一种852nm超窄线宽外腔半导体激光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体激光器技术领域，具体涉及一种852nm超窄线宽外腔半导体激 光器。
【背景技术】
[0002] 超窄线宽外腔半导体激光器在原子物理、光谱学、量子信息、相干通信、遥感以及 精密测量等技术领域均有广泛的应用，其中852nm超窄线宽外腔半导体激光器主要应用于 超高精度原子钟、短程通信等领域。目前最常见的外腔结构主要有两种:光栅型外腔和法布 里-珀罗干涉滤波片型外腔。光栅型外腔激光器中，光栅同时起到模式选择器和反射镜的作 用，虽然其结构简单，但是外腔对准比较困难，而且光栅对振动十分敏感，不利于激光器的 稳频。而基于法布里-珀罗干涉滤波片的外腔激光器，其模式选择器和反射镜是分立的元 件，外腔对振动的敏感性相对较小。但是法布里-珀罗干涉滤波片型外腔激光器大都采用运 动学支承来调节干涉滤波片以及反射镜等光学元件在外腔中的位置，在进行光路对准时， 需要通过运动学支承分别调节干涉滤波片和反射镜的位置和角度，这不仅使外腔光路对准 变得复杂，而且还引入了机械振动，严重影响外腔激光器的频率稳定度和线宽。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种易于实现外腔光路对准、频率稳定度高、线宽超窄的 852nm外腔激光器，使用双楔形棱镜改变激光光束的方向以实现外腔光路对准，最大化地降 低了外腔系统中的可动部分，减小了机械振动，从而获得高的频率稳定度和超窄的激光线 宽，能够应用于铯原子钟、光纤通信等领域。
[0004] 区别于其他外腔激光器，本发明提出用双楔形棱镜来实现外腔光路对准同时采用 立方分束器作为输出親合器。
[0005] -种852nm超窄线宽外腔半导体激光器，该激光器主要包括半导体激光器增益芯 片1、准直透镜2、可旋转的双楔形棱镜3、立方分束器4、可旋转的全介质薄膜法布里-珀罗滤 光片5、全反镜6、压电促动器7。
[0006] 半导体激光器增益芯片1的出光方向上依次设有准直透镜2、可旋转的双楔形棱镜 3、立方分束器4、可旋转的全介质薄膜法布里-珀罗滤光片5、全反镜6以及压电促动器7;
[0007] 所述半导体激光器增益芯片1的激射波长为852nm，出光面镀有反射率小于0.01 % 的Al203/Si02减反膜，另一面镀有反射率大于90%的Ti0 2/Si02高反膜；
[0008] 所述准直透镜2为非球面透镜由S-NPH1玻璃材料制成，镀有600nm~1050nm宽带增 透膜，数值孔径为〇. 50~0.65，有效焦距为4.0mm~6.5mm;
[0009] 所述可旋转的双楔形棱镜3由N-BK7材料制成，表面光滑度典型值为λ/10,镀有 650nm~1050nm的增透膜，较薄一侧厚度为3mm，较厚一侧厚度为4 · 72mm~11 · 33mm，可旋转 的双楔形棱镜3的双棱镜绕光轴旋转，能够使得正入射到棱镜镜片垂直表面的入射光束偏 转2°~10°，旋转角度范围为0°~360° ;
[0010]所述立方分束器4由N-BK7玻璃制成，镀有宽带增透膜和分束膜，应用波长为700nm ~llOOnm，具有50:50分光比，并且该比值几乎与入射光的偏振状态无关，经过设计使光束 偏移最小，单个发射表面还可以防止鬼影的产生；
[0011 ] 所述全介质薄膜法布里-?罗滤光片5透射中心波长为852nm，半高全宽为0. lnm~ 3.2nm，旋转滤光片能使透射中心波长朝短波长方向移动；
[0012] 所述全反镜6垂直于所述全介质薄膜法布里-珀罗滤光片5的出射光光路；
[0013] 所述压电促动器7用于促动全反镜使其可沿自身法线方向移动以调节腔长。
[0014]本发明所带来的有益效果如下：
[0015] 采用双楔形棱镜更容易实现光路对准，同时减少了外腔光路系统的可动部分，能 够很好地抑制因振动引起的噪声，可以有效地压窄线宽和稳频。
【附图说明】
[0016] 图1:双楔形棱镜的光束控制示意图；
[0017] 图2:本发明提出的一种外腔激光器结构示意图；
[0018] 图2中：1、半导体激光器增益芯片，2、准直透镜，3、可旋转的双楔形棱镜，4、立方分 束器，5、可旋转的全介质薄膜法布里-珀罗滤光片，6、全反镜，7、压电促动器。
【具体实施方式】
[0019] 如图2所示，一种852nm超窄线宽外腔半导体激光器，主要包括半导体激光器增益 芯片1和依次置于半导体激光器增益芯片1出光方向上的准直透镜2、可旋转的楔形棱镜对 3、立方分束器4、可旋转的全介质薄膜法布里-珀罗滤光片5、全反镜6以及压电促动器7;
[0020] 下面结合图2介绍实现852nm超窄线宽外腔半导体激光器的方法；
[0021] 步骤1、采用金属有机物化学气相淀积(M0CVD)外延生长出半导体增益芯片的外延 结构，结合光刻、刻蚀、氧化、溅射、镀膜等工艺制备出增益管芯，增益管芯在室温下的激射 波长为852nm，出光面镀有反射率小于0.01 %的Al2〇3/Si02减反膜，另一面镀有反射率大于 90%的Ti0 2/Si02高反膜;此外，需要结合热电致冷器(TEC)和热敏电阻将增益芯片的工作温 度控制在室温下。
[0022] 步骤2、采用非球面准直透镜准直852nm的激光，准直透镜与增益芯片出光面的距 离刚好位于该准直透镜的有效焦距；
[0023]步骤3、采用镀有650nm~1050nm增透膜的可旋转双楔形棱镜进行光路对准，棱镜 对可以绕光轴旋转使得正入射到棱镜镜片垂直表面的入射光束偏转2°~10°，旋转角度范 围为0°~360°，通过分别控制每个棱镜的旋转就能实现激光束转向。
[0024]步骤4、采用表面镀有700nm~llOOnm宽带增透镀膜的立方分束器作为激光输出耦 合器，其分光比为50: 50，由N-BK7玻璃制成，边长为20mm，其介质分束膜镀在构成立方体的 两个棱镜之一的斜边上，两个棱镜通过粘合剂粘在一起，为了实现50: 50的分光比，入射光 必须通过镀膜棱镜的一个特定表面。
[0025]步骤5、采用全介质薄膜法布里-珀罗滤光片进行外腔选模，其透射中心波长为 852nm，峰值透射率大于90 %，半高全宽为0 · lnm~3 · 5nm，入射角度为0° ± 2°，透射中心波长 随入射角度的关系如下：
[0026]
[0027] 其中，λ ο为正入射时对应的波长，Θ为滤波片的旋转角，n e f f为滤波片的折射率，λ (Θ)为旋转角度Θ后对应的波长。
[0028] 步骤6、采用全反镜提供外腔光反馈，其垂直于所述全介质薄膜法布里-珀罗滤光 片出射光的光路；
[0029] 步骤7、采用压电促动器对全反镜进行致动，压电