一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型的制作方法

[0001]
本发明涉及技术半导体激光器领域，具体涉及一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型。


背景技术：

[0002]
外腔半导体激光器利用具有波长选择特性的光学器件在激光芯片外部构建谐振腔实现激光输出，对波长选择器件的特定参数进行调节可实现激光器输出波长的调谐。相比于dfb半导体激光器通过改变芯片电流和温度实现调谐，外腔半导体激光器的显著优点是调谐范围宽，在多组分气体检测、光纤光栅传感信号解调、光谱学研究等领域具有重要应用价值。
[0003]
单台套外腔半导体激光器的调谐范围由芯片自身的自发辐射光谱宽度和外腔腔型所能实现的调节范围共同决定，在此基础上若要进一步达到更宽的调谐范围，最常用的方法是将多台套具有不同调谐波段范围的外腔半导体激光器进行合束，在光谱维度上实现其调谐范围的拼接，从而整体上达到了更宽的调谐范围。
[0004]
为保证合束后的光束质量，通常采用传统的二向分色器件(如二向分色镜、二向分色棱镜等)对多台套外腔半导体激光器进行光谱合束，例如一种装置：包含外腔半导体激光器5、5'、5"，对应的调谐范围分别为λ1至λ2、λ2至λ3、λ3至λ4，该装置还包含二向分色器件6，其对λ1至λ2波段的激光具有高透射率，对λ2至λ3波段的激光具有高反射率，二向分色器件6'对λ1至λ2波段和λ2至λ3波段的激光具有高透射率，对λ3至λ4波段的激光具有高反射率，这样就能实现三台套外腔半导体激光器的光谱合束及其调谐波段范围的拼接，整体上实现更宽的调谐范围。对更多台套外腔半导体激光器的合束方案也是同理。
[0005]
然而，基于二向分色器件合束的宽调谐半导体激光器方案存在一个缺点：在两个相邻调谐波段范围之间的衔接波长附近，合束后其光功率将会大幅度衰减。合束后的光功率等于合束前的光功率乘以二向分色器件的透射率或反射率(根据光束是透过二向分色器件或者被二向分色器件反射)。仍以以上装置举例，该装置在外腔半导体激光器5的调谐波段范围λ1至λ2和外腔半导体激光器5'的调谐波段范围λ2至λ3之间的衔接波长λ2附近，随着波长逐渐接近λ2，二向分色器件6对外腔半导体激光器5发出的波长为λ
2-δλ的激光的透射率，以及对外腔半导体激光器5'发出的波长为λ2+δλ的激光的反射率都大幅度下降，这将导致波长在λ2附近的激光功率合束后大幅度衰减，最严重的是波长λ2的光功率合束后将衰减50％。


技术实现要素：

[0006]
本发明是为了克服基于二向分色器件合束的宽调谐半导体激光器方案合束后功率衰减的缺点，通过设计相同的衍射点、采用同一个可旋转的光栅和耦合输出镜，当光栅或耦合输出镜发生转动时，与耦合输出镜镜面相互垂直的衍射方向随之变化，对应的能被耦合输出镜部分反射并原路返回激光芯片中形成激光振荡和输出的光波长也随之改变，即实
现了输出激光波长的调谐，但不存在两个相邻调谐波段范围之间的衔接波长附近合束后光功率大幅度衰减的问题，实现了高合束效率。
[0007]
本发明提供一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，包括发光准直部件，用于将发光准直部件输出的准直后的光束衍射并分离的光栅和将光栅输出的衍射光束反射或透射的耦合输出镜；
[0008]
光栅和耦合输出镜至少有一个是可旋转的，通过旋转实现光波长的调谐；
[0009]
发光准直部件包括半导体激光芯片和用于将半导体激光芯片的光束进行准直的腔内准直器。
[0010]
本发明所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，耦合输出镜包括耦合输出镜本体，还包括与耦合输出镜本体连接的用于旋转耦合输出镜本体的耦合输出镜旋转台；
[0011]
