[发明专利]法布里-珀罗腔及外腔半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光领域，特别是涉及法布里-珀罗腔及外腔半导体激光器。

背景技术

外腔半导体激光器是科研和工业中的重要激光光源。然而，通常的外腔半导体激光器输出谱线非常宽，一般达到几百千赫甚至几兆赫，这种宽线宽与许多场合的应用要求相距甚远。为了获得窄线宽的激光输出，目前采用的一种现有技术是利用光学反馈方法，将线宽较宽的激光光束入射到一个单独可控的法布里-珀罗腔上，利用法布里-珀罗腔透射的激光光束反馈到半导体激光管中，从而实现激光线宽的压窄。

光学反馈方法的现有技术具体细节请参见K.I.Ernsting，R.H.Rinkleff，S.Schiller，和A.Wicht，Low-noise，tunable diode laser for ultra-high-resolution spectroscopy，OPTICS LETTERS，第32卷第19期，2007年10月。图1给出了采用上述光学反馈方法的外腔半导体激光器示意图，其中细线表示光路，粗线表示电子线路。半导体激光管11发出的激光光束通过非球面准直透镜12到达透射型光栅13后，一部分激光光束通过1/2波片14到达法布里-珀罗腔15的耦合镜151。从耦合镜151进入腔体的光束在耦合镜151、第一反射镜152、第二反射镜153之间进行振荡，并通过耦合镜151产生两束透射光束，即与耦合镜151的入射光束的镜反射光共线同向的第一透射光，以及与该入射光束共线反向的第二透射光。其中第二透射光通过1/2波片14到达透射型光栅13后，通过非球面准直透镜12反馈进入半导体激光管11。由于第二透射光具有低噪声、窄线宽的特点，因此可用于获得窄线宽的激光输出。同时反馈电子系统16根据第一透射光与耦合镜的镜反射光将激光频率锁定在该法布里-珀罗腔的相应谐振峰上，并将误差信号反馈给第二反射镜153上的压电陶瓷上，从而实现法布里-珀罗腔15的谐振频率锁定。具体的，在反馈电子系统16中，经过1/2波片和偏振分光棱镜，将上述第一透射光和耦合镜的镜反射光由圆偏振光转换成两个偏振态相互垂直的线偏振光，并分别由两个探测器进行光功率探测，经过差分放大器得到误差信号，将该误差信号反馈到第二反射镜153的压电陶瓷上，从而使法布里-珀罗腔的谐振频率锁定在激光的频率上。

然而，这种方案存在以下明显缺陷：在锁定方式上，由于外部谐振腔容易受到诸如外界振动、外界噪声的干扰，因此会导致外腔谐振频率不稳定。法布里-珀罗腔跟踪锁定在不稳定的外部谐振腔上，这不利于保持法布里-珀罗腔以及整个系统的稳定性，从而不利于激光线宽压窄的实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种法布里-珀罗腔及外腔半导体激光器，从而通过利用光学反馈的方法获得窄线宽的激光输出，并且不需要使用额外的反馈电子系统，在保证系统稳定的同时进一步压窄了激光的线宽。

根据本发明的一个方面，提供了一种法布里-珀罗腔，其中法布里-珀罗腔包括腔体、耦合镜、第一反射镜和第二反射镜，其中腔体具有耦合面、第一反射面和第二反射面，耦合镜、第一反射镜和第二反射镜分别设在耦合面、第一反射面和第二反射面上；

入射光束通过耦合镜射入腔体内，并正入射在第一反射镜上，入射光束被第一反射镜反射后返回到耦合镜，并在耦合镜处发生反射和透射，经耦合镜反射的光束正入射在第二反射镜上，光束被第二反射镜反射后返回到耦合镜，经耦合镜反射后再正入射在第一反射镜上，实现光束在耦合镜、第一反射镜和第二反射镜之间谐振；经耦合镜透射的透射光束沿着与入射光束共线反向的方向射出。

根据本发明的一个方面，提供了一种外腔半导体激光器，包括半导体激光管、准直透镜、衍射光栅、法布里-珀罗腔，法布里-珀罗腔包括腔体、耦合镜、第一反射镜和第二反射镜，其中腔体具有耦合面、第一反射面和第二反射面，耦合镜、第一反射镜和第二反射镜分别设在耦合面、第一反射面和第二反射面上，其中：