一种外腔式窄线宽1064nm半导体激光器的制作方法

1.本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种外腔式窄线宽1064nm半导体激光器。


背景技术：

2.窄线宽激光器在光纤通信、激光雷达、激光探测以及光谱分析等领域具有重要的应用价值。在通信与探测系统中要求发射光源具有窄线宽与可调谐特性。线宽窄代表激光偏振态一致，有利于信号调制和后续解调，并为通信与探测系统提供更大的信息容量和更远的传输通信距离。波长可调谐是相干光通信和探测系统中光源典型特性，为激光通信与探测系统提供多频点应用和系统灵活性。


技术实现要素：

3.(一)要解决的技术问题
4.本发明的目的在于提供一种外腔式窄线宽1064nm半导体激光器，以解决传统激光通信与探测系统中难以满足窄线宽与可调谐性光源的技术问题。
5.(二)技术方案
6.本发明提供了一种外腔式窄线宽1064nm半导体激光器，包括准直器光纤、封装管壳以及设于所述封装管壳内的光增益芯片、准直透镜、fp标准具、窄带滤光片、光半透反射镜、隔离器、第一陶瓷电路、第二陶瓷电路、半导体制冷器，所述准直器光纤设于所述封装管壳的一端；
7.所述热敏电阻设于所述封装管壳内且用于实时监控温度，所述光增益芯片发射出的宽光谱依次经过所述准直透镜、所述fp标准具、所述窄带滤光片、所述光半透反射镜、所述隔离器而进入所述准直器光纤，所述光增益芯片的高反面与所述光半透反射镜的反射面形成谐振腔且用于将所述光增益芯片产生的光谱转换为1064nm；
8.所述光增益芯片与所述第一陶瓷电路连接，所述第二陶瓷电路与所述半导体制冷器连接，所述半导体制冷器用于对整个半导体激光器进行散热。
9.进一步地，所述光增益芯片焊接于所述封装管壳的底部且用于产生1040～1080nm宽光谱。
10.进一步地，所述准直透镜固定于所述封装管壳的底部且用于对所述光增益芯片产生的宽光谱进行耦合准直。
11.进一步地，所述fp标准具固定于所述封装管壳的底部且用于将经所述准直透镜耦合后的宽光谱平行光转换为自由光谱范围间隔一致的多波峰宽光谱平行光。
12.进一步地，所述窄带滤光片固定于所述封装管壳的底部且用于将所述多波峰平行光转换为单波峰平行光。
13.进一步地，所述光半透反射镜固定于所述封装管壳的底部且用于对所述单波峰平行光产生谐振。
14.进一步地，所述隔离器固定于所述封装管壳的底部且与所述准直器光纤耦合损耗最低。
15.进一步地，所述半导体制冷器设于所述封装管壳的底部，且所述光增益芯片、所述准直透镜、所述fp标准具、所述窄带滤光片、所述光半透反射镜及所述隔离器均设于所述导体制冷器上。
16.进一步地，所述准直透镜、所述fp标准具、所述窄带滤光片、所述光半透反射镜及所述隔离器的中心的连线为直线。
17.进一步地，所述封装管壳的边角处均设有挂耳。
18.(三)有益效果
19.相比于现有技术，本发明具有以下优点：
20.本发明提供的外腔式窄线宽1064nm半导体激光器，通过由光半透反射镜的反射面和光增益芯片的高反面组成的谐振腔来增加谐振腔长度，从而能够有效压窄激光光谱线宽。对光增益芯片注入电流后产生1040nm～1080nm的宽光谱，经准直、滤波、波长筛选，光谱形成谐振，出射单横模、单纵模光波。该半导体激光器具有体积小、线宽窄、可调谐等特性，可部分取代光纤激光器，并在轻小型化、功能集成化的激光雷达、激光探测以及光谱分析等领域得到广泛应用。
附图说明
21.图1是本发明实施例提供的一种外腔式窄线宽1064nm半导体激光器的结构示意图；
22.图2是本发明实施例提供的一种外腔式窄线宽1064nm半导体激光器的结构示意图。
