[其他]复合外腔半导体激光器

说明书

本实用新型属于半导体激光器件领域。

光纤通讯、光纤传感、计量检测等领域需要窄线宽的单模半导体激光器。外腔半导体激光器利用耦合腔（Coupled  Cavity）选模技术，可以有效地使普通多模半导体激光器实现单模运转以满足上述需要，同时为在不破坏半导体激光器本身结构的条件下进一步研究和改进其性能提供了有效的手段。其结构原理如图1，它由激光二极管（1）和一个光学反馈系统（2）形成外谐振腔（简称外腔），光学反馈系统（2）把从激光二极管（1）的本征腔内出射的光能的一部分反射回激光二极管（1）内，通过腔内光波场的相干迭加，改变了激光器内各纵模的损耗，使得某个纵模获得较强的振荡优势，并将其它纵模抑制掉，从而实现单纵模运转。和其它激光器相比，外腔单模半导体激光器的体积小、效率高、成本低，单模运转稳定，因此成为一种被各国重点研究的有前途的器件。

实际应用要求外腔半导体激光器单模工作稳定、谱线窄、使用方便、寿命长。现已见报导的外腔半导体激光器还不能满足上述要求。

其一为光栅耦合长外腔单模半导体激光器（Mark  W·Fleming  and  Aram  mooradian，IEEE·J·of  Quantum  Electronics，Vol.QE－17，No.1，January  1981，p44～59）。如图2a所示，它由激光二极管（1）、透镜（2）和光栅（3）组成。激光二极管左右二端面构成本征腔，从其右端面出射的光通过透镜（2）后到达光栅（3），其中一部分光被反射回激光二极管（1）中，激光二极管（1）的左端面和光栅（3）构成外腔。这种器件可获较窄线宽的单模运转，单模稳定时间也较长。其缺点是：1.输出光从激光二极管（1）的背面（左端面）射出，发散角太大，使用不方便。这个缺点可以用在激光二极管左侧再加一透镜（4）（如图2b），把输出光变成所需的平行光或会聚光加以克服。但透镜（4）的引入不仅使器件体积增加，而且会引入多种光反馈，成为影响器件工作的不稳定因素。2.光栅（3）的光反馈效率太低、腔内损耗大，再加上输出光的一部分被热沉（5）挡住，从而降低了输出光功率。3.虽然在不同注入电流下可获不同的多个单模运转，但可获得某一确定单模运转状态的注入电流范围太小，为亚毫安量级。这不能满足实用要求。4.光从一端输出，这不仅不能满足一些要用两端输出光的特殊需要，也给在用此器件光输出时，对器件工作状态的监测带来很大困难。5.单模运转稳定时间还不够长。

其二为外腔粘接型窄线宽单模半导体激光器（清华大学无线电系、专利号ZL86202896）如图3所示，它主要由在位于耦合腔一侧端面镀有适当增透介质膜的激光二极管（1）、两端镀有增透膜的自聚焦透镜（6）和部分反射镜（13）组成。其优点是可获窄线宽单模运转，器件两端都有输出光可供使用或监测，单模运转输出功率比前一种器件大一些，输出光发散角很小，不需进行机械调整便于使用。其缺点是：1.与前者相同，获得确定单模运转的注入电流范围小，约1mA左右2.单模运转稳定时间还不够长。

本实用新型的目的是提出一种复合外腔粘接型窄线宽单模半导体激光器，使其除具有原来外腔粘接型窄线宽单模半导体激光器的优点之外，还进一步延长单模运转稳定时间、扩大同一单模运转的注入电流范围、提高边模抑制比并增加输出光功率。

本实用新型主要是由激光二极管、小型半导体致冷器、自聚焦透镜、两个介质膜部分反射镜、调整装置及密封外壳构成的，本征腔是由位于耦合腔一侧端面镀有适当增透介质膜的激光二极管的两个端面构成的；自聚焦透镜和两面介质膜部分反射镜进行光反馈和光输出；激光二极管未镀增透膜的一端和两面介质膜部分反射镜分别组成两个耦合外腔，从而构成复合外腔半导体激光器。为了进一步简化结构，降低损耗，并使调整简化，上述的介质部分反射镜可由自聚焦透镜的右端镀上介质部分反射膜〔22〕取代，它和激光二极管左端面形成“内”外腔，自聚焦透镜既作为介质膜部分反射镜〔22〕的支承物，又对激光二极管发出的光进行准直。