波長掃描外腔半導體激光器制造技術

本發明專利技術公開了一種用于激光光譜學研究應用的波長掃描外腔半導體激光器。所述激光器包括：增益芯片、輸出端準直透鏡、反饋端準直透鏡、掃描振鏡、閃耀光柵、驅動及控制電路。由驅動及控制電路激勵增益芯片發光，增益芯片反饋端發射光經反饋端準直透鏡準直后，再由掃描振鏡反射后，以一定的入射角照射到閃耀光柵上，閃耀光柵將特定波長的光反饋，按原光路返回增益芯片，從而形成諧振，產生激光，經輸出端準直透鏡準直后輸出；掃描振鏡在一定角度范圍內來回轉動，則照射到閃耀光柵的光的入射角在一定范圍內來回掃描，反饋波長隨之掃描，從而使輸出激光波長在一定范圍內掃描。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體光電器件
，尤其涉及一種波長掃描外腔半導體激光器。
技術介紹
激光光譜學研究對于現代物理學、材料科學、生物學、醫學等諸多領域的發展具有重要意義。得益于激光光源的專利技術和不斷進步，激光光譜學研究的應用領域日趨豐富，同時也對激光光源本身提出了更多、更高的要求。激光光譜學研究往往要求激光光源具有一定的波長調諧范圍，這樣可以在調諧波長范圍內測得目標吸收峰，通過對吸收峰位置、強度和寬度的分析，從而得到所需信息。分布反饋(DFB)半導體激光器具有體積小、功率穩定、波長調諧性能穩定的優點，因而較多的被應用于激光光譜學研究，尤其是氣體分子檢測與氣體濃度測定。然而，DFB半導體激光器調諧范圍十分有限，而許多的激光光譜學研究中需要大范圍波長調諧。外腔半導體激光器具有寬調諧范圍的特點，但是外腔激光器的波長選擇往往涉及精密的機械運動控制，所以很難實現快速調諧和周期性波長掃描。以往研究人員通過旋轉多面棱鏡的方法，獲取較高頻率的波長掃描外腔半導體激光器，但是激光輸出的占空比很小，而且波長掃描僅限于線性掃描模式。
技術實現思路
(一)要解決的技術問題針對
技術介紹
中的問題，本專利技術提出了一種波長掃描外腔半導體激光器，以解決上述很難實現快速、大占空比、任意掃描模式波長掃描的問題。(二)技術方案本專利技術提供了一種波長掃描外腔半導體激光器，包括：增益芯片(1)；閃耀光柵(5)；以及掃描振鏡(4)，其中：所述增益芯片(1)的發射光經所述掃描振鏡(4)反射到所述閃耀光柵(5)；所述閃耀光柵(5)的反饋光經所述掃描振鏡(4)返回至所述增益芯片(1)，形成諧振，產生激光。上述方案中，所述掃描振鏡(4)在一定偏轉角度范圍內來回轉動。上述方案中，所述掃描振鏡(4)在一定偏轉角度范圍內來回轉動的頻率最高為1200Hz。上述方案中，所述掃描振鏡(4)包括驅動線圈(41)、光束反射鏡(42)、掃描轉子(44)、磁鐵(45)，其中：驅動線圈(41)在磁鐵(45)產生的磁場中產生電磁力矩，驅動掃描轉子(44)帶動光束反射鏡(42)旋轉；掃描轉子(44)上通過機械紐簧或電子的方法加有復位力矩，大小與掃描轉子(44)偏離平衡位置的角度成正比；當驅動線圈(41)通以一定的驅動電流而掃描轉子(44)發生偏轉到一定的角度時，電磁力矩與復位力矩大小相等，偏轉角與電流成正比；通過掃描驅動電流，使光束反射鏡(42)在一定角度范圍內來回轉動。上述方案中，所述閃耀光柵(5)的光柵周期及閃耀角度隨增益芯片(1)所發射光波段的不同而不同。