23.图中：
24.1-光增益芯片；2-热敏电阻；3-准直透镜；4-fp标准具；5-窄带滤光片；6-光半透反射镜；7-隔离器；8-准直器光纤；9-第一陶瓷电路；10-第二陶瓷电路；11-半导体制冷器；12-封装管壳。
具体实施方式
25.以下结合附图对本发明的具体实施方式做出详细说明，根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均适用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
26.需要说明的是，为了清楚地说明本发明的内容，本发明特举多个实施例以进一步阐释本发明的不同实现方式，其中，该多个实施例是列举式而非穷举式。此外，为了说明的简洁，前实施例中已提及的内容往往在后实施例中予以省略，因此，后实施例中未提及的内容可相应参考前实施例。
27.图1是本发明实施例提供的一种外腔式窄线宽1064nm半导体激光器的结构示意图，该激光器包括准直器光纤8、封装管壳12以及设于封装管壳12内的光增益芯片1、准直透镜3、fp标准具4、窄带滤光片5、光半透反射镜6、隔离器7、第一陶瓷电路9、第二陶瓷电路10、半导体制冷器11，准直器光纤8设于封装管壳12的一端；
28.热敏电阻2设于封装管壳12内且用于实时监控温度，光增益芯片1发射出的宽光谱依次经过准直透镜3、fp标准具4、窄带滤光片5、光半透反射镜6、隔离器7而进入准直器光纤8，光增益芯片1的高反面与光半透反射镜6的反射面形成谐振腔且用于将光增益芯片1产生的光谱转换为1064nm；光增益芯片1与第一陶瓷电路9连接，第二陶瓷电路10与半导体制冷器11连接，半导体制冷器11用于对整个半导体激光器进行散热。
29.在上述实施方式中，半导体制冷器1、封装管壳12、第一陶瓷电路9、第二陶瓷电路10、热敏电阻2微组装集成，通过半导体制冷器11实现整个激光器装置的可靠高效散热，通过热敏电阻2对整个激光器装置内部的温度进行实时监控，由于第一陶瓷电路9、第二陶瓷电路10属于本领域的常规电路，对其具体电路的结构形式不做赘述，只要能够实现相应的供电功能即可。该半导体激光器通过光半透反射镜6的反射面和光增益芯片1的高反面组成的谐振腔，谐振腔长度增加，有效压窄激光光谱线宽。对光增益芯片1注入电流后产生1040nm～1080nm的宽光谱，经准直、滤波、波长筛选，光谱形成谐振，出射单横模、单纵模光波。该半导体激光器具有体积小、线宽窄、可调谐等特性，可部分取代光纤激光器，并在轻小型化、功能集成化的激光雷达、激光探测以及光谱分析等领域得到广泛应用。
30.其中，半导体激光器线宽的计算公式：
[0031][0032]
式中，δv为半导体激光器线宽，h为普朗克常量，α为线宽展宽因子，δυ
ld
为激光器腔长，p为出光功率，υ0为光波频率。
[0033]
在一些可选的实施例中，光增益芯片1焊接于封装管壳12的底部且用于产生1040～1080nm宽光谱。其中，为了能够产生1064nm的光需要对光增益芯片1具体发射出的光谱宽度进行限定，以满足经谐振腔处理后转换为1064nm。
[0034]
在一些可选的实施例中，准直透镜3固定于封装管壳12的底部且用于对光增益芯片1产生的宽光谱进行耦合准直。其中，采用准直透镜3对宽光谱耦合准直，得到平行光后固定准直透镜3于封装管壳12的底部，其中耦合效率为30％～65％。
[0035]
在一些可选的实施例中，fp标准具4固定于封装管壳12的底部且用于将经准直透镜3耦合后的宽光谱平行光转换为自由光谱范围间隔一致的多波峰宽光谱平行光。其中，宽光谱平行光经高效耦合进入fp标准具4后形成自由光谱范围(fsr)间隔一致的多波峰宽光谱平行光，并固定fp标准具4，其中耦合插损≤3db。