用于驱动耦合输出镜旋转台旋转的方式为手动或电动或mems驱动；电动包括直流电机驱动、步进电机驱动、压电驱动或mems驱动；mems驱动包括静电驱动或电磁驱动。
[0012]
本发明所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，光栅包括光栅本体，还包括与光栅连接的用于旋转光栅本体的旋转台；
[0013]
用于驱动旋转台转动的方式为手动或电动；电动包括直流电机驱动、步进电机驱动、压电驱动或mems驱动；mems驱动包括静电驱动或电磁驱动；
[0014]
光栅本体的衍射级次为
±
1级、
±
2级；光栅本体工作方式为反射式或透射式；光栅本体种类为刻线光栅、全息光栅、阶梯光栅或mems光栅；光栅本体面型为平面或曲面；光栅本体表面光学膜层为增透膜、增反膜、特定透过率膜或不镀膜。
[0015]
本发明所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，发光准直部件设置有多个。
[0016]
本发明所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，不同发光准直部件中的半导体激光芯片加电方式为同时加电或分时切换加电；不同发光准直部件中的腔内准直器使用相同或不同类型的腔内准直器。
[0017]
本发明所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，还包括设置在腔内准直器和光栅之间用于准直后的光束反射至光栅的平面反射镜。
[0018]
本发明所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，半导体激光芯片为传统半导体激光芯片、量子级联激光芯片、带间级联激光芯片或led芯片，半导体激光芯片输出光束波长为紫外、可见光、近红外、中红外、远红外或太赫兹波段；半导体激光芯片输出光束被腔内准直器、光栅和耦合输出镜的工作波段覆盖。
[0019]
本发明所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，半导体激光芯片为宽谱芯片或法布里-珀罗芯片；半导体激光芯片两个端面镀增透膜、增反膜、特定透过率膜或者不镀膜。
[0020]
本发明所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，腔内准直器的工作方式为透射式或反射式；腔内准直器的面型为球面、抛物面或复杂非球面；腔内准直器的组成为单片式或多片组合式；腔内准直器表面光学膜层为增透膜或增反膜；
[0021]
耦合输出镜基材为熔融石英、bk7、蓝宝石、硅、锗或硒化锌等；耦合输出镜两个表
面光学膜层为增透膜、增反膜或特定透过率膜。
[0022]
本发明所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，还包括设置在光栅和耦合输出镜之间用于输出光束的光学分光器件；宽调谐半导体激光器腔型激光输出形式为空间光输出或光纤耦合输出。
[0023]
半导体激光芯片：用于接收注入电流，输出具有一定光谱宽度和空间发散角的自发辐射荧光，为外腔波长选择提供光源；
[0024]
腔内准直器：用于对激光芯片腔内端输出的发散光束进行准直，减小光束发散角；
[0025]
光栅：用于对准直光束进行衍射，将不同波长的光束在空间上进行分离；
[0026]
耦合输出镜：用于将衍射方向与其镜面相互垂直的光束(具有特定的波长)部分反射并沿原路返回激光芯片中形成激光振荡，另一部分光束则透射形成输出激光束。
[0027]
