低成本低功耗的波长可调激光器的制作方法

1.本发明涉及一种低成本低功耗的波长可调激光器。


背景技术：

2.半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的激光器，其是最实用最重要的一类激光器。它体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。并且还可以用高达ghz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点，半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面得到了广泛的应用。
3.现有的半导体激光器通常波长不可调，而具有波长可调功能的激光器存在结构复杂、装配困难、成本高的问题，同时现有的半导体激光器功耗高。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种低成本低功耗的波长可调激光器。
5.本发明解决技术问题所采用的方案是，一种低成本低功耗的波长可调激光器，包括由左至右依次设置的反射镜、光学标准具、相位控制器、非球透镜a、激光器芯片、非球透镜b、光隔离器、汇聚透镜、光纤；所述激光器芯片为sld芯片，激光器芯片左右端面分别镀有增透光学膜和部分反射光学膜，远离反射镜的端面的部分反射光学膜和反射镜构成激光器的谐振腔；所述非球透镜a、非球透镜b用于将发散角较大的光束整形为发散角较小的平行光；所述光学标准具用于波长选择，两片光学平行平片间隔放置，光学平行平片垂直于或不垂直于激光器的光轴，两片光学平行平片厚度不同，光学平行平片左右两侧面均镀高反光学膜，只允许特定间隔的波长的光以较小损耗通过；所述光学平行平片的表面光刻有含电极的电阻；所述相位控制器左右两侧的通光表面上均镀有光学增透膜，相位控制器上光刻有含电极的电阻；光学平行平片及相位控制器上的电阻均外接电源用以加载电流；所述汇聚透镜用以将发散、汇聚或者准直的光束汇聚至特定位置。
6.进一步的，所述非球透镜a、非球透镜b的两个通光面上均镀增透光学膜。
7.进一步的，所述汇聚透镜左右端面均镀有光学增透膜。
8.进一步的，所述光纤为保偏或非保偏单模光纤线。
9.进一步的，所述反射镜利用介质本身对光有较高反射率特性进行反射，或者介质表面镀有高反光学膜。
10.进一步的，所述激光器芯片设置在半导体热电制冷器的冷面，半导体热电制冷器
的热面设置有高导热率支架，高导热率支架安装在导热底座上，所述光学标准具装配在导热底座内部，所述导热底座上分别设置有连通、激光器芯片、半导体热电制冷器、光学标准具的电路，电路通过设置在导热底座上的金属pin连接外界电路。
11.进一步的，所述导热底座安装在外壳体内部。
12.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：波长可调，激光器损耗小，出光功率高，波长稳定、噪声小，且结构紧凑、材料易生产加工、装配简单，成本低，容易进行批量生产。
附图说明
13.下面结合附图对本发明专利进一步说明。
14.图1为本激光器的结构示意图。
15.图2为本激光器散热结构图。
16.图3为外壳的结构示意图。
17.图中：1-反射镜、2-光学标准具、3-相位控制器、4-非球透镜a、5-激光器6-芯片、6-非球透镜b、7-光隔离器、8-汇聚透镜、9-光纤；10-半导体热电制冷器；11-高导热率支架；12-导热底座；13-金属pin；14-外壳体；15-基座；16-透光片；17-结构件。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
19.如图1-3所示，一种低成本低功耗的波长可调激光器，包括由左至右依次设置的反射镜1、光学标准具2、相位控制器3、非球透镜a4、激光器芯片5、非球透镜b6、光隔离器7、汇聚透镜8、光纤9；所述激光器芯片为sld芯片，激光器芯片左右端面分别镀有增透光学膜和部分反射光学膜，远离反射镜的端面的部分反射光学膜和反射镜构成激光器的谐振腔；所述非球透镜a、非球透镜b由透光材料作为基材，用于将发散角较大的光束整形为发散角较小的平行光，利用光的可逆性，结合反射镜可以保证光束在谐振腔内有较小的腔内损耗；所述光学标准具用于波长选择，两片光学平行平片以一定间隔放置，光学平行平片垂直于激光器的光轴或与光轴成一定角度，两片光学平行平片厚度不同，光学平行平片左右两侧面均镀高反光学膜，只允许特定间隔的波长的光以较小损耗通过，其余波长的损耗较大，将两个厚度有差异的光学平行平片叠加使用时，由于游标效应，在特定波长范围内只有一个波长的光以较小损耗通过，其他所有波长的损耗较大，它们实现了在所需工作范围内的单一波长的选择的功能；只允许特定间隔的波长的光以较小损耗通过；所述光学平行平片的表面光刻有含电极的电阻，可以通过改变施加在电极上的电流，改变标准具的温度，进而改变标准具的等效光学长度，实现波长可调的功能；所述相位控制器以折射率较大的高透过率光学材质作为基材，其左右两侧的通光表面上均镀有光学增透膜，相位控制器上光刻有含电极的电阻，通过改变电阻的电流改变