[0036]
在一些可选的实施例中，窄带滤光片5固定于封装管壳12的底部且用于将多波峰平行光转换为单波峰平行光。其中，通过窄带滤光片5来筛选波长。
[0037]
在一些可选的实施例中，光半透反射镜6固定于封装管壳12的底部且用于对单波峰平行光产生谐振。具体地，对光半透反射镜6高效耦合而使得单波峰平行光产生谐振，实现单横模、单纵模的1064nm半导体激光器。谐振腔由光半透反射镜6的反射面和光增益芯片1的高反面组成。其中，出光功率为-10dbm～10dbm。
[0038]
在一些可选的实施例中，隔离器7固定于封装管壳12的底部且与准直器光纤8耦合损耗最低。其中，隔离器7的设置形式主要是为了避免其与准直器光纤8之间的光耦合损失过高，通过不断地调整其与准直器光纤8的相对位置来确定耦合损失最小的最佳安装位置。
[0039]
在一些可选的实施例中，如图2所示，半导体制冷器11设于封装管壳12的底部，且
光增益芯片1、准直透镜3、fp标准具4、窄带滤光片5、光半透反射镜6及隔离器7均设于导体制冷器11上。其中，通过第二陶瓷电路10产生的低纹波电压对半导体制冷器1的高精密温度控制而实现激光器波长调谐。
[0040]
在一些可选的实施例中，准直透镜3、fp标准具4、窄带滤光片5、光半透反射镜6及隔离器7的中心的连线为直线。其中，这样的设置形式能够满足光增益芯片1发射出的光谱与准直器光纤8的输入端为直线连接，确保产生的激光能够最大程度地进入准直器光纤8从而被利用。
[0041]
在一些可选的实施例中，封装管壳12的边角处均设有挂耳。其中，挂耳的开设便于将整个半导体激光器进行固定安装，防止其在工作期间发生移动。
[0042]
该半导体激光器的设计过程具体如下：
[0043]
步骤一、半导体制冷器、封装管壳、陶瓷电路、高精度热敏电阻微组装集成，实现可靠高效散热和温度实时监控。
[0044]
步骤二、光增益芯片焊接与电流注入。对焊接贴片后的光增益芯片注入电流而产生1040～1080nm宽光谱。
[0045]
步骤三、光路准直与准直透镜固定。采用准直透镜对宽光谱耦合准直，得到平行光后固定准直透镜，其中耦合效率为30％～65％。
[0046]
步骤四、fp标准具耦合与固定。宽光谱平行光经高效耦合进入fp标准具后形成自由光谱范围间隔一致的多波峰宽光谱平行光，并固定fp标准具，其中耦合插损≤3db。
[0047]
步骤五、窄带滤光片耦合与固定。对窄带滤光片高效耦合而实现波长选择，即经窄带滤光片后多波峰平行光变为单波峰平行光。
[0048]
步骤六、光半透反射镜耦合与固定。对光半透反射镜高效耦合而使得单波峰平行光产生谐振，实现单横模、单纵模的1064nm半导体激光器。谐振腔由光半透反射镜的反射面和光增益芯片的高反面组成。其中，出光功率为-10dbm～10dbm。
[0049]
步骤七、隔离器和准直器光纤固定。当隔离器和准直器光纤耦合损耗最低时，用胶水固定。
[0050]
步骤八、半导体制冷器的高精密温度控制。通过低纹波电压对半导体制冷器高精密温度控制而实现激光器波长调谐。
[0051]
虽然该发明可以以多种形式的修改和替换来扩展，说明书中也列出了一些具体的实施图例并进行详细阐述。应当理解的是，发明者的出发点不是将该发明限于所阐述的特定实施例，正相反，发明者的出发点在于保护所有给予由本权利声明定义的精神或范围内进行的改进、等效替换和修改。同样的元器件号码可能被用于所有附图以代表相同的或类似的部分。
[0052]
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。