本发明的半导体激光芯片发出的发散光束经腔内准直器准直后，准直光束入射至光栅发生衍射，衍射后的准直光束入射耦合输出镜，耦合输出镜会将光束分为透射和反射两部分，选取合适的耦合输出镜角度，能够使得某非零级次衍射方向与其镜面相互垂直的光束(对应着特定的波长)能够被部分反射并沿原路返回光栅，再通过光栅二次衍射后沿原路返回激光芯片中形成激光振荡，另一部分光束则透过耦合输出镜形成输出激光束。当光栅或耦合输出镜发生转动时，与耦合输出镜镜面相互垂直的衍射方向随之变化，对应的能被耦合输出镜部分反射并原路返回激光芯片中形成激光振荡和输出的光波长也随之改变，即实现了输出激光波长的调谐。在实现第一路外腔半导体激光器输出激光波长宽调谐的基础上，再加上多只具有不同自发辐射光谱特性的半导体激光芯片，都采用腔内准直器对自发辐射荧光进行准直，半导体激光芯片各自设置合适的安装角度，使准直光束入射至与第一路准直光束相同位置的光栅表面衍射点，再通过耦合输出镜选择特定衍射方向(对应特定波长)的光束形成激光振荡和输出。总的来说，不同的半导体激光芯片都是通过腔内准直器、光栅和耦合输出镜来构成外腔反馈，从而实现激光振荡和宽调谐输出的，它们构成的多个外腔通过设计相同的衍射点、采用同一个光栅和耦合输出镜，可以实现部分外腔光路(从光栅衍射点至耦合输出镜的部分)的重合，也就实现了多路输出激光束的合束。该腔型通过设计相同的衍射点、采用同一个光栅和耦合输出镜，将多个外腔光路部分重合，从而实现多路输出激光束的合束和多个调谐波段范围的拼接，相比于传统的二向分色器件合束方案，不存在两个相邻调谐波段范围之间的衔接波长附近合束后光功率大幅度衰减的问题，实现了高合束效率。
[0028]
本发明具有以下优点：
[0029]
(1)通过设计相同的衍射点、采用同一个光栅和耦合输出镜，将多个外腔光路部分重合，从而实现多路输出激光束的合束和多个调谐波段范围的拼接；
[0030]
(3)本发明不需要使用传统二向分色器件，合束后的激光输出功率即等于各路作为独立的外腔半导体激光器的输出功率，解决了传统二向分色器件合束方案在两个相邻调谐波段范围之间的衔接波长附近合束后光功率大幅度衰减的问题，为宽调谐半导体激光器提供一种高合束效率的光谱合束腔型方案。
附图说明
[0031]
图1为一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型实施例1结构图；
[0032]
图2为一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型实施例2结构图；
[0033]
图3为一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型实施例3结构图；
[0034]
图4为一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型实施例4、7、11结构图；
[0035]
图5为一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型实施例5、8、11结构图；
[0036]
图6为一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型实施例6、9、10、11结构图。
[0037]
附图标记：
[0038]
1、发光准直部件；11、半导体激光芯片；12、腔内准直器；2、光栅；21、光栅本体；22、旋转台；3、耦合输出镜；31、耦合输出镜本体；32、耦合输出镜旋转台。
具体实施方式
[0039]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0040]
实施例1
[0041]
如图1所示，一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，包括发光准直部件1，用于将发光准直部件1输出的准直后的光束衍射并分离的光栅2和将光栅2输出的衍射光束反射或透射的耦合输出镜3；光栅2可旋转，通过旋转实现波长的调谐；
[0042]
发光准直部件1包括半导体激光芯片11和用于将半导体激光芯片11的光束进行准直的腔内准直器12。
[0043]
实施例2
[0044]
