[发明专利]基于光子晶体激光器的波长稳定激光光源

说明书

本发明提供了一种基于光子晶体激光器的波长稳定激光光源，包括：管壳、半导体制冷器、过渡块、热沉、低发散角单模光子晶体激光芯片、热敏电阻、背光探测器，带光纤光栅的球形光纤等组成。该激光光源采用低发散角单模光子晶体激光芯片与光纤光栅的相结合的双重波长稳定技术，具有更高的波长稳定性，能够有效减小驱动电流、温度与光反馈相关因素对波长稳定性影响。该激光光源中低发散角单模光子晶体激光芯片利用复合光子晶体等对光场和模式调控机制，仅需一次外延和普通光刻制备技术，从芯片层次降低激光器发散角，实现单模输出，简化光束整形，实现与球形光纤直接耦合，不仅具有高光纤耦合效率，而且大大降低装调难度，低制作成本。

技术领域

本公开属于半导体激光器领域，涉及一种半导体激光器波长稳定性方法和波长稳定激光光源。

背景技术

半导体激光器由于体积小、效率高、寿命长、易集成等优点，得到广泛应用，是当今最重要的激光光源之一。传统的半导体激光器由于其自身结构特点，存在垂直发散角大、多纵模工作、波长稳定性差等瓶颈问题。半导体激光器在诸多应用中都需波长稳定，如光纤通信、光纤陀螺、固体激光器泵源、光放大器、高分辨率光谱学和激光测量等应用领域。半导体激光器波长会随着工作电流和温度改变而变化，在光纤通信中会引起“串扰”和增加系统的误码率，在固体激光器泵源中会造成与增益介质吸收谱的不匹配，影响泵浦效率；高精度惯性导航级光纤陀螺(精度＜0.001o/h)，要求光源的平均波长稳定性优于1ppm/oC，波长漂移直接影响的光纤陀螺的精度等等，都需提高半导体激光器的波长稳定性。影响半导体激光器波长不稳定的因素很多，如温度、载流子浓度、腔长、能隙、增益、折射率等。半导体激光器波长稳定可以通过控制温度和注入电流的稳定性来实现一定程度的稳定，但要获得更高的稳定度，需要对波长锁定。

目前，实现半导体激光器波长稳定性方法有多种，下面简单做一下介绍：1)外腔反馈稳定波长方法。该方法是利用光栅等光反馈来控制半导体的频率特性，目前外腔反馈稳定波长的方法大多数是通过体全息光栅(VHG)、称体布拉格光栅(VBG)、或者光纤光栅(FBG)来实现波长稳定性的，对制作工艺要求比较严格，并且成本较高。2)内腔稳定波长方法，该方法是将波长稳定结构集成到半导体激光器内部，通过内部结构来实现波长稳定。常见的有分布反馈激光器(DFB)和分布布拉格反射激光器(DBR)、倾斜腔(TCL)或倾斜波激光器(TWL)等方法。DBR和DFB激光器都存在输出功率相对低，需要复杂的二次外延技术和复杂光栅制备技术，制作成本高。倾斜腔激光器或倾斜波激光器它基于多层结构的共振特性即倾斜入射光的光反射谱来实现波长稳定性。波长稳定性差，波长稳定系数只能到0.1nm/oC。采用内部波长稳定方法的半导体激光器比采用外部波长稳定方法的半导体激光器具有更好的系统兼容性和更低的装配。

目前半导体激光器普遍存在垂直发散角通常40度左右，与光纤耦合效率低，通常采用与斜楔形光纤相耦合，提高耦合效率，但装调难度大。在实际应用中，还需要半导体激光器具备光斑质量良好的输出特性，可以提高光纤耦合效率从而改善激光器性能。

本发明提出采用低发散角单模光子晶体激光芯片与球形光纤光栅相结合的双重波长稳定技术，提高波长稳定性同时，提高光纤耦合效率，降低装调难度。其中低发散角单模光子晶体激光芯片利用复合光子晶体等对光场和模式调控机制，从芯片层次降低激光器发散角，实现单模输出，提高耦合效率，降低调试难度，实现低成本；采用球形光纤光栅稳频技术使泵浦激光器具有更高的波长稳定性，同时有效减小驱动电流、温度与光反馈相关因素的波长稳定性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种本发明的目的在于提供一种基于光子晶体的波长稳定激光光源，解决半导体激光器波长稳定性问题，同时提高耦合效率，降低光纤耦合调试难度，低制作成本。

(二)技术方案