它的光学长度，进而可精确控制激光器的外腔长度；光学平行平片及相位控制器上的电阻均外接电源用以加载电流；所述汇聚透镜以透过率较高的光学材质作为基材，其表面加工成球面或者非球面，用以将发散、汇聚或者准直的光束汇聚至特定位置；光隔离器对光的通过有方向选择作用，只允许光从特定的方向通过，而对反向方向传播的光截止，将它置于激光器的出光光路中，放置的方向与激光器的出光方向一致，避免外界光回返注入激光器的谐振腔内，扰乱激光器的谐振稳定，光隔离器可优化激光器的线宽和相对强度噪声；使用时：当给宽发射谱芯片sld注入电流，即注入载流子，有源层内原子的粒子数反转，电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去；当所加电流大于阈值电流时，处于高能态的电子数比处在低能态的空穴数大很多，处于粒子数反转状态的大量电子与空穴随机复合，激光器芯片处于的自发辐射状态，辐射出光子，辐射的光子沿波导运动，会重新激发电子与空穴复合，形成受激的光子，自发光子与受激光子沿波导均被放大形成放大的自发辐射，从芯片的两个端面出光；宽辐射谱的光经光学标准具后，损耗最小的单一波长的光最容易达到增益和损耗平衡的状态，由于激光器的模式竞争，其他波长的光的增益将小于损耗，发光受到抑制；损耗最小的波长的光在谐振腔内来回谐振放大，形成了激光器激射特定单纵模的激光；其中一部分光从sld芯片的部分反射膜透射出激光器谐振腔，便得到了辐射至腔外的窄线宽激光；以上激光器的光通过非球透镜后，被整形成了瑞利距离较大的平行光，经隔离器进行光反向隔离，可作为独立的空间光源使用，也可将此空间准直光通过汇聚透镜汇聚进光纤线，方便直接接入光纤网络。
20.在本实施例中，所述非球透镜a、非球透镜b的两个通光面上均镀增透光学膜。
21.在本实施例中，所述汇聚透镜左右端面均镀有光学增透膜。
22.在本实施例中，所述光纤为保偏或非保偏单模光纤线，，一般由纤芯、包层、涂覆层或者护套组成，也可在其外加装配件使装配更佳方便，比如加装毛细管形成光纤头。
23.在本实施例中，所述反射镜利用介质本身对光有较高反射率特性进行反射，或者介质表面镀有高反光学膜，使到达其上的光按照反射定律反射回去，且损耗尽可能小。
24.在本实施例中，sld作为电光芯片，其中大部分的能量转化为热能，需要通过半导体热电制冷器tec将热传导出去，所述激光器芯片设置在半导体热电制冷器10的冷面，半导体热电制冷器的热面设置有高导热率支架11，高导热率支架安装在导热底座12上，sld产生的热量大部分通过tec、支架和底座进行传导，ec在传送sld热能的同时也将产生热能，通过支架和底座进行传导，所述光学标准具装配在导热底座内部，sld和tec产生的热会直接影响标准具，即使标准具不加载电流，稳态下其基准温度也将高于环境温度，标准具的温度与外界环境的温差越大，标准具的热控制就越稳定，这样的机械设计可以保证激光器在同等温度稳定时，标准具消耗的能量最少，即，tec专为sld进行控温的设计，加上独特的机械设计使tec热面温度提供给标准具的基准温度，使激光器的总能耗远小于市场上的外腔激光器的能耗；所述导热底座上分别设置有连通、激光器芯片、半导体热电制冷器、光学标准具
的电路，电路通过设置在导热底座上的金属pin13连接外界电路，实现激光器的电控制。
25.在本实施例中，所述导热底座安装在外壳体14内部，外壳体右端设置有通光孔，通光孔经透过率高的透光片16密封，外壳体焊接在基座15上形成激光器芯片所需的密封腔。激光器的空间准直光将从透光片上出来，反射镜、光学标准具、相位控制器、非球透镜a、激光器芯片、非球透镜b、光隔离器均设置在外壳体内，汇聚透镜、光纤线单独或通过结构件17通过粘接或者焊接的方式安装在外壳右侧；此结构所需的物料简单，加工难度低，成本低，装配简单，良率高，总成本远低于其他设计的成本。
26.本激光器是一种外腔半导体激光器，利用处于外腔内的两个标准具的游标效应实现波长可调，外腔结构可实现激光器的窄线宽 《100khz，光路中利用非球透镜的光束整形，使激光器损耗小，出光功率高，tec独立为sld进行散热，其热量通过介质传导可提高标准具的基准温度，激光器不仅能耗小，而且波长稳定、噪声小，本激光器在出光功率、波长稳定、线宽和功耗等性能上有突出优势，且结构紧凑、材料易生产加工、装配简单，成本低，容易进行批量生产。
27.本专利如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
28.在本专利的描述中，需要理解的是，术语
“ꢀ
纵向”、
“ꢀ
横向”、
“ꢀ
上”、
“ꢀ
下”、
“ꢀ
前”、
“ꢀ
后”、
“ꢀ
左”、
“ꢀ
右”、
“ꢀ
竖直”、
“ꢀ
水平”、
“ꢀ
顶”、
“ꢀ
底”、
“ꢀ
内”、
“ꢀ
外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
29.上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。