一种双反馈单片集成混沌半导体激光器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及混沌激光器领域，具体为一种双反馈单片集成混沌半导体激光器。解决了现有技术中，产生混沌激光的方法具有体积庞大，易受环境影响、输出不稳定、带有明显的时延特征等技术问题。一种双反馈单片集成混沌半导体激光器，包括：半导体制冷器、热沉、准直透镜、聚焦透镜、半导体激光器芯片、向半导体激光器芯片供电的电路板和光纤组件；所述半导体激光器芯片贴在电路板上；所述电路板、准直透镜、聚焦透镜和光纤组件都固定在热沉上表面；所述热沉固定在半导体制冷器上表面；所述半导体激光器芯片、准直透镜、聚焦透镜、光纤组件顺次排列且准直透镜、聚焦透镜、光纤组件顺次位于半导体激光器芯片的出射光路上。
【专利说明】
一种双反馈单片集成混沌半导体激光器
技术领域
[0001]本实用新型涉及混沌激光器领域，具体为一种双反馈单片集成混沌半导体激光器。
【背景技术】
[0002]混沌激光是半导体激光器输出不稳定性的一种特殊形式，具有内在随机性、初值敏感性、非规则的有序性等特性。20世纪80年代，人们先后在C02半导体激光器、Xe半导体激光器、He-Ne半导体激光器、NH3半导体激光器和半导体激光器等一系列半导体激光器中都观测到了混沌现象，相应半导体激光器系统的混沌激光理论体系也逐步建立和完善。90年代以来，各国研究者们相继提出了混沌控制和混沌同步的概念，使得混沌激光在高速真随机密钥产生、混沌保密通信和混沌密钥分发、混沌激光雷达和混沌光时域反射仪、混沌超宽带脉冲(UWB)信号产生、相干长度可调谐光源以及混沌计算等方面的应用得以快速发展，成为未来的研究热点以及发展方向。
[0003]目前国内外学者进行了大量的研究，主要有三种方式对半导体激光器进行扰动进而产生混沌激光，分别是:(1)光反馈方式(2)光注入方式(3)光电反馈方式。
[0004]然而，以上的混沌激光产生方法，都是在实验室利用半导体激光器加上各种外部分立光学元件搭建而成的具有体积庞大，易受环境影响、输出不稳定的特点。由于混沌激光的广泛应用，由各种外部分立光学元件搭建而成的混沌激光设备，已经不能满足要求，要真正实现混沌光源的实用化和产业化，就必须研制体积小、性能稳定、低成本的光子集成混沌半导体激光器。
[0005]在国内，光子集成混沌半导体激光器刚刚起步，各单位所研制的光子集成混沌半导体激光器均采用了延时光反馈结构，但是，对于这种具有固定反馈面和反馈腔长结构的光反馈半导体激光器，其所产生的混沌激光带有明显的时延特征信息，这对利用混沌激光作为物理熵源产生高速物理随机数是极其有害的。此外，受半导体激光器驰豫振荡的影响，光反馈半导体激光器产生的混沌信号的能量在频域上主要集中在驰豫振荡频率附近，造成功率谱不平坦、低频抑制严重、带宽窄，这会严重影响混沌光时域反射仪和混沌激光雷达的分辨率、限制混沌光通信的传输速率以及产生随机数的码率。
[0006]基于上述问题，本实用新型用于研制无时延特征、功率谱平坦、宽带的光子集成混沌半导体激光器。
【发明内容】
[0007]本实用新型为解决现有技术中，产生混沌激光的方法具有体积庞大，易受环境影响、输出不稳定、带有明显的时延特征等技术问题，提供一种双反馈单片集成混纯半导体激光器。
[0008]本实用新型是采用如下技术方案实现的:一种双反馈单片集成混沌半导体激光器，包括:半导体制冷器、热沉、准直透镜、聚焦透镜、半导体激光器芯片、向半导体激光器芯片供电的电路板和光纤组件;所述半导体激光器芯片贴在电路板上；所述电路板、准直透镜、聚焦透镜和光纤组件都固定在热沉上表面;所述热沉固定在半导体制冷器上表面;所述半导体激光器芯片、准直透镜、聚焦透镜、光纤组件顺次排列且准直透镜、聚焦透镜、光纤组件顺次位于半导体激光器芯片的出射光路上。
[0009]所述半导体激光器芯片包括共轴且由左向右顺次排列的左增益-吸收部分、左相位调节部分、半导体激光器部分、右相位调节部分和右增益-吸收部分;所述左增益-吸收部分的左端面作为半导体激光器芯片的出射端且正对准直透镜。