如图2所示，一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，包括发光准直部件1，用于将发光准直部件1输出的准直后的光束衍射并分离的光栅2和将光栅2输出的衍射光束反射或透射的耦合输出镜3；耦合输出镜3可旋转，通过旋转实现波长的调谐；
[0045]
发光准直部件1包括半导体激光芯片11和用于将半导体激光芯片11的光束进行准直的腔内准直器12。
[0046]
实施例3
[0047]
如图3所示，一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，包括发光准直部件1，用于将发光准直部件1输出的准直后的光束衍射并分离的光栅2和将光栅2输出的衍射光束反射或透射的耦合输出镜3；光栅2和耦合输出镜3均可旋转，通过旋转实现波长的调谐；
[0048]
发光准直部件1包括半导体激光芯片11和用于将半导体激光芯片11的光束进行准直的腔内准直器12。
[0049]
实施例4
[0050]
如图4所示，一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，包括发光准直部件1，用于将发光准直部件1输出的准直后的光束衍射并分离的光栅2和将光栅2输出的衍射光束反射或透射的耦合输出镜3；光栅2可旋转，通过旋转实现波长的调谐；
[0051]
发光准直部件1包括半导体激光芯片11和用于将半导体激光芯片11的光束进行准
直的腔内准直器12；发光准直部件1设置有多个；
[0052]
光栅2包括光栅本体21，还包括与光栅2连接的用于旋转光栅本体21的旋转台22；
[0053]
用于驱动旋转台22转动的方式为手动或电动；电动包括直流电机驱动、步进电机驱动、压电驱动或mems驱动；mems驱动包括静电驱动或电磁驱动；
[0054]
光栅本体21的衍射级次为
±
1级、
±
2级；光栅本体21工作方式为反射式或透射式；光栅本体21种类为刻线光栅、全息光栅、阶梯光栅或mems光栅；光栅本体21面型为平面或曲面；光栅本体21表面光学膜层为增透膜、增反膜、特定透过率膜或不镀膜；
[0055]
实施例5
[0056]
如图5所示，一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，包括发光准直部件1，用于将发光准直部件1输出的准直后的光束衍射并分离的光栅2和将光栅2输出的衍射光束反射或透射的耦合输出镜3；耦合输出镜3可旋转，通过旋转实现波长的调谐；
[0057]
发光准直部件1包括半导体激光芯片11和用于将半导体激光芯片11的光束进行准直的腔内准直器12；发光准直部件1设置有多个；
[0058]
光栅2包括光栅本体21；
[0059]
光栅本体21的衍射级次为
±
1级、
±
2级；光栅本体21工作方式为反射式或透射式；光栅本体21种类为刻线光栅、全息光栅、阶梯光栅或mems光栅；光栅本体21面型为平面或曲面；光栅本体21表面光学膜层为增透膜、增反膜、特定透过率膜或不镀膜；
[0060]
耦合输出镜3可以旋转；耦合输出镜3包括耦合输出镜本体31，还包括与耦合输出镜本体31连接的用于旋转耦合输出镜本体31的耦合输出镜旋转台32；
[0061]
用于驱动耦合输出镜3旋转的方式为手动或电动；电动包括直流电机驱动、步进电机驱动、压电驱动或mems驱动；mems驱动包括静电驱动或电磁驱动。
[0062]
实施例6
[0063]
如图6所示，一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，包括发光准直部件1，用于将发光准直部件1输出的准直后的光束衍射并分离的光栅2和将光栅2输出的衍射光束反射或透射的耦合输出镜3；光栅2和耦合输出镜3均可旋转，通过旋转实现波长的调谐；
[0064]
发光准直部件1包括半导体激光芯片11和用于将半导体激光芯片11的光束进行准直的腔内准直器12；发光准直部件1设置有多个；
[0065]
光栅2包括光栅本体21，还包括与光栅2连接的用于旋转光栅本体21的旋转台22；
[0066]
