[发明专利]可调谐光栅外腔半导体激光器

说明书

技术领域

 本发明涉及半导体激光器技术，尤其涉及一种可调谐光栅外腔半导体激光器，其能够利用旋转准直透镜进行波长调谐。

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可调范围宽、光谱纯度好、转换效率高、可靠性好等优点，在光通信、光存储、原子物理、测量等领域有着广阔的应用前景。

在现有技术中，常用的可调谐光栅外腔半导体激光器一般有两种类型。一种是Littrow型可调谐光栅外腔半导体激光器，另一种是Littman-Metcalf型可调谐光栅外腔半导体激光器。下面对上述可调谐光栅外腔激光器作一简介。

Littrow型可调谐光栅外腔半导体激光器，一般包括三个器件：作为增益介质的半导体激光器、对激光器光束进行准直的准直透镜和作为选频元件的衍射光栅。半导体激光器发出的光束经过准直透镜准直后得到平行光，该平行光入射到衍射光栅上被衍射，其中，零级衍射光直接作为输出光，而一级衍射光则沿原入射光路返回半导体激光器中，与有源区发生作用，从而实现线宽的压窄。Littrow型可调谐光栅外腔半导体激光器的波长调谐是通过旋转衍射光栅来实现。Littrow型可调谐光栅外腔半导体激光器具有效率高、结构简单紧凑等优点。例如：C. J. Hawthorn等提出的一种可调谐光栅外腔半导体激光器（参见文献“‘Littrow configuration tunable external cavity diode laser with fixed direction output beam’by C. J. Hawthorn, K. P. Weber and R. E. Scholten, Review of Scientific Instruments, Vol.72, Pages 4477-4479, Decemner, 2001”）就是一种比较典型的Littrow型可调谐光栅外腔半导体激光器。

Littman-Metcalf型可调谐光栅外腔半导体激光器是在Littrow型可调谐光栅外腔半导体激光器的基础上增加了一个反射镜来实现的。半导体激光器发出的光束经过准直透镜准直后得到平行光，该平行光入射到衍射光栅上被衍射，其中，零级衍射光直接作为输出光，而一级衍射光入射到反射镜上，并被反射回衍射光栅，进而返回半导体激光器进行震荡。Littman-Metcalf型可调谐光栅外腔半导体激光器的波长调谐是通过旋转反射镜来实现。Littrow型可调谐光栅外腔半导体激光器具有光谱特性好等优点，但是其结构相对Littrow型可调谐光栅外腔半导体激光器来说较为复杂，所以通常使用Littrow型可调谐光栅外腔半导体激光器。

Littrow型可调谐光栅外腔半导体激光器和Littman-Metcalf型可调谐光栅外腔半导体激光器的波长调谐都是通过旋转衍射光栅或者反射镜实现，由于衍射光栅和反射镜的体积较大，而且对入射光的角度非常敏感，导致了系统的调谐速度较慢，精度要求较高，而且系统的体积较大。

发明内容

 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种可调谐光栅外腔半导体激光器，采用旋转准直透镜来实现Littrow型可调谐光栅外腔半导体激光器的波长调谐，以实现对可调谐光栅外腔半导体激光器的快速调谐，并减小系统体积，降低系统成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种可调谐光栅外腔半导体激光器，该激光器包括：半导体激光器、可旋转准直透镜、调谐装置和衍射光栅；

所述可旋转准直透镜设置于调谐装置上，并且半导体激光器放置在准直透镜的焦点上，其半导体激光器的光轴与可旋转的准直透镜光轴重合。衍射光栅与准直透镜所在的平面有一定的夹角。半导体激光器发出的光束经准直透镜准直之后入射到衍射光栅上，部分衍射光作为输出，另一部分衍射光作为反馈返回半导体激光器中进行震荡。通过准直透镜的旋转可以实现波长的调谐，当驱动装置驱动准直透镜旋转一个小角度时，经过准直透镜的准直光束会偏离系统的光轴，使得入射到衍射光栅的光束角度发生变化，相当于衍射光栅发生了旋转，实现了波长的调谐。

其中，所述准直透镜为球面透镜、非球面透镜或组合透镜。

所述的调谐装置可以驱动准直透镜旋转。所述的调谐装置可以驱动衍射光栅旋转。所述的调谐装置可以驱动准直透镜和衍射光栅同时旋转。所述的调谐装置可以由电动马达驱动。所述的调谐装置可以由步进电机驱动。所述的调谐装置也可以由微机电系统驱动。