專利名稱：一種寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及一種較寬波長范圍內(nèi)進(jìn)行波長鎖定的半導(dǎo) 體激光器，特別適用作為泵浦源泵浦有較寬吸收帶寬的激光增益介質(zhì)。
背景技術(shù)：
對于半導(dǎo)體激光器，人們在激光器側(cè)面刻上窄帶反饋光柵，或者在腔內(nèi)加 入光柵、棱鏡等色散元件，或者加上窄帶濾光片來制作波長鎖定半導(dǎo)體激光器。 此類波長鎖定半導(dǎo)體激光器能夠?qū)⒓す馄鞯妮敵霾ㄩL在一定的溫度范圍內(nèi)鎖定 在很窄的波長范圍內(nèi).而且半導(dǎo)體激光器隨著溫度的變化，能帶間隔發(fā)生變化， 進(jìn)而增益帶中心發(fā)生漂移，隨著溫度的漂移，激光器的增益中心偏離鎖定的波 長越來越大，并且由于窄帶波長鎖定器件的窄帶濾波作用，當(dāng)溫度超出一定的幅 度以后，在半導(dǎo)體激光器的鎖定波長處的增益變小，整個系統(tǒng)提供的反饋也會 變?nèi)酰竭_(dá)一定程度后就難以達(dá)到外腔反饋鎖定波長的效果，波長鎖定失效,這
類波長鎖定的半導(dǎo)體激光器其波長鎖定的工作溫度范圍一般只有2(TC-3(TC，其 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足寬溫度工作范圍或者無溫度控制范圍的要求。而對于大多數(shù)激光 增益介質(zhì)對于半導(dǎo)體泵浦源均具有一定波長吸收帶寬，如Nd: YAG的吸收帶寬 為5nm, Nd: YV04為llnm,這樣對于這些激光增益介質(zhì)所用的半導(dǎo)體激光器光 源，就不必將波長鎖定在很窄的波長范圍內(nèi)，而是可以將波長鎖定在相對較寬 的波長范圍內(nèi)(如5-llnm)。另外， 一些可見光波段的半導(dǎo)體激光器如紅光 半導(dǎo)體激光器，如果溫度變化較大時，其波長會在較大范圍內(nèi)漂移，從而使得顏 色變化很明顯，這就需要在較大的溫度范圍內(nèi)將其波長限制在一定范圍內(nèi)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是基于大多數(shù)激光增益介質(zhì)對于半導(dǎo)體泵浦源均具有一定波長吸 收帶寬的特點(diǎn)，提出將半導(dǎo)體激光器波長鎖定在激光增益介質(zhì)吸收帶寬之內(nèi)， 從而使得半導(dǎo)體激光器使用溫度范圍獲得較大提高，并可應(yīng)用于激光顏色隨溫 度變化很敏感的可見光激光器領(lǐng)域。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器，其輸出波長鎖定在激光增益介質(zhì) 吸收帶寬之內(nèi)，包括半導(dǎo)體激光器輸出光，經(jīng)光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直，再由反饋輸 出系統(tǒng)反饋諧振及輸出泵浦激光。主要的，還加入寬帶波長鎖定構(gòu)件用以鎖定 輸出波長范圍。
進(jìn)一步的，所述的寬帶波長鎖定構(gòu)件是寬帶波長透射構(gòu)件，插入外諧振腔 中，采用由外腔提供反饋的結(jié)構(gòu)。
更進(jìn)一步的，所述的寬帶波長透射構(gòu)件是寬帶濾光片或者鍍寬帶濾光膜的 光學(xué)元件。
進(jìn)一步的，所述的寬帶波長鎖定構(gòu)件是寬帶波長反射構(gòu)件，插入外諧振腔 中，采用由外腔提供反饋的結(jié)構(gòu)。
更進(jìn)一步的，所述的寬帶波長反射構(gòu)件是寬帶反射光柵或者鍍寬帶反射膜 的光學(xué)元件?；蛘?，所述的寬帶波長反射構(gòu)件是在半導(dǎo)體激光器側(cè)面刻寬帶反 饋光柵或者直接在腔鏡上鍍寬帶反射膜。
進(jìn)一步的，所述的反饋輸出系統(tǒng)為一個部分反射的后腔鏡構(gòu)成或者為一個 部分反射片以及一個全反射后腔鏡構(gòu)成。
更進(jìn)一步的，所述的全反射后腔鏡可以是平面反射片結(jié)構(gòu)或者是微型角錐 結(jié)構(gòu)。如上所述的激光器可應(yīng)用于泵浦有較寬吸收帶寬的激光增益介質(zhì)；可應(yīng)用 于激光顏色隨溫度變化很敏感的可見光激光器；可應(yīng)用于激光探測中可允許一 定激光波長帶寬的領(lǐng)域。
本發(fā)明采用如上4支術(shù)方案，不同于已有的^f吏用窄帶濾光片制作的波長鎖定 激光器，具有更寬的工作溫度范圍，且結(jié)構(gòu)簡單合理，易于實現(xiàn)。


圖1 (a)為激光增益介質(zhì)吸收譜圖1 (b)為本發(fā)明的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器在不同溫度范圍輸出激光 波長曲線圖2為本發(fā)明的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器的實施例一結(jié)構(gòu)圖； 圖3為本發(fā)明的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器的實施例二結(jié)構(gòu)圖； 圖4為微型角錐的后腔鏡結(jié)構(gòu)圖5為本發(fā)明的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器的實施例三結(jié)構(gòu)圖； 圖6為本發(fā)明的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器的實施例四結(jié)構(gòu)圖； 圖7為本發(fā)明的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器的實施例五結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