[0010]还包括一个其上开有出光口的壳体;所述半导体制冷器、热沉、准直透镜、聚焦透镜、半导体激光器芯片、电路板和光纤组件均位于壳体内；所述半导体制冷器的底部与壳体底部内壁紧密接触;所述光纤组件通过出光口由壳体内部伸至壳体外部。
[0011]壳体外侧两边对称设有引脚，共有14根;半导体激光器芯片五个部分的正负极分别与电路板上的正负极用金线连接，电路板的正负极则通过金丝键合的方式与引脚连接。
[0012]右增益-吸收部分的右端设有一个光电探测器，相当于光电探测器位于壳体内部半导体激光器芯片的后面用于监测半导体激光器芯片是否发光。
[0013]更具体的，左增益-吸收部分靠近准直透镜的一面镀增透膜，用于产生反馈，并且可以调节输出光和反馈光的强度。
[0014]更具体的，右增益-吸收部分在靠近光电探测器的一面镀增反膜，用于产生反馈，并且可以调节输出光和反馈光的强度。
[0015]当外界给引脚加电，半导体激光器部分左面发出的光经左相位调节部分和左增益-吸收部分反馈给半导体激光器部分，同时半导体激光器部分右面发出的光经右相位调节部分和右增益-吸收部分反馈给半导体激光器部分，反馈光使半导体激光器部分产生混沌激光，然后混沌激光在经左相位调节部分和左增益-吸收部分输出，然后经准直透镜压缩，然后经聚焦透镜汇聚，最后由光纤组件接收并导出。
[0016]与现有技术相比，本实用新型提供一种双反馈单片集成混沌半导体激光器，此结构中半导体激光器部分13为整个半导体激光器芯片提供输出光，输出光在半导体激光器芯片中发生双反馈，这一结构彻底消除了单腔光反馈混沌半导体激光器的时延特性，降低其弱周期性，提高其随机性且双反馈提高了集成器件的混沌带宽，使频谱更加平坦。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的一种双反馈单片集成混沌半导体激光器的俯视结构示意图。
[0018]图2是本实用新型所述半导体激光器芯片的结构示意图。
[0019]1-壳体、2-引脚、3-半导体制冷器、4-热沉、5-准直透镜、6-聚焦透镜、7-半导体激光器芯片、8-热敏电阻、9-光纤组件、10-出光口，11-左增益-吸收部分、12-左相位调节部分、13-半导体激光器部分、14-右相位调节部分、15右增益-吸收部分。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合附图，对本实用新型实施例中的一种技术方案进行清楚、完整的描述。
[0021]如图1，本实用新型提供一种双反馈单片集成混沌半导体激光器，其结构包括:壳体1、引脚2、半导体制冷器3、热沉4、准直透镜5、聚焦透镜6、半导体激光器芯片7、热敏电阻8、光纤组件9、壳体I上的出光口 1。
[0022]所述壳体I底部采用导热性较好的纯铜，两边对称设有引脚2接口；所述引脚2两边对称共有14根;所述半导体制冷器3采用帕尔贴原理制成，当半导体激光器芯片7的工作温度超过设置值时给半导体制冷器3正向加电流进行制冷散热，当半导体激光器芯片7的工作温度没有达到设置温度值时给半导体激光器芯片7反向加电进行升温加热，这样即可实现其对温度的控制，半导体制冷器3在壳体I内部，与壳体I紧密接触的是半导体制冷器的热面且半导体制冷器3周围使用隔热材料做成隔热圈(图中未标出)以减少制热面产生的热量向制冷面传递;所述热沉4采用导热系数较大的纯铜，厚度不小于0.15cm，在半导体制冷器3上部且与半导体制冷器3的冷面接触;所述光纤组件9、所述准直透镜5、所述聚焦透镜6、所述电路板都固定于所述热沉4上，其中所述准直透镜直径为2.5mm，焦距是0.7mm用于将光压缩准直;所述聚焦透镜直径为3mm，焦距为1.8mm用于将准直光汇聚;所述半导体激光器芯片7、所述热敏电阻8都贴在所述电路板上，热敏电阻8采用贴片式热敏电阻用于监测半导体激光器芯片7的工作度。