用于驱动旋转台22转动的方式为手动或电动；电动包括直流电机驱动、步进电机驱动、压电驱动或mems驱动；mems驱动包括静电驱动或电磁驱动；
[0067]
光栅本体21的衍射级次为
±
1级、
±
2级；光栅本体21工作方式为反射式或透射式；光栅本体21种类为刻线光栅、全息光栅、阶梯光栅或mems光栅；光栅本体21面型为平面或曲面；光栅本体21表面光学膜层为增透膜、增反膜、特定透过率膜或不镀膜；
[0068]
耦合输出镜3可以旋转；耦合输出镜3包括耦合输出镜本体31，还包括与耦合输出镜本体31连接的用于旋转耦合输出镜本体31的耦合输出镜旋转台32；
[0069]
用于驱动耦合输出镜3旋转的方式为手动或电动；电动包括直流电机驱动、步进电机驱动、压电驱动或mems驱动；mems驱动包括静电驱动或电磁驱动。
[0070]
实施例7
[0071]
如图4所示，一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，包括发光准直部件1，用于将发光准直部件1输出的准直后的光束衍射并分离的光栅2和将光栅2输出的衍射光束反射或透射的耦合输出镜3，还包括设置在腔内准直器12和光栅2之间用于准直后的光束反射至光栅2的平面反射镜，设置在光栅2和耦合输出镜3之间用于输出光束的光学分光器件；光栅2可旋转，通过旋转实现波长的调谐；宽调谐半导体激光器腔型激光输出形式为空间光输出或光纤耦合输出；
[0072]
发光准直部件1包括半导体激光芯片11和用于将半导体激光芯片11的光束进行准直的腔内准直器12；发光准直部件1设置有多个；不同发光准直部件1中的半导体激光芯片11加电方式为同时加电或分时切换加电；不同发光准直部件1中的腔内准直器12使用相同或不同类型的腔内准直器；半导体激光芯片11为传统半导体激光芯片、量子级联激光芯片、带间级联激光芯片或led芯片，半导体激光芯片11输出光束波长为紫外、可见光、近红外、中红外、远红外或太赫兹波段；半导体激光芯片11输出光束被腔内准直器12、光栅2和耦合输出镜3的工作波段覆盖；半导体激光芯片11为宽谱芯片或法布里-珀罗芯片；半导体激光芯片11两个端面镀增透膜、增反膜、特定透过率膜或者不镀膜；
[0073]
腔内准直器12的工作方式为透射式或反射式；腔内准直器12的面型为球面、抛物面或复杂非球面；腔内准直器12的组成为单片式或多片组合式；腔内准直器12表面光学膜层为增透膜或增反膜；
[0074]
光栅2可旋转，通过旋转实现波长的调谐；
[0075]
光栅2包括光栅本体21，还包括与光栅2连接的用于旋转光栅本体21的旋转台22；
[0076]
用于驱动旋转台22转动的方式为手动或电动；电动包括直流电机驱动、步进电机驱动、压电驱动或mems驱动；mems驱动包括静电驱动或电磁驱动；
[0077]
光栅本体21的衍射级次为
±
1级、
±
2级；光栅本体21工作方式为反射式或透射式；光栅本体21种类为刻线光栅、全息光栅、阶梯光栅或mems光栅；光栅本体21面型为平面或曲面；光栅本体21表面光学膜层为增透膜、增反膜、特定透过率膜或不镀膜；
[0078]
耦合输出镜3基材为熔融石英、bk7、蓝宝石、硅、锗或硒化锌等；耦合输出镜3两个表面光学膜层为增透膜、增反膜或特定透过率膜。
[0079]
实施例8
[0080]
如图5所示，一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，包括发光准直部件1，用于将发光准直部件1输出的准直后的光束衍射并分离的光栅2和将光栅2输出的衍射光束反射或透射的耦合输出镜3，还包括设置在腔内准直器12和光栅2之间用于准直后的光束反射至光栅2的平面反射镜，设置在光栅2和耦合输出镜3之间用于输出光束的光学分光器件；宽调谐半导体激光器腔型激光输出形式为空间光输出或光纤耦合输出；
[0081]
