所述隔振平台包括气垫式隔振平台、磁铁板块，所述磁铁板块设有 两块，分别为第一磁铁板块和第二磁铁板块，所述第一磁铁板块的极性、形状和大小与所述 第二磁铁板块的极性、形状和大小分别相同，所述第一磁铁板块位于所述气垫式隔振平台 上，所述第二磁铁板块悬浮在所述第一磁铁板块的上方，所述半导体激光器本体固定在所 述第二磁铁板块上。
[0005] 本实用新型的有益效果是：本实用新型一种半导体激光器采用"磁悬浮"式的气垫 隔振平台，这种隔振平台是非接触类的，也就是说它没有与地面直接接触，而是通过磁场与 磁场的相互作用而与地面隔离，进而受到地面自然振动的影响极小，进而巧妙地避免了地 面振动对半导体激光器线宽的影响。
[0006] 在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0007] 进一步，所述第二磁铁板块的上方设有两个赫姆霍兹线圈，所述两个赫姆霍兹线 圈的中心在同一条轴线上。
[0008] 采用上述进一步方案的有益效果为：在"磁悬浮"式气垫隔振平台的第二磁铁板块 的上方放一对赫姆霍兹线圈，使其产生与第一磁铁板块在外面产生的磁场的等大反向的磁 场，以抵消第二磁铁板块上方的磁场，避免了外界磁场对半导体激光器本体产生的不良影 响。
[0009] 进一步，所述半导体激光器本体内设有稳频电路，所述稳频电路包括单频激光器、 压电陶瓷晶体、光电探测器、选频放大器、1kHz正弦波振荡器、鉴相器、直流放大器和直流电 压变换器，所述单频激光器设置在所述压电陶瓷晶体和所述光电探测器之间，所述光电探 测器、选频放大器、鉴相器、直流放大器、直流电压变换器和压电陶瓷晶体依次相连，且所述 鉴相器通过所述1kHz正弦波振荡器与所述压电陶瓷晶体相连。
[0010] 采用上述进一步方案的有益效果为：采用上述所述的一种稳频电路，可以稳定半 导体激光器本体的频率，从而避免半导体激光器本体本身的电路对半导体激光器线宽的影 响。
[0011] 进一步，所述压电陶瓷晶体为圆筒形，在圆筒形压电陶瓷晶体的内壁和外壁上分 别设有电极。
[0012] 进一步，所述光电探测器为光电二极管或光电管。
[0013] 进一步，所述选频放大器为双T型网络构成的选频放大器。
[0014] 进一步，所述鉴相器为二极管平衡式鉴相器。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型一种半导体激光器的隔震平台的结构示意图；
[0016] 图2现有技术中稳频电路的原理框图；
[0017] 图3双二次带通滤波器的电路结构图；
[0018] 图4双二次低通滤波器的电路结构图；
[0019] 图5为本实用新型一种半导体激光器的稳频电路的结构示意图。
[0020] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0021] 1、气垫式隔振平台，2、第一磁铁板块，3、第二磁铁板块，4、赫姆霍兹线圈。
【具体实施方式】
[0022] 以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用 新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0023] 如图1所示，一种半导体激光器，包括隔振平台和半导体激光器本体，所述隔振平 台包括气垫式隔振平台1、第一磁铁板块2、第二磁铁板块3,所述第一磁铁板块2的极性、 形状和大小与所述第二磁铁板块3的极性、形状和大小分别相同，所述第一磁铁板块2位于 所述气垫式隔振平台1上，所述第二磁铁板块3悬浮在所述第一磁铁板块2的上方，所述半 导体激光器本体固定在所述第二磁铁板块2上，所述第二磁铁板块2的上方设有两个赫姆 霍兹线圈4,所述两个赫姆霍兹线圈4的中心在同一条轴线上。在"磁悬浮"式气垫隔振平 台的第二磁铁板块3的上方放一对赫姆霍兹线圈4,赫姆霍兹线圈4产生与第一磁铁板块 2在外面产生的磁场的等大反向的磁场，以抵消第二磁铁板块3上方的磁场，避免了外界磁 场对半导体激光器本体产生的不良影响；半导体激光器采用"磁悬浮"式的气垫隔振平台， 这种隔振平台是非接触类的，也就是说它没有与地面直接接触，而是通过磁场与磁场的相 互作用而与地面隔离，进而受到地面自然振动的影响极小，进而巧妙地避免了地面振动对 半导体激光器线宽的影响。