[0023]所述半导体激光器芯片共有五部分组成分别是:左增益-吸收部分11在准直透镜5的后面且靠近准直透镜5的一面镀增透膜，用来调节输出光和反馈光的强度;左相位调节部分12在左增益-吸收部分11的右边，用来调节输出光和反馈光的相位;半导体激光器部分13在左相位调节部分12的右边，用于给整个芯片提供输出光和反馈光；右相位调节部分14在半导体激光器部分13的右边，用来调节输出光和反馈光的相位;右增益-吸收部分15在右相位调节部分14的右边，光电探测器的前面且在靠近光电探测器的一面镀增反膜，用来调节输出光和反馈光的强度。这五部分的正负极分别与电路板上的正负极用金线连接，电路板的正负极则通过金丝键合的方式与引脚连接。
[0024]在本实施例中，半导体激光器部分13左面发出的光经左相位调节部分12和左增益-吸收部分11反馈给半导体激光器部分13，同时半导体激光器部分13右面发出的光经右相位调节部分14和右增益-吸收部分15反馈给半导体激光器部分13，反馈光使半导体激光器部分13产生混沌激光，然后混沌激光在经左相位调节部分12和左增益-吸收部分11输出，然后经准直透镜5压缩，然后经聚焦透镜6汇聚，最后由光纤组件9接收并导出。
【主权项】
1.一种双反馈单片集成混沌半导体激光器，其特征在于，包括:半导体制冷器(3)、热沉(4)、准直透镜(5)、聚焦透镜(6)、半导体激光器芯片(7)、向半导体激光器芯片(7)供电的电路板和光纤组件(9);所述半导体激光器芯片(7)贴在电路板上;所述电路板、准直透镜(5)、聚焦透镜(6)和光纤组件(9)都固定在热沉(4)上表面;所述热沉(4)固定在半导体制冷器(3)上表面;所述半导体激光器芯片(7)、准直透镜(5)、聚焦透镜(6)、光纤组件(9)顺次排列且准直透镜(5)、聚焦透镜(6)、光纤组件(9)顺次位于半导体激光器芯片(7)的出射光路上。2.如权利要求1所述的一种双反馈单片集成混沌半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器芯片(7)包括共轴且由左向右顺次排列的左增益-吸收部分(11)、左相位调节部分(12)、半导体激光器部分(13)、右相位调节部分(14)和右增益-吸收部分(15);所述左增益-吸收部分(11)的左端面作为半导体激光器芯片(7)的出射端且正对准直透镜(5)。3.如权利要求2所述的一种双反馈单片集成混沌半导体激光器，其特征在于，还包括一个其上开有出光口( 1 )的壳体(I)；所述半导体制冷器(3 )、热沉(4 )、准直透镜(5 )、聚焦透镜(6)、半导体激光器芯片(7)、电路板和光纤组件(9)均位于壳体(I)内；所述半导体制冷器(3 )的底部与壳体(I)底部内壁紧密接触;所述光纤组件(9 )通过出光口( 10 )由壳体(I)内部伸至壳体(I)外部。4.如权利要求3所述的一种双反馈单片集成混沌半导体激光器，其特征在于，壳体(I)外侧两边对称设有引脚(2)，共有14根;半导体激光器芯片(7)五个部分的正负极分别与电路板上的正负极用金线连接，电路板的正负极则通过金丝键合的方式与引脚(2)连接。5.如权利要求1?4任一项所述的一种双反馈单片集成混沌半导体激光器，其特征在于，其中所述准直透镜(5)直径为2.5mm，焦距是0.7mm;所述聚焦透镜(6)直径为3mm，焦距为1.8mm。6.如权利要求1?4任一项所述的一种双反馈单片集成混沌半导体激光器，其特征在于，所述热沉(4)采用纯铜制成，厚度不小于0.15cm，热沉(4)固定在半导体制冷器(3)上部与半导体制冷器(3)的冷面接触。7.如权利要求1?4任一项所述的一种双反馈单片集成混沌半导体激光器，其特征在于，还包括贴在热沉(4)上表面的热敏电阻(8)。8.如权利要求2?4任一项所述的一种双反馈单片集成混沌半导体激光器，其特征在于，右增益-吸收部分(15)的右端设有一个光电探测器。
【文档编号】H01S5/068GK205543686SQ201620331872
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】王安帮, 王云才, 赵彤, 张明江, 牛亚楠, 李璞
【申请人】太原理工大学