发光准直部件1包括半导体激光芯片11和用于将半导体激光芯片11的光束进行准直的腔内准直器12；发光准直部件1设置有多个；不同发光准直部件1中的半导体激光芯片11加电方式为同时加电或分时切换加电；不同发光准直部件1中的腔内准直器12使用相同或不同类型的腔内准直器；半导体激光芯片11为传统半导体激光芯片、量子级联激光芯片、带间级联激光芯片或led芯片，半导体激光芯片11输出光束波长为紫外、可见光、近红外、中红外、远红外或太赫兹波段；半导体激光芯片11输出光束被腔内准直器12、光栅2和耦合输出镜3的工作波段覆盖；半导体激光芯片11为宽谱芯片或法布里-珀罗芯片；半导体激光芯
片11两个端面镀增透膜、增反膜、特定透过率膜或者不镀膜；
[0082]
腔内准直器12的工作方式为透射式或反射式；腔内准直器12的面型为球面、抛物面或复杂非球面；腔内准直器12的组成为单片式或多片组合式；腔内准直器12表面光学膜层为增透膜或增反膜；
[0083]
光栅2通过旋转实现耦合输出镜3输出的光波长的调谐；
[0084]
光栅2包括光栅本体21，还包括与光栅2连接的用于旋转光栅本体21的旋转台22；
[0085]
用于驱动旋转台22转动的方式为手动或电动；电动包括直流电机驱动、步进电机驱动、压电驱动或mems驱动；mems驱动包括静电驱动或电磁驱动；
[0086]
光栅本体21的衍射级次为
±
1级、
±
2级；光栅本体21工作方式为反射式或透射式；光栅本体21种类为刻线光栅、全息光栅、阶梯光栅或mems光栅；光栅本体21面型为平面或曲面；光栅本体21表面光学膜层为增透膜、增反膜、特定透过率膜或不镀膜；
[0087]
耦合输出镜3可以旋转；耦合输出镜3包括耦合输出镜本体31，还包括与耦合输出镜本体31连接的用于旋转耦合输出镜本体31的耦合输出镜旋转台32；
[0088]
用于驱动耦合输出镜3旋转的方式为手动或电动；电动包括直流电机驱动、步进电机驱动、压电驱动或mems驱动；mems驱动包括静电驱动或电磁驱动；
[0089]
耦合输出镜3基材为熔融石英、bk7、蓝宝石、硅、锗或硒化锌等；耦合输出镜3两个表面光学膜层为增透膜、增反膜或特定透过率膜。
[0090]
实施例9
[0091]
如图6所示，一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，包括发光准直部件1，用于将发光准直部件1输出的准直后的光束衍射并分离的光栅2和将光栅2输出的衍射光束反射或透射的耦合输出镜3，还包括设置在腔内准直器12和光栅2之间用于准直后的光束反射至光栅2的平面反射镜，设置在光栅2和耦合输出镜3之间用于输出光束的光学分光器件；光栅2和耦合输出镜3均可旋转，通过旋转实现波长的调谐；宽调谐半导体激光器腔型激光输出形式为空间光输出或光纤耦合输出；
[0092]
发光准直部件1包括半导体激光芯片11和用于将半导体激光芯片11的光束进行准直的腔内准直器12；发光准直部件1设置有多个；不同发光准直部件1中的半导体激光芯片11加电方式为同时加电或分时切换加电；不同发光准直部件1中的腔内准直器12使用相同或不同类型的腔内准直器；半导体激光芯片11为传统半导体激光芯片、量子级联激光芯片、带间级联激光芯片或led芯片，半导体激光芯片11输出光束波长为紫外、可见光、近红外、中红外、远红外或太赫兹波段；半导体激光芯片11输出光束被腔内准直器12、光栅2和耦合输出镜3的工作波段覆盖；半导体激光芯片11为宽谱芯片或法布里-珀罗芯片；半导体激光芯片11两个端面镀增透膜、增反膜、特定透过率膜或者不镀膜；
[0093]
腔内准直器12的工作方式为透射式或反射式；腔内准直器12的面型为球面、抛物面或复杂非球面；腔内准直器12的组成为单片式或多片组合式；腔内准直器12表面光学膜层为增透膜或增反膜；
[0094]
光栅2包括光栅本体21，还包括与光栅2连接的用于旋转光栅本体21的旋转台22；
[0095]
用于驱动旋转台22转动的方式为手动或电动；电动包括直流电机驱动、步进电机驱动、压电驱动或mems驱动；mems驱动包括静电驱动或电磁驱动；
[0096]
光栅本体21的衍射级次为
±
1级、
±