[0024] 为了稳定半导体激光的频率，最直接的方法就足把半导体激光的频率锁定在一个 稳定的参考源频率上。现在使用最多的参考频率源是原子或分子的跃迁线。通过加调制的 方法改变半导体激光器的外腔参数（腔长，光栅转角等）或其工作电流，工作温度，使输出 激光的频率受到相应的调制，从而在相应的光谱输出上出现强度变化，然后对光谱强度变 化进行一定处理，得到激光频率偏移参考中心频率的信息，在根据此信息由稳频系统向半 导体激光器反馈入相应的控制参量，用以把输出光功率控制在参考频率处。根据以上理论 分析，可以画出稳频电路的原理框图如图2。整个稳频电路系统由几个关键电路组成：带通 滤波放大、信号发生器、鉴相器、低通滤波放大、带通滤波整形、信号移相。饱和光谱探测的 信号经过充电信号的转换传递到带通滤波放大，带通滤波放大是对得到的光电信号进行选 频放大；信号发生器提供稳频所需要的调制信号和鉴相参考信号；鉴相器实现参考信号和 鉴频信号的相乘运算低通滤波放大得到输入信号的直流成分，作为误差信号与调制信号经 过加法器相加后一起输出到PZT高压驱动器；带通滤波整形是为了得到谐波抑制比很高得 到的正弦信号；信号移相是对信号的相位进行移动，且保持幅值不变。在图2中，关键的电 路为分析如下：
[0025] 带通滤波电路
[0026] 带通滤波器采用双二次带通滤波器，其电路结构如图3所示。其传递函数为：
[0027] ^ ---F Λ' + Bs + w0 1 ?
[0028] 式中：G =贫』=Η0 = · Q值可以达至IJ 100以上，同时具有良好的稳 定性。增益由Ri调节，带宽B即Q值由R2调节，中心频率W(l由R3调节。
[0029] 低通滤波电路
[0030] 低通滤波电路采用双二次低通滤波器，其电路结构如图4所示。只要将带通滤波 电路中的C与R 5对调即为参考电路图，传递函数为： η ? , (為
[0031] //(.ν)^-~ · s~ +^$ + 50 1 1 i?
[0032] 将(：和& 都归一化，=
[0033] 电路的调节很方便，改变&影响增益，改变R2影响通带响应，改变R 3影响截止频 率。
[0034] 图5为本实施例一种半导体激光器的稳频电路的结构示意图，所述半导体激光器 本体内设有稳频电路，所述稳频电路包括单频激光器、压电陶瓷晶体、光电探测器、选频放 大器、1kHz正弦波振荡器、鉴相器、直流放大器和直流电压变换器，所述单频激光器设置在 所述压电陶瓷晶体和所述光电探测器之间，所述光电探测器、选频放大器、鉴相器、直流放 大器、直流电压变换器和压电陶瓷晶体依次相连，且所述鉴相器通过所述1kHz正弦波振荡 器与所述压电陶瓷晶体相连。
[0035] 所述压电陶瓷晶体为圆筒形，有一定的厚度，在筒的内侧和外侧上加有电极，所述 光电探测器把单频激光器发出的激光信号转变为电信号，由于压电陶瓷晶体上加有1kHz 的振荡电压，因此激光信号被压电陶瓷晶体上的振荡电压调制，落在光电探测器上的激光 信号是一直流调制信号，调制频率为1kHz，所述光电探测器一般选用光电二极管或光电管， 所述选频放大器常采用双T形网络构成选频放大器，对光电探测器的输出信号（1kHz)进行 放大；所述1kHz正弦波振荡器可由双T形网络和运算放大器构成；所述鉴相器是锁相环的 重要部件，它的作用是把来自选频放大器和正弦波振荡器的两个信号的相位进行比较，以 电压形式反映二者的相位差。二极管平衡式鉴相器是常采用的电路之一；所述直流放大器 把鉴相器输出的误差电压进行放大，要求直流放大器的放大倍数高且漂移小，可采用相应 的集成运算放大器。所述直流电压变换器把经直流放大器放大的误差电压转换成方波信 号，去控制所述压电陶瓷晶体。所以，利用图5所示的稳频电路可以达到稳频目的。
