一种波长稳定半导体激光器及其调试方法与流程

本申请属于激光技术领域，具体地说，涉及一种波长稳定的半导体激光器及其调试方法。

背景技术：

半导体激光器具有电光效率高、体积小、寿命长、价格低等优点，已广泛应用于军事、医疗、通信等领域。半导体激光器封装常规方法是将半导体激光器芯片发出的光准直聚焦耦合进光纤输出。但随激光器驱动电流的增加，发射光谱谱线会变宽，且随着工作过程中温度的积累，其输出光谱会发生红移，这种输出波长的不稳定性限制了其在固体激光器泵浦、医学仪器等领域的应用。

实现半导体激光器波长稳定通常有光纤布拉格光栅（fbg）、体布拉格光栅（vbg）两种方法。光纤布拉格光栅（fbg）实质上是在光纤纤芯内周期性刻蚀空间相位周期分布的光栅，形成窄带滤波器，实现窄线宽的激光输出，该方式采用滤波的形式对输出光谱进行滤波，其输出功率往往偏低。体布拉格光栅（vbg）与半导体激光器芯片间构成外腔，利用外腔反馈的方法对激光器输出光谱宽度进行压缩，实现温度漂移系数小，输出光谱范围稳定，但该方式存在结构复杂，调试困难等不足。

技术实现要素：

针对上述问题，本申请所要解决的技术问题是提供一种波长稳定半导体激光器及其调试方法，通过柱透镜、体布拉格光栅及聚焦透镜相互配合，实现低成本、高生产效率的激光器输出。

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种波长稳定半导体激光器，其包括：半导体激光器芯片；位于半导体激光器芯片后的柱透镜，柱透镜对半导体激光器芯片发出的光斑进行快轴压缩；体布拉格光栅（vbg），体布拉格光栅（vbg）与半导体激光器芯片后腔面共同构成外腔谐振腔，实现窄光谱宽度的稳定波长的激光输出；以及将输出的稳定波长的激光聚焦到光纤尾纤中的聚焦透镜，实现激光的尾纤输出。

根据本发明的一实施方式，其中上述体布拉格光栅（vbg）选取厚度大于5mm，衍射效率大于95%，带宽0.1nm~0.5nm。

根据本发明的一实施方式，其中上述聚焦透镜采用非球面结构，减小透镜光学尺寸提高系统透过率，同时镀有高透过率膜层。

根据本发明的一实施方式，其中上述光纤尾纤为多模光纤，纤芯直径50um、105um、200um，且光纤端面镀有波长范围高透过率，其他波长低透过率膜层。

本发明还公开一种波长稳定半导体激光器的调试方法具体包含以下步骤：

步骤一、采用六维调整架夹持固定柱透镜进行调试，柱透镜后设置ccd探头对光斑位置及光斑能量监控，根据光斑位置及能量情况调整柱透镜位置；

步骤二、柱透镜后设置聚焦透镜、光纤，调节光纤位置保证光纤尾纤输出激光能量均匀分布，且实现功率最大化输出。

步骤三、柱透镜和聚焦透镜间设置体布拉格光栅（vbg），光纤尾端设置光谱仪对输出光谱进行测量，根据光谱仪中光谱谱宽值调节体布拉格光栅（vbg）的位置。

根据本发明的一实施方式，其中上述柱透镜、体布拉格光栅（vbg）、聚焦透镜、光纤尾纤的固定采用光学胶固定，光学胶固化时结合光学胶的线膨胀系数的差别使用六维调整架沿光学胶膨胀的反方向施加外力，对光学胶的膨胀进行匹配，保证最佳光束质量输出。

与现有技术相比，本申请可以获得以下技术效果：

1）本发明采用体布拉格光栅（vbg）与半导体激光器芯片后表面构成新的谐振腔，输出光谱谱宽窄，同时激光器输出中心波长不随驱动电流增加、工作温度升高而变化，稳定的波长输出有利于工业化应用。

2）本发明在光路调试中，结合光学胶固化过程中线膨胀系数对六维调整架反向微调，化解光学胶固化时对光学元件的微变形的影响，保证输出光状态稳定，该方法调试简单、成品率高适于批量化生产。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明一实施方式中波长稳定半导体激光器结构示意图；

图2是本发明一实施方式中调试方法步骤一的示意图；

图3是本发明一实施方式中调试方法步骤二的示意图；

图4是本发明一实施方式中调试方法步骤三的示意图。

附图标记

半导体激光器芯片10，柱透镜20，体布拉格光栅（vbg）30，聚焦透镜40，光纤尾纤50，ccd探头60，功率计70，光谱仪80。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

请参考图1，图1为本发明一实施方式的波长稳定半导体激光器结构示意图，如图所示，一种波长稳定半导体激光器包括半导体激光器芯片10；柱透镜20置于半导体激光器芯片10后，半导体激光器芯片10发出的快慢轴方向光斑发散角相差较大，柱透镜20对发散角较大的快轴方向光斑进行压缩；体布拉格光栅（vbg）30与半导体激光器芯片10的后腔面共同构成了外腔谐振腔，利用体布拉格光栅（vbg）30中周期性光栅的反射作用，实现输出激光的波长选择性；聚焦透镜40将输出的稳定波长的激光准直聚焦到光纤尾纤50中，实现激光的尾纤输出。

体布拉格光栅（vbg）30由无机硅酸盐玻璃上周期性的刻蚀光栅制作而成，同半导体激光器芯片10后表面共同构成了新的谐振腔，通过体布拉格光栅（vbg）30的带宽选取，对半导体激光器芯片10输出的激光的谱宽进一步窄化，同时得到输出波长更稳定的激光输出。为得到光谱谱宽更窄的激光输出，体布拉格光栅（vbg）30选取厚度大于5mm，衍射效率大于95%，带宽0.1~0.5nm。

聚焦透镜40采用非球面结构，减小透镜光学尺寸提高系统透过率，同时镀有高透过率膜层。

光纤尾纤50为多模光纤，纤芯直径50um、105um、200um，且光纤端面镀有波长范围高透过率，其他波长低透过率膜层。

请一并参考图2至图4，图2是本发明一实施方式中调试方法步骤一的示意图；图3是本发明一实施方式中调试方法步骤二的示意图；图4是本发明一实施方式中调试方法步骤三的示意图。本发明提供的一种波长稳定半导体激光器光路调试方法，包括如下步骤：

步骤一、采用六维调整架夹持固定柱透镜20进行调试，柱透镜20后设置ccd探头60对光斑位置及光斑能量监控，结构图如图2所示，根据光斑位置及能量情况调整柱透镜20位置；

步骤二、柱透镜20后设置聚焦透镜40、光纤尾纤50，其结构图如图3所示，调节光纤50位置保证光纤尾纤输出激光能量均匀分布，且使用功率计70测试输出功率值，实现功率最大化输出。

步骤三、柱透镜20和聚焦透镜40间设置体布拉格光栅（vbg）30，光纤50尾端设置光谱仪80对输出光谱进行测量，其结构图如图4所示，根据光谱仪80中光谱谱宽值调节体布拉格光栅（vbg）30的位置。

在上述步骤中，光学器件柱透镜20、体布拉格光栅（vbg）30、聚焦透镜40、光纤尾纤50的固定采用光学胶进行固定，光学胶在固化过程中的线性膨胀性不可避免的会对各光学器件产生一定的位移，影响最终输出光的光束质量，因此在光学胶固化前，结合光学胶的线膨胀系数的差别使用六维调整架沿光学胶膨胀的反方向施加外力，对光学胶的膨胀进行匹配，保证最佳光束质量输出。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。