上述方案中，所述入射光入射到閃耀光柵(5)的入射角度與閃耀光柵(5)的閃耀角度之差小于5度。上述方案中，所述增益芯片(1)為半導體發光芯片。上述方案中，還包括：驅動及控制電路(6)，用于激勵所述增益芯片(1)發光，控制所述增益芯片(1)的溫度和電流穩定，以及控制所述掃描振鏡(4)的轉動。上述方案中，其中：所述增益芯片(1)包括反饋端和發射端；所述增益芯片(1)的反饋端發射光經所述掃描振鏡(4)反射到所述閃耀光柵(5)；以及所述激光從所述發射端輸出。上述方案中，還包括：反饋端準直透鏡(3)，位于所述增益芯片(1)的反饋端與所述掃描振鏡之間；輸出端準直透鏡(2)，所述諧振后產生的激光經所述輸出端準直透鏡后輸出。(三)有益效果本專利技術提供的一種波長掃描外腔半導體激光器具有以下有益效果：本專利技術將掃描振鏡應用于外腔激光器，實現較寬范圍的波長快速掃描。掃描振鏡能夠實現上千赫茲的小角度來回轉動，且波形由驅動電流的波形決定。利用掃描振鏡來改變入射到光柵上的角度，從而在較大范圍內改變Littrow外腔模式的激射波長，由此實現寬范圍、高占空比、較高掃描頻率且掃描模式多樣化的波長掃面外腔半導體激光器。附圖說明圖1是本專利技術實施例的波長掃描外腔半導體激光器的結構示意圖。圖2a是本專利技術實施例的掃描振鏡結構圖。圖2b是本專利技術實施例的掃描鏡三維示意圖。圖3是本專利技術實施例的中心波長7.3μm波長掃描外腔半導體激光器在固定和掃描模式下的發射光譜圖(模擬計算得到，實際光譜隨反饋狀態而不同)。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術作進一步的詳細說明。針對激光光譜學研究中對于寬調諧范圍、大占空比快速掃描激光光源的需求，本專利技術將掃描振鏡引入外腔半導體激光器中，用作光束掃描元件，從而獲得寬調諧范圍、大占空比、較高掃描頻率的波長掃描外腔半導體激光器，且可以根據需要設置多種掃描模式。圖1是本專利技術實施例的波長掃描外腔半導體激光器的結構示意圖。如圖1所示，根據本專利技術實施例，所述激光器包括：半導體增益芯片1、輸出端準直透鏡2、反饋端準直透鏡3、掃描振鏡4、閃耀光柵5、驅動及控制電路6以及輸出激光束7。由驅動及控制電路6激勵增益芯片1發光，并控制增益芯片1的溫度和電流穩定；增益芯片1反饋端發射光經反饋端準直透鏡3準直后，再由掃描振鏡4反射后，以一定的入射角照射到閃耀光柵5上，閃耀光柵5將特定波長的光反饋，按原光路返回增益芯片1，從而形成諧振，產生激光，經輸出端準直透鏡準直后輸出激光束7。閃耀光柵5所反饋的特定波長光與光的入射角有關，閃耀光柵5的光柵周期及閃耀角度隨增益芯片所發射激光波段的不同而不同，光柵入射角度即閃耀光柵5的放置角度與閃耀角度之差小于5度。掃描振鏡4由驅動及控制電路6控制在一定角度范圍內來回轉動，則照射到閃耀光柵5的光的入射角在一定范圍內來回掃描，反饋波長隨之掃描，從而使輸出激光7波長在一定范圍內掃描。由驅動及控制電路6控制掃描振鏡4掃描，可以使輸出激光7波長按照多種波形進行掃描。半導體發光芯片作為增益芯片1，增益芯片1的增益譜決定了波長掃描外腔激光器的中心波長和掃描范圍。掃描振鏡4作為光束入射角掃描部件，由驅動及控制電路6控制，在小角度范圍內掃描，掃描頻率最高可達1200Hz。