[发明专利]一种无跳模连续调谐半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其是指一种无跳模连续调谐半导体激光器。

背景技术

光源的波长调谐技术是激光技术中的重要组成部分，而可调谐光栅外腔半导体激光器(GTECL，Grating-tuned external cavity lasers)由于可以产生频率可调谐、窄线宽和高光学相干性的激光光束，因此已经逐步成为高分辨率光谱测量、光通信、激光计量、光存储、原子钟、光纤陀螺以及生物医学检测等多种应用设备的核心光源部件，并已被广泛地应用于各个领域。

在现有技术中，可调谐光栅外腔半导体激光器一般有两种类型。一种是利特洛(Littrow)型可调谐光栅外腔半导体激光器，另一种是利特曼-迈特考夫(Littman-Metcalf)型可调谐光栅外腔半导体激光器。其中，由于Littman-Metcalf型可调谐光栅外腔半导体激光器可通过其紧凑的谐振腔结构产生宽频带、无跳模调谐的激光束，因此Littman-Metcalf型可调谐光栅外腔半导体激光器已成为现有技术中可调谐半导体激光器的主要产品和设计之一。

图1为现有技术中Littman-Metcalf型可调谐光栅外腔半导体激光器的示意图。如图1所示，该Littman-Metcalf型可调谐光栅外腔半导体激光器中包括增益介质(gain medium)101、准直透镜102、衍射光栅(diffraction grating)103和光波反射器108。其中，上述的增益介质101可用于产生稳定的光增益，并对进入该增益介质101的激光进行放大。因此，上述增益介质101一般可以是半导体激光器(Laser diode)、二极管激光器、或者是二极管发射器芯片(例如，常用的Fabry-Pero型二极管发射器芯片，或其它具有类似功能的器件)。

如图1所示，上述增益介质101具有一个后表面106和一个前表面107，该增益介质101中所产生的光束经过准直透镜102后可得到一平行光束，该平行光束入射到衍射光栅103上后被该衍射光栅103衍射；其中，由于衍射而产生的零级衍射光可直接作为输出激光104；而一级衍射光则衍射至光波反射器108，然后沿原入射光路返回增益介质101中，在增益介质101中经过振荡、放大后，成为输出激光105，从而实现窄线宽的单纵模(SLM，single longitudinalmode)激光输出。

在上述的可调谐光栅外腔半导体激光器中，所述光波反射器108可绕旋转轴L旋转。其中，所述旋转轴L位于增益介质101的后表面106的延长线、衍射光栅103的衍射表面的延长线与光波反射器108的反射表面延长线的交点上，且该旋转轴L垂直于纸面方向；G点为光轴100与衍射光栅103衍射表面的交点；Q点为通过G点的衍射光线与光波反射器108的交点。

在上述可调谐光栅外腔半导体激光器中，衍射光栅103固定不动，而光波反射器108则可绕固定的旋转轴L旋转。当光波反射器108绕旋转轴L旋转时，衍射角θ发生改变，外腔腔长(即M、G两点之间的距离与G、Q点两点之间的光路的总和)也发生改变；当旋转轴L处于合适的位置时，可使得此时的激光器的外腔腔长变化与激光器波长的变化同步，因而可使得模数N保持为一个常量，所以可在激光频率发生变化的同时维持模数N不变，从而实现对激光频率的无跳模连续调谐。

上述Littman-Metcalf型可调谐光栅外腔半导体激光器虽然可产生覆盖整个由衍射光栅所产生的光谱范围的最大的无跳模调谐范围，但是，由于上述光波反射器108的位置一般距旋转轴L中心较远，所以只能采用机械旋转方式来驱动光波反射器108，以实现激光波长或频率的改变与调谐。在实际的应用情况下，上述Littman-Metcalf型可调谐光栅外腔半导体激光器中复杂的机械旋转机构以及超大尺寸的光波反射器，严重制约了该激光器的频率调谐和重复扫描速度；而且，由于工业制造技术以及调试手段的限制，图1所示的可调谐光栅外腔半导体激光器一般都存在光学器件色散和机械位置不对准的问题，从而也大大限制了该激光器的无跳模调谐范围。

综上可知，现有技术中所使用的激光器中存在着上述的诸多问题，从而大大限制了可调谐光栅外腔半导体激光器在各种领域中的应用。因此，人们非常需要一种可实现连续无跳模、且制造成本低、结构紧凑的无跳模连续调谐半导体激光器，以实现对激光频率的无跳模连续调谐。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的主要目的在于提供一种无跳模连续调谐半导体激光器，从而可实现对激光频率的无跳模连续调谐，提高频率调谐稳定性，并降低所述激光器的生产成本。