本發(fā)明改變傳統(tǒng)波長鎖定半導(dǎo)體激光器試圖將激光器窄波長鎖定的思路， 采用寬帶寬透過的濾光片或者寬反射帶寬的光柵或者寬反射帶寬的反射膜加入 半導(dǎo)體激光器中，使LD在低溫端一定的溫度范圍內(nèi)能鎖定在激光增益介質(zhì)吸收 譜短波可接受吸收波長，在高溫端一定溫度范圍內(nèi)使半導(dǎo)體激光器波長鎖定在 激光增益介質(zhì)吸收語長波可接受波長，而在兩個截止波長之間，半導(dǎo)體激光器 的波長可自由隨溫度移動。本發(fā)明的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器，其4lr出波長鎖定在激光增益介質(zhì) 吸收帶寬之內(nèi)，包括半導(dǎo)體激光器輸出光，經(jīng)光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直，再由反饋輸 出系統(tǒng)反饋諧振及輸出泵浦激光。主要的，還加入寬帶波長鎖定構(gòu)件用以鎖定 輸出波長范圍。
參閱圖l(a)所示的為激光增益介質(zhì)吸收譜。入。為激光增益介質(zhì)峰值吸收波 長，其對應(yīng)溫度為T。， A、為激光增益介質(zhì)吸收譜短波方向可接受吸收波長帶 寬，A人2為激光增益介質(zhì)吸收譜長波方向可接受吸收波長帶寬，本發(fā)明提出的 寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器將激光器的輸出波長鎖定在A A 2之間。
如果對于傳統(tǒng)的單點(diǎn)波長鎖定的半導(dǎo)體激光器可鎖定溫度范圍為AL,而一 般的非波長鎖定半導(dǎo)體激光器波長隨溫度的漂移速度為d入/dT，則本發(fā)明所述 的寬帶波長鎖定半導(dǎo)體激光器可工作溫度帶寬△T為單點(diǎn)波長鎖定溫度范圍帶 寬加上半導(dǎo)體激光器從入i變化到入2的溫度帶寬(L為激光增益介質(zhì)吸收鐠短 波可接受吸收波長，入2為激光增益介質(zhì)吸收譜長波可接受吸收波長)，即
例如若半導(dǎo)體激光器單點(diǎn)可鎖定溫度帶寬為3(TC; Nd: YV04選擇 802nm-814nm為有效可吸收波長帶寬，若LD波長移動速度為0. 3nm/。C ,則總的 可工作溫度帶寬為30+12/0. 3=70 (。C)。
參閱圖l(b)所示的為本發(fā)明所述的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器在不同溫 度范圍輸出激光波長曲線。AT = T2-T\,為本發(fā)明所述的寬帶波長鎖定的半導(dǎo) 體激光器將波長鎖定在A!到入2之間時，可以工作的溫度帶寬。在T〈L和T〉T2 溫度范圍內(nèi)，此激光器波長鎖定失效，激光器波長跳變到按照正常波長隨溫度 的漂移速度d入/dT變化到的波長人3 =入。-(d入/dT) * (T。-T,)，入4 =入。+ (d入 /dT) * (T廣T。) ( T。為激光增益介質(zhì)峰值吸收波長入。處對應(yīng)的溫度)。
參閱圖2所示的為本發(fā)明使用寬帶濾光片進(jìn)行寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光 器結(jié)構(gòu)。其中，201為普通的半導(dǎo)體激光器，202為激光的光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)，對半 導(dǎo)體激光器201發(fā)出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直，203為寬帶波長鎖定構(gòu)件，實施例一則采用寬帶濾光片，其以一定角度插入腔內(nèi)，變化角度可以小范圍調(diào)整此寬帶濾光
片203的中心通光波長，204為部分反射后腔鏡，用以提供部分反饋光并實現(xiàn)激 光輸出的作用。
參閱圖3所示的為本發(fā)明的實施例二的結(jié)構(gòu)。其中，201為普通的半導(dǎo)體激 光器，202為激光的光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)，對半導(dǎo)體激光器201發(fā)出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直， 203為寬帶濾光片，304為部分反射片，305為全反射后腔鏡。斜置的部分反射 片304部分透射提供反饋以及雙向反射提供激光輸出，其激光輸出為兩個方向。
參閱圖4所示，圖3中的實施例二的全反射后腔鏡305還可以是如圖4所 示的微型角錐結(jié)構(gòu)401來取代。其表面由很多的^t型直角棱鏡組成，相鄰表面 之間的夾角為90° ，此種微型角錐結(jié)構(gòu)401的優(yōu)點(diǎn)是，任意方向入射的光線通 過其反射均能實現(xiàn)原光路返回，這樣能夠降低實施例二的全反射后腔鏡305調(diào) 試的靈敏度要求，使得器件的制作更加簡單。
參閱圖5所示的為本發(fā)明的實施例三的結(jié)構(gòu)。其中，201為普通的半導(dǎo)體激 光器，202為激光的光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)，對半導(dǎo)體激光器201發(fā)出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直， 304為部分反射片，部分反射片304部分透射提供反々貴以及雙向反射提供激光輸 出，其激光輸出為兩個方向。504為寬帶反射后腔鏡，通過它來實現(xiàn)將激光器輸 出波長鎖定在入l - W范圍內(nèi)的目的。