閃耀光柵5作為波長選擇部件和反饋部件，構成Littrow外腔。圖2a是本專利技術實施例的掃描振鏡結構圖、圖2b是本專利技術實施例的掃描鏡三維示意圖。如圖2a以及2b所示，所述掃描振鏡包括：驅動線圈41、光束反射鏡42、電樞43、掃描轉子44、磁鐵45、外殼46、扭矩桿47以及信號線48。掃描振鏡是一種能夠通過控制驅動電流來控制反射鏡偏轉的電流敏感型器件，其原理為：驅動線圈41繞設在電樞43上，在磁鐵45產生的磁場中產生力矩，驅動掃描轉子44帶動光束反射鏡42轉動。扭矩桿47通過機械扭簧或電子的方法使得掃描轉子44上加有復位力矩，，大小與掃描轉子44偏離平衡位置的角度成正比，當外加電流通過信號線48加在線圈41上時，掃描轉子44發生偏轉到一定的角度時，電磁力矩與復位力矩大小相等，故不能像普通電機一樣旋轉，只能偏轉，偏轉角與外加驅動電流成正比。通過掃描驅動電流，能夠使光束反射鏡42在小角度范圍內來回轉動，掃描頻率可達上千赫茲。掃描振鏡具有較小的體積，這也十分有利于外腔激光器的小型化和集成化。根據本專利技術的具體實施例：半導體增益芯片1：增益中心波長為7.3μm的量子級聯激光器芯片，具有雙溝脊形波導結構，反饋端腔面鍍增透膜(反射率小于1％)，從而抑制法布里-波羅(FP)腔模式激射。輸出端準直透鏡2：孔徑5.5mm，焦距2.5mm非球面透鏡，材質可為Z本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種波長掃描外腔半導體激光器，包括：增益芯片(1)；閃耀光柵(5)；以及掃描振鏡(4)，其中：所述增益芯片(1)的發射光經所述掃描振鏡(4)反射到所述閃耀光柵(5)；所述閃耀光柵(5)的反饋光經所述掃描振鏡(4)返回至所述增益芯片(1)，形成諧振，產生激光。

【技術特征摘要】
1.一種波長掃描外腔半導體激光器，包括：增益芯片(1)；閃耀光柵(5)；以及掃描振鏡(4)，其中：所述增益芯片(1)的發射光經所述掃描振鏡(4)反射到所述閃耀光柵(5)；所述閃耀光柵(5)的反饋光經所述掃描振鏡(4)返回至所述增益芯片(1)，形成諧振，產生激光。2.根據權利要求1所述的波長掃描外腔半導體激光器，其特征在于，所述掃描振鏡(4)在一定偏轉角度范圍內來回轉動。3.根據權利要求2所述的波長掃描外腔半導體激光器，其特征在于，所述掃描振鏡(4)在一定偏轉角度范圍內來回轉動的頻率最高為1200Hz。4.根據權利要求1所述的波長掃描外腔半導體激光器，其特征在于，所述掃描振鏡(4)包括驅動線圈(41)、光束反射鏡(42)、掃描轉子(44)、磁鐵(45)，其中：驅動線圈(41)在磁鐵(45)產生的磁場中產生電磁力矩，驅動掃描轉子(44)帶動光束反射鏡(42)旋轉；掃描轉子(44)上通過機械紐簧或電子的方法加有復位力矩，大小與掃描轉子(44)偏離平衡位置的角度成正比；當驅動線圈(41)通以一定的驅動電流而掃描轉子(44)發生偏轉到一定的角度時，電磁力矩與復位力矩大小相等，偏轉角與電流成正比；通過掃描驅動電流，使光束反射...

【專利技術屬性】
技術研發人員：賈志偉，王利軍，張錦川，趙越，劉峰奇，王占國，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11