专利名称：可调谐光栅外腔半导体激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种半导体激光器，特别是可调谐光栅外腔的半导体激光器，可广泛应用于光通信、光交换、光存储、光纤陀螺、计量测量等领域，属于激光技术领域。
背景技术：
光源的波长调谐技术是激光技术的重要组成部分，可调谐光栅外腔半导体激光器具有结构紧凑、转换效率高、单模输出、价格便宜等突出的优点，在光通信、光交换、光存储、光纤陀螺、计量测量等领域，有着极大的应用前景[Dai Wutao，Guo Shuguang，Fan Yaxian，et al“External cavity semiconductor Laserwith grating feedback for real-time Raman spectrum analyzer”Journal ofOptoelectronics Laser，2001(11)，vol.12，No.11，1112-1115]对于现今商用半导体激光器(LD)，引用外腔技术，可以使多纵模的LD实现窄线宽、单纵模稳定输出，并且能在较宽范围内进行波长调谐。同时激光器的阈值降低、波长随温度的漂移几乎被完全抑制，使其性能得到了很大的改善。
Littman光栅外腔结构引入的衍射损耗较大、输出功率低。Littrow光栅外腔LD激光器损耗低，但是，在调谐时输出的光束方向随着光栅的转动而发生偏转，这给实际使用带来了新的麻烦。本发明提出一种新颖的方法，将光栅和平面反射镜置于同一个旋转平台上，并使平台旋转轴与光栅和反射镜平面的交线重合，通过旋转平台的微小转动达到波长调谐的目的，同时保证了输出光束的方位不发生变化。整个激光器的尺寸为12×8×3(cm3)，完全可以放置在手掌中，并用棱镜改善了输出光斑质量。改进后的激光器输出类方形光斑，谱线的半强度全宽达到了0.06nm(受光谱仪分辨率限制)，调谐范围为7.6nm，并且激光器连续运转4小时没有观察到跳模现象。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决Littrow结构的光栅外腔半导体激光器调谐过程中所引起的输出光束方位偏转的问题，解决激光器工作可靠性及小型化问题。本实用新型的设计思想是建立在理论计算和误差分析基础上，方法新颖、简单、紧凑、易于制作、易于操作、能够长时间稳定工作。
本实用新型的技术方案这种可调谐光栅外腔半导体激光器，它包括旋转平台1、转旋轴2、半导体激光器3、透镜系统4、平面反射镜镜5、闪耀光栅6和直角三棱镜7，顶角为α，平面反射镜与闪耀光栅一起固定在联动旋转平台上，使平面反射镜与闪耀光栅两平面垂直于旋转平台并相交于转动轴，半导体激光器经透镜系统输出激光，准直后得到的平行光，入射到闪耀光栅上，经光栅分光得到一级和零级衍射光，将一级衍射光反馈回半导体激光器有源区，与有源区内光场作用，从而实现单纵模窄线宽输出，零级衍射光作为输出光经平面镜的反射再经直角三棱镜耦合再输出，固定在旋转平台上的光栅面和平面反射镜面的交线与旋转平台的转轴重合。
本实用新型的有益效果在这台装置上我们做了多次重复性的实验，结果证明激光器的输出光方向性好，克服了光栅外腔半导体激光器在调谐过程中输出光束的方向发生偏转的问题。此装置便于操作，性能优良，测量数据重复姓好。用光谱仪测得，整个器件的输出光谱线的半强度宽达到0.06nm(图2所示)，调谐范围达7.6nm，而输出光束的方位不发生变化。激光器可以连续运转4个小时以上，工作稳定正常。实现了激光器紧凑小型化。
