可调谐窄线宽半导体激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体激光器，特别是一种可调谐窄线宽半导体激光器，该装置可应用于激光原子冷却、激光雷达、光纤传感等领域。
【背景技术】
[0002]窄线宽半导体激光光源由于其具有稳定、可靠及低成本等优点而在合成孔径激光雷达、相干激光通信、高分辨率光谱、光纤水听器、光纤陀螺等前沿基础学科和高科技领域有着重要和广泛的应用需求。目前半导体激光器的线宽压窄主要通过从高精细度谐振腔、光栅等外部选频元件引入光反馈的方法，经过几十年的发展，半导体激光器的线宽已经得到大幅的压窄，由半导体激光器直接输出激光的线宽可以达到1kHz以下，并且通过外部电子学稳频反馈技术可以将激光线宽进一步压窄到1Hz以下。
[0003]目前窄线宽半导体激光装置的主要实现方案有:
[0004]在先方案之一是利用硅基平面波导光栅及半导体增益芯片构成的外腔半导体激光器，利用平面波导光栅色散器件作为半导体激光器的外部反射元件，一方面可以有效地增加半导体激光器的腔长而对激光器的噪声进行抑制，另一方面可以使激光器工作在光栅反射谱的斜边处利用光学负反馈效应进一步压窄激光器线宽，该方案可以实现对整个激光器的小型化蝶形封装，输出稳定的单纵模激光，所输出激光的积分线宽在kHz量级，但该方案所涉及的平面波导光栅制造复杂、成本较高，并且在线宽的进一步压窄方面存在限制【Kenji Numata, Mazin Alalusi, Lew Stolpner, Georg1s Margaritis, JordanCamp,and Michael Krainak.Characteristics of the single-longitudinal-modeplanar-waveguide external cavity d1de laser at 1064nm.0pticsLetters, vol.39, 2101-2104, 2014][Kenji Numata, Jordan Camp, Michael A.Krainak, LewStolpner.Performance of p1anar-waveguide external cavity laser for precis1nmeasurements.0ptics Express, vol.18, 22781-22788，2010】。
[0005]在先方案之二是利用由氟化钙制成的高品质因子回音壁模式谐振腔与分布反馈半导体激光芯片构成的外腔半导体激光器，利用自注入锁定技术将激光器的频率锁定在谐振腔的反射峰上实现线宽的的压窄以提高光谱纯度，由于回音壁模式谐振腔体积很小，故该方案的激光器可以进行商用蝶形封装，所输出激光的积分线宽为30Hz，而瞬时线宽可以达到毫赫兹量级，但是同样的该方案所涉及的回音壁模式谐振腔造作工艺复杂，分布反馈半导体激光芯片与回音壁模式谐振腔之间需要精密的光耦合，且在强反馈情况下其稳定工作范围为4GHz，需要精确的电流温度控制。[ff.Liang, V.S.1lchenko, D.Eliyahu, A.A.Savchenkov, A.B.Matsko, D.Seidel, L.Malekil.Ultralow noise miniature externalcavity semiconductor laser, naturecommunicat1ns, vol, 6, 7371, 2015】。
[0006]在先方案之三是利用光纤光栅、掺铒光纤及半导体增益芯片等元件构成的混合型外腔半导体激光器，光纤光栅作为被动选频元件对激光器的噪声进行抑制，同时通过掺铒光纤的饱和吸收效应产生的自诱导光纤光栅窄带滤波器保证激光器的单纵模激射，并利用Er3+离子的长辐射寿命提高激光器的长期稳定性，该方案输出的激光线宽为2.26kHz，长期频率稳定性为11Hz，但该方案所用的掺铒光纤长度较长，且半导体增益芯片与光纤之间需要严格的对准，所以稳定性较差，目前只能在实验室中实现，并没有集成化装置[Mamoun ffahbeh, Raman Kashyap.Purity of the single frequency mode of a hybridsemiconductor-fiber laser.0ptics Express, vol.23, 16084-16095，2015]。
[0007]以上方案基本上都需要准确地校准半导体芯片与外部反馈元件的相对位置，在实际操作中校准难度大，并且频率的调谐多依靠整体温度的改变引起的腔长变化，调谐速度较慢，且激光器在特定温度下只能工作在一个固定的电流范围内才能保证窄线宽运转特性。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提出了一种基于光纤光栅法布里-珀罗腔的可调谐窄线宽半导体激光器。该激光器利用光纤光栅法布里-珀罗腔的透射光对分布反馈半导体激光器进行反馈，通过调整反馈强度、分布反馈半导体激光器的电流及温度可以输出在光纤光栅法布里-珀罗腔不同透射峰处激发的窄线宽激光，实现准连续窄线宽激光输出，本发明具有光路搭建简便、结构紧凑、轻量化、稳健性好的优点。
[0009]本发明的技术解决方案如下:
[0010]一种可调谐窄线宽半导体激光器，包括分布反馈半导体激光器、电流驱动器、第一温度控制器、特点在于还有保偏光纤环形器、保偏光纤耦合器、保偏光纤光栅法布里-珀罗腔、第二温度控制器、保偏光纤可调衰减器和隔温隔振外壳，所述的电流驱动器的输出端和第一温度控制器的输出端分别与所述的分布反馈半导体激光器的驱动电流输入端和温度控制输入端相连，该分布反馈半导体激光器的光输出端连接所述的保偏光纤环形器的②端口，该保偏光纤环形器的③端口与所述的保偏光纤耦合器的输入端相连，该保偏光纤耦合器的第二输出端与所述的保偏光纤光栅法布里-珀罗腔的输入端相连，该保偏光纤光栅法布里-珀罗腔的输出端与所述的保偏光纤可调衰减器的输入端相连，该保偏光纤可调衰减器的输出端与保偏光纤环形器的①端口相连，第二温度控制器的输出端与保偏光纤光栅法布里-珀罗腔的温度控制输入端相连，全部光学元件的输入输出端均为保偏光纤连接，所述的分布反馈半导体激光器、保偏光纤环形器、保偏光纤耦合器、保偏光纤光栅法布里-珀罗腔和保偏光纤可调衰减器置于所述的隔温隔振外壳内。
[0011]本发明的核心思想是:利用分布反馈半导体激光器的自反馈注入锁定技术，结合高品质因子光纤光栅法布里-珀罗腔的窄透射谱对半导体激光器的噪声抑制作用。光纤光栅法布里-珀罗腔通常由两个波长匹配的高反射率切趾光纤布拉格光栅构成，由于光场在光纤的内往返多次干涉作用，使经过法布里-珀罗腔的透射谱表现为在光纤光栅的透射谱的谷底处出现具有等频率间隔的连续窄透射峰，其频率间隔与两光栅的栅区位置间隔有关(通常为几个G赫兹)。这些透射峰具有很高的消光比，光频在透射峰外的透过率几乎为零，对于半导体激光器的反馈来说可以有效地避免强光反馈引入的不稳定现象；几十兆赫兹的透射谱宽度使得光纤光栅法布里-珀罗腔具有很高的品质因子，通过反馈注入锁定技术可将分布反馈半导体激光器的线宽压缩3个数量级；分布反馈半导体激光器本身具有选频特性，只要设置合适的温度和电流使自由运转的分布反馈半导体激光器的输出频率锁定在光纤光栅法布里-珀罗腔透射峰上并且实现单纵模运转，其锁定范围为G赫兹量级，改变电流即可实现分布反馈半导体激光器在不同透射峰处的锁定。
[0012]本发明的技术解决方案如下:
[0013]与在先技术相比，本发明的特点和优点是:
[0014]1、