2级；光栅本体21工作方式为反射式或透射式；
光栅本体21种类为刻线光栅、全息光栅、阶梯光栅或mems光栅；光栅本体21面型为平面或曲面；光栅本体21表面光学膜层为增透膜、增反膜、特定透过率膜或不镀膜；
[0097]
耦合输出镜3可以旋转；耦合输出镜3包括耦合输出镜本体31，还包括与耦合输出镜本体31连接的用于旋转耦合输出镜本体31的耦合输出镜旋转台32；
[0098]
用于驱动耦合输出镜3旋转的方式为手动或电动；电动包括直流电机驱动、步进电机驱动、压电驱动或mems驱动；mems驱动包括静电驱动或电磁驱动；
[0099]
耦合输出镜3基材为熔融石英、bk7、蓝宝石、硅、锗或硒化锌等；耦合输出镜3两个表面光学膜层为增透膜、增反膜或特定透过率膜。
[0100]
实施例10
[0101]
如图6所示，本发明提出一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，包括：
[0102]
半导体激光芯片1、1'、1"：用于接收注入电流，输出具有一定光谱宽度和空间发散角的自发辐射荧光，为外腔波长选择提供光源；
[0103]
腔内准直器2、2'、2"：用于对激光芯片腔内端输出的发散光束进行准直，减小光束发散角；
[0104]
光栅3：用于对准直光束进行衍射，将不同波长的光束在空间上进行分离；
[0105]
耦合输出镜4：用于将衍射方向与其镜面相互垂直的光束(具有特定的波长)部分反射并沿原路返回激光芯片中形成激光振荡，另一部分光束则透射形成输出激光束；
[0106]
半导体激光芯片加电后输出具有一定谱线宽度和空间发散角的自发辐射荧光束，经腔内准直器准直后，准直光束入射至光栅发生衍射，衍射特性由光栅方程描述，其中参数包括入射角、衍射角、光栅常数、衍射级次和光波长，对于不同波长的光束，入射角和光栅常数是相同的，因此它们在同级次衍射中具有不同的衍射角，即衍射后传输方向不同。衍射后的准直光束入射耦合输出镜，耦合输出镜会将光束分为透射和反射两部分，选取合适的耦合输出镜角度，能够使得某非零级次衍射方向与其镜面相互垂直的光束(对应着特定的波长)能够被部分反射并沿原路返回光栅，再通过光栅二次衍射后沿原路返回激光芯片中形成激光振荡，另一部分光束则透过耦合输出镜形成输出激光束。光栅其余级次的衍射角方向也会输出部分光束，其强度取决于光栅衍射效率。当光栅或耦合输出镜发生转动时，与耦合输出镜镜面相互垂直的衍射方向随之变化，对应的能被耦合输出镜部分反射并原路返回激光芯片中形成激光振荡和输出的光波长也随之改变，即实现了输出激光波长的调谐。在激光芯片发出的自发辐射荧光谱线足够宽的情况下，mems反射镜转动角度越大，则激光器输出波长调谐范围越宽。在实现第一路外腔半导体激光器输出激光波长宽调谐的基础上，再加上多只具有不同自发辐射光谱特性的半导体激光芯片，都采用腔内准直器对自发辐射荧光进行准直，半导体激光芯片各自设置合适的安装角度，使准直光束入射至与第一路准直光束相同位置的光栅表面衍射点，再通过耦合输出镜选择特定衍射方向(对应特定波长)的光束形成激光振荡和输出。总的来说，不同的半导体激光芯片都是通过腔内准直器、光栅和耦合输出镜来构成外腔反馈，从而实现激光振荡和宽调谐输出的，它们构成的多个外腔通过设计相同的衍射点、采用同一个光栅和耦合输出镜，可以实现部分外腔光路(从光栅衍射点至耦合输出镜的部分)的重合，也就实现了多路输出激光束的合束。若通过转动光栅来实现输出激光波长调谐，则要求光栅转轴过衍射点，否则光栅转动过程中输出激光束会发
生平移；若通过转动耦合输出镜来实现输出激光波长调谐，则其转动过程中输出激光束的方向会随之发生变化。假设半导体激光芯片1、1'、1"各自构建的外腔所实现的调谐范围分别为λ1至λ2、λ2至λ3、λ3至λ4，当只给半导体激光芯片1加电时，光栅或耦合输出镜在合适的角度范围内转动即可实现输出激光波长在λ1至λ2范围内可调谐，同理，当只给半导体激光芯片1'(1")加电时，光栅或耦合输出镜在合适的角度范围内转动即可实现输出激光波长在λ2至λ3(λ3至λ4)范围内可调谐，这样就实现了不同调谐波段范围的无缝拼接，整个合束激光器的输出激光波长在λ1至λ4范围内可调谐，而且合束后的激光输出功率即等于各路作为独立的外腔半导体激光器的输出功率，不存在图2所示传统二向分色器件合束方案在两个相邻调谐波段范围之间的衔接波长附近合束后光功率大幅度衰减的问题；