圖5所示的實施例三中的寬帶反射后腔鏡504也可以為一種寬帶反射的光 柵。還可以直接將此光柵刻制在半導(dǎo)體激光器發(fā)光芯片上以實現(xiàn)在寬波長范圍 內(nèi)實現(xiàn)波長鎖定的目的。例如，參閱圖6所示的為本發(fā)明的實施例四的結(jié)構(gòu)。 其中601為半導(dǎo)體激光器芯片，602為刻有的寬帶反射光柵，刻在半導(dǎo)體激光器 芯片601側(cè)面，603為熱沉，用于導(dǎo)熱。本發(fā)明可由半導(dǎo)體激光器芯片601側(cè)面 刻寬帶反々貴光4冊602實現(xiàn)寬帶波長鎖定。
類似的，圖7中所示的為本發(fā)明的實施例五的結(jié)構(gòu)。601為半導(dǎo)體激光器芯 片，603為熱沉，用于導(dǎo)熱，Sl、 S2為半導(dǎo)體芯片反射腔鏡，腔鏡S1或腔鏡S2 的其中之一鍍有為本發(fā)明所述波長鎖定的寬帶反射膜。
本發(fā)明可適用光柵、棱鏡、濾光片或輸出膜片使激光寬帶工作激光腔系統(tǒng)。所提到的波長鎖定范圍人1-X2可以根據(jù)具體應(yīng)用需求，通過對寬帶濾光片或者 寬帶反射片或者寬帶反射光柵的性能指標(biāo)進(jìn)行改變而進(jìn)行控制。
盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員 應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式 上和細(xì)節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器，其輸出波長鎖定在激光增益介質(zhì)吸收帶寬之內(nèi)，包括半導(dǎo)體激光器輸出光，經(jīng)光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直，再由反饋輸出系統(tǒng)反饋諧振及輸出泵浦激光，其特征在于還加入寬帶波長鎖定構(gòu)件用以鎖定輸出波長范圍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述的 寬帶波長鎖定構(gòu)件是寬帶波長透射構(gòu)件，插入外諧振腔中，釆用由外腔提供 反饋的結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述的 寬帶波長透射構(gòu)件是寬帶濾光片或者鍍寬帶濾光膜的光學(xué)元件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述的 寬帶波長鎖定構(gòu)件是寬帶波長反射構(gòu)件，插入外諧振腔中，采用由外腔提供 反々貴的結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述的 寬帶波長反射構(gòu)件是寬帶反射光柵或者鍍寬帶反射膜的光學(xué)元件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述的 寬帶波長反射構(gòu)件是在半導(dǎo)體激光器側(cè)面刻寬帶反饋光柵或者直接在腔鏡上 鍍寬帶反射膜。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述的 反饋輸出系統(tǒng)為一個部分反射的后腔鏡構(gòu)成或者為一個部分反射片以及一個 全反射后腔鏡構(gòu)成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述的 全反射后腔鏡可以是平面反射片結(jié)構(gòu)或者是微型角錐結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)上述1-9任一權(quán)利要求所述的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器，其特征在 于所述的激光器可應(yīng)用于泵浦有較寬吸收帶寬的激光增益介質(zhì)；可應(yīng)用于激光顏色隨溫度變化^艮每文感的可見光激光器；可應(yīng)用于激光#:測中可允許一 定波長帶寬的領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及一種較寬波長范圍內(nèi)進(jìn)行波長鎖定的半導(dǎo)體激光器，特別適用作為泵浦源泵浦有較寬吸收帶寬的激光增益介質(zhì)。本發(fā)明的寬帶波長鎖定的半導(dǎo)體激光器，其輸出波長鎖定在激光增益介質(zhì)吸收帶寬之內(nèi)，包括半導(dǎo)體激光器輸出光，經(jīng)光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直，再由反饋輸出系統(tǒng)反饋諧振及輸出泵浦激光。主要的，還加入寬帶波長鎖定構(gòu)件用以鎖定輸出波長范圍。本發(fā)明采用如上技術(shù)方案，不同于已有的使用窄帶濾光片來制作窄帶波長鎖定半導(dǎo)體激光器，其具有更寬的工作溫度范圍，且結(jié)構(gòu)簡單合理，易于實現(xiàn)等特點(diǎn)。
文檔編號H01S5/00GK101615763SQ200910112200
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者凌吉武, 盧秀愛, 礪 吳, 孫朝陽, 坤 賀 申請人:福州高意通訊有限公司