[0036] 对于典型的AlGaAs半导体激光器，调频信号频率小于1MHz时，输出激光的频率随 注入电流的变化率约为3GHz / mA ;调频信号频率在1MHz?3GHz之间时，输出激光频率的 变化率约为-300MHz / mA。
[0037] 另外，根据稳频要求，由电流变化引起的激光器输出频率变化应该小于几个兆 赫兹。如果电流的纹波小于luA，这样由电流引起的最大频率变化为Au=AIX3GHz / mA=3MHz。本实施例还采用串联负反馈电路设计电流源电路。其具体测试结果：（1)电流 噪声：输出电流100mA，电流信号纹波小于luV，据此可以估算出稳流源的输出电流噪声在 luV / 20Ω以内，g卩小于50nA，所以，电流噪声应该在10_7数量级，由此造成的激光频率抖 动小于1MHz ; (2)稳定度：输出电流为100mA，采样电阻为R27 = 20 Ω，在电流源开始稳定工 作后，采样电阻上的电压漂移为±l〇uV，换算成电流的漂移只有±500nA，所以输出电流的 稳定度为1〇_ 6,由此可知，采用串联负反馈的电流源电路作为控流电路，可以减少电路的漂 移，即减小电流的变化，从而减小半导体激光器输出频率的变化，进而避免对半导体激光器 线宽的影响。
[0038] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用 新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保 护范围之内。
【权利要求】
1. 一种半导体激光器，其特征在于：包括隔振平台和半导体激光器本体，所述隔振平 台包括气垫式隔振平台、磁铁板块，所述磁铁板块设有两块，分别为第一磁铁板块和第二磁 铁板块，所述第一磁铁板块的极性、形状和大小与所述第二磁铁板块的极性、形状和大小分 别相同，所述第一磁铁板块位于所述气垫式隔振平台上，所述第二磁铁板块悬浮在所述第 一磁铁板块的上方，所述半导体激光器本体固定在所述第二磁铁板块上。
2. 根据权利要求1所述的一种半导体激光器，其特征在于：所述第二磁铁板块的上方 设有两个赫姆霍兹线圈，所述两个赫姆霍兹线圈的中心在同一条轴线上。
3. 根据权利要求1或2所述的一种半导体激光器，其特征在于：所述半导体激光器本 体内设有稳频电路，所述稳频电路包括单频激光器、压电陶瓷晶体、光电探测器、选频放大 器、1kHz正弦波振荡器、鉴相器、直流放大器和直流电压变换器，所述单频激光器设置在所 述压电陶瓷晶体和所述光电探测器之间，所述光电探测器、选频放大器、鉴相器、直流放大 器、直流电压变换器和压电陶瓷晶体依次相连，且所述鉴相器通过所述1kHz正弦波振荡器 与所述压电陶瓷晶体相连。
4. 根据权利要求3所述的一种半导体激光器，其特征在于：所述压电陶瓷晶体为圆筒 形，在圆筒形压电陶瓷晶体的内壁和外壁上分别设有电极。
5. 根据权利要求3所述的一种半导体激光器，其特征在于：所述光电探测器为光电二 极管或光电管。
6. 根据权利要求3所述的一种半导体激光器，其特征在于：所述选频放大器为双T型 网络构成的选频放大器。
7. 根据权利要求3所述的一种半导体激光器，其特征在于：所述鉴相器为二极管平衡 式鉴相器。
【文档编号】H01S5/022GK203883308SQ201420195151
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】雷海东, 魏洁, 张明, 朱紫洪 申请人:江汉大学