[0107]
半导体激光芯片可以但不限于为传统半导体激光芯片、量子级联激光芯片、带间级联激光芯片或led芯片，其输出光束波长可以但不限于为紫外、可见光、近红外、中红外、远红外或太赫兹波段，但需确保腔内准直器、mems反射镜、光栅和腔外准直器的工作波段能覆盖芯片输出光束波长；
[0108]
半导体激光芯片可以但不限于为宽谱芯片或法布里-珀罗芯片；半导体激光芯片的两个端面可以但不限于镀增透膜、增反膜、特定透过率膜或者不镀膜；
[0109]
半导体激光芯片的数目(合束路数)可以但不限于为1个、2个、3个或者更多；多个半导体激光芯片可以但不限于为同时加电或者分时切换加电；
[0110]
腔内准直器的工作方式可以但不限于为透射式或反射式；腔内准直器的面型可以但不限于为球面、抛物面或复杂非球面；腔内准直器的组成可以但不限于为单片式或多片组合式；腔内准直器表面光学膜层可以但不限于为增透膜或增反膜；各路半导体激光芯片可以但不限于使用相同或者不同的腔内准直器；
[0111]
准直光束可以但不限于直接入射光栅或者通过平面反射镜反射至光栅；
[0112]
光栅的衍射级次可以但不限于为
±
1级、
±
2级或者更高级次；光栅工作方式可以但不限于为反射式或透射式；光栅种类可以但不限于为刻线光栅、全息光栅、阶梯光栅或mems光栅；光栅面型可以但不限于为平面或曲面；光栅表面光学膜层可以但不限于为增透膜、增反膜、特定透过率膜或者不镀膜；
[0113]
耦合输出镜基材可以但不限于为熔融石英、bk7、蓝宝石、硅、锗或硒化锌等；耦合输出镜两个表面光学膜层可以但不限于为增透膜、增反膜、特定透过率膜或者不镀膜；
[0114]
合束激光输出途径可以但不限于为从耦合输出镜透射输出或者通过光学器件分光输出；激光输出形式可以但不限于为空间光输出或者光纤耦合输出；
[0115]
激光波长调谐方式可以但不限于为光栅转动或者耦合输出镜转动；光栅或者耦合输出镜转动可以但不限于基于电磁驱动、静电驱动或压电驱动等。
[0116]
实施例11
[0117]
如图4-6所示的基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，半导体激光芯片1、1'、1"的自发辐射光谱分别为8μm至10μm、10μm至11μm、11μm至12μm，腔内准直器2、2'、2"均采用有效焦距为4mm的透射式单片非球面准直透镜，光栅3采用120刻线的反射式刻线衍射光栅，衍射级次采用+1级，耦合输出镜4采用厚1mm、双面不镀膜的znse片，以半导体激光芯片1及其准直光束的光轴为0
°
参照，逆时针旋转为负、顺时针旋转为正，半导体激光芯片1'和1"及其准直光束的光轴方向分别为-20
°
和-60
°
，耦合输出镜4的法线方向为-40
°
。
根据以上参数可以计算得到，半导体激光芯片1加电时，光栅入射角在10.7
°
至19.7
°
范围内转动即可实现输出激光波长在8μm至10μm范围内可调谐；半导体激光芯片1'加电时，光栅入射角在27.5
°
至32.1
°
范围内转动即可实现输出激光波长在10μm至11μm范围内可调谐；半导体激光芯片1"加电时，光栅入射角在52.1
°
至57
°
范围内转动即可实现输出激光波长在11μm至12μm范围内可调谐；因此，通过半导体激光芯片1、1'、1"的加电与合适的光栅入射角的配合，合束输出的激光波长即可在8μm至12μm大范围内可调谐。相比于传统的二向分色器件合束方案，不存在合束后光功率衰减的问题，实现了高合束效率。
[0118]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。