图1.可调谐光栅外腔半导体激光器结构示意图图2.光栅外腔半导体激光器的输出光谱图图中1.旋转平台 2.转旋轴 3.半导体激光器 4.透镜系统 5.平面反射镜镜 6.闪耀光栅 7.直角三棱镜 8.顶角α，具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行具体说明这种可调谐光栅外腔半导体激光器，它包括旋转平台1、转旋轴2、半导体激光器3、透镜系统4、平面反射镜镜5、闪耀光栅6和直角三棱镜7，顶角为α，平面反射镜与闪耀光栅一起固定在联动旋转平台上，使平面反射镜与闪耀光栅两平面垂直于旋转平台并相交于转动轴，半导体激光器经透镜系统输出激光，准直后得到的平行光，入射到闪耀光栅上，经光栅分光得到一级和零级衍射光，将一级衍射光反馈回半导体激光器有源区，与有源区内光场作用，从而实现单纵模窄线宽输出，零级衍射光作为输出光经平面镜的反射再经直角三棱镜耦合再输出，固定在旋转平台上的光栅面和平面反射镜面的交线与旋转平台的转轴重合。
透镜系统是四片组准光系统透镜，闪耀光栅是d＝1200线/mm的闪耀光栅，顶角α是41°~42°。微调旋转平台即调整光栅的角度，可实现波长调谐。此装置由于平面反射镜与光栅联动，使输出光方向不再随光栅的转动而变化。三棱镜可使长方形光斑缩小成准正方形光斑。
通过机械加工精度保证半导体激光器发射的光束平行于转台，调整光栅和平面反射镜的角度使光栅的一级衍射光反射回半导体激光器的有源区，使激光器单纵模运转。光栅的0级衍射光，经反射镜反射后射入棱镜，使棱镜出射一个缩小的准正方形光斑。固定光栅和平面反射镜，使光栅的衍射平面和平面镜的反射平面均要很好的垂直转动平台。两个平面的交线即为转轴。平台在转动时要保证半导体激光器发射的光束始终平行于转台。
在外腔半导体激光器系统中，由于机械加工所引起输出光方位偏差的原因有以下几点①光栅平面与反射镜的反射平面的夹角β与设计的要求的误差；②光栅、平面反射镜与转动平台的垂直情况；③LD输出光与转动平台不平行引起的误差；④光栅衍射平面与平面镜反射平面的交线与实际的转动平台的转轴间的误差。
经过计算我们证明了若光栅和反射镜两平面交线与转轴不重合，系统输出光的方向仍不变，只是光束会发生微小的位移。
权利要求1.一种可调谐光栅外腔半导体激光器，其特征在于它包括旋转平台(1)、转旋轴(2)、半导体激光器(3)、透镜系统(4)、平面反射镜镜(5)、闪耀光栅(6)和直角三棱镜(7)，顶角为α，平面反射镜与闪耀光栅一起固定在联动旋转平台上，使平面反射镜与闪耀光栅两平面垂直于旋转平台并相交于转动轴，半导体激光器经透镜系统输出激光，准直后得到的平行光，入射到闪耀光栅上，经光栅衍射得到一级和零级衍射光，将一级衍射光反馈回半导体激光器有源区，与有源区内光场作用，从而实现单纵模窄线宽输出，零级衍射光作为输出光经平面镜的反射再经直角三棱镜耦合再输出。
2.根据权利要求1所述的旋转平台，其特征在于固定在旋转平台上的光栅面和平面反射镜面的交线与旋转平台的转轴重合。
专利摘要本实用新型涉及一种半导体激光器，特别是可调谐光栅外腔的半导体激光器，可广泛应用于光通信、光交换、光存储、光纤陀螺、计量测量等领域，属于激光技术领域。本实用新型的技术方案该激光器包括旋转平台、半导体激光器等，平面反射镜与闪耀光栅一起固定在联动旋转平台上，半导体激光器经透镜系统输出激光，得到的平行光入射到闪耀光栅上，经光栅分光得到一级和零级衍射光，将一级衍射光反馈回半导体激光器有源区，与有源区内光场作用，从而实现单纵模窄线宽输出。本实用新型的有益效果激光器的输出光方向性好，克服了输出光束发生偏转的问题，便于操作，数据重复姓好，可以连续运转4个小时以上，没有跳模现象。实现了激光器紧凑小型化。
文档编号H01S5/14GK2687911SQ200320130968
公开日2005年3月23日 申请日期2003年12月31日 优先权日2003年12月31日
发明者吕福云, 张江水, 王宏杰, 金杰, 段云峰 申请人:南开大学