[发明专利]折叠外腔超窄线宽半导体激光器

说明书

折叠外腔超窄线宽半导体激光器属于新型半导体激光器技术领域，该激光器包括：半导体激光器芯片、折叠外腔和整形透镜；半导体激光器芯片与折叠外腔的输入端对接耦合；半导体激光器芯片和折叠外腔的端面制作腔面膜；整形透镜位于折叠外腔的输出端。本发明的折叠外腔中的弯曲波导结构有效过滤高阶模式，保证基模几乎无损耗的传输，模式特性更稳定，不容易发生跳模现象。通过折叠外腔代替直波导，更有利于得到kHz量级的窄线宽激光，在很短的外腔芯片上集成几十倍长度的半导体激光器外腔结构，减小了封装的体积，增加了集成度，简单而有效得到更窄的激光线宽。采用波导外腔的方式进行器件的整体封装，增加系统的稳定性，使系统适合各种复杂的使用环境。

技术领域

本发明属于新型半导体激光器技术领域，具体涉及一种折叠外腔超窄线宽半导体激光器。

背景技术

在激光载波通信系统中，高性能的窄线宽半导体激光器(线宽≤10kHz)是决定测距精度的核心元器件，因为对于3kHz线宽的窄线宽激光器，其相干长度可达100km。此外，窄线宽半导体激光器在超高精度激光雷达、船舶水听器、航天器对接、卫星间通信、相干光通信、激光光谱学、大气吸收测量及光纤通信领域均具有极其广泛的应用。窄线宽激光器所服务的系统的军事价值、经济价值和科学价值都很大，它在这些系统中起关键作用，地位十分重要。对于kHz量级的窄线宽半导体激光器，科研人员需要对芯片的材料结构、器件结构和噪声抑制机理进行深入的探索和研究。

窄线宽半导体激光器是指激光以腔内振动单一纵模的形式输出的激光光源，其特征是激光光谱线宽在kHz量级，比现有的窄线宽分布反馈(DFB)激光器的线宽还要窄两个数量级，比目前光通信网络中的密集波分复用(DWDM)信号光源的线宽要窄5个数量级。窄线宽单纵模激光器可以保证激光具有极好的相干特性，其相干长度可达百公里以上。与光纤激光器相比，半导体激光器的价格低、抗振动和抗空间射线辐照能力强，是窄线宽激光器的优选光源。国内外窄线宽激光器迅速发展，不断出现以各种方法实现的窄线宽激光器，并且线宽不断地在变窄。从线宽压缩机制上进行分类，主要是采用两种途径来实现，即内腔结构和外腔结构来压缩半导体激光器线宽。

就窄线宽半导体激光器的2种实现途径来看，都存在着各自的缺点。(1)内腔结构压缩半导体激光器的线宽，尽管是在半导体激光器本身结构中引入光栅等微结构来实现线宽压缩，但是光栅结构的设计和制造都有很高的精度要求，光栅为内置结构，光栅结构上还需要外延生长上包层和盖层，增加了制备难度，限制了其在相干光通信系统的应用。(2)外腔结构压缩半导体激光器的线宽，不需要在半导体激光器上制造光栅等结构，制造难度和成本相应的降低，但是外腔光栅反馈结构的缺点是激光器工作时容易发生模式跳变。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种折叠外腔超窄线宽半导体激光器，主要在芯片尺度上解决实现超窄线宽半导体激光器的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

折叠外腔超窄线宽半导体激光器，该激光器包括：半导体激光器芯片、折叠外腔和整形透镜；所述半导体激光器芯片与折叠外腔的输入端对接耦合；半导体激光器芯片和折叠外腔的端面制作腔面膜；整形透镜位于折叠外腔的输出端。

本发明的有益效果是：

1、折叠外腔中的弯曲波导结构可以有效过滤高阶模式，保证基模几乎无损耗的传输，模式特性更稳定，不容易发生跳模现象。