[发明专利]一种太赫兹量子级联激光器的耦合输出结构及其封装方法

说明书

本发明涉及一种太赫兹量子级联激光器的耦合输出结构，包括太赫兹量子级联激光器、第一离轴抛物面反射镜、第二离轴抛物面反射镜，所述第一离轴抛物面反射镜的焦点位于所述太赫兹量子级联激光器的前端面内，用以收集和准直所述太赫兹量子级联激光器发出的激光，并形成第一准平行光束；所述第二离轴抛物面反射镜位于所述太赫兹量子级联激光器的后端面内，用以收集和准直所述太赫兹量子级联激光器发出的激光，并形成第二准平行光束。本发明还涉及一种太赫兹量子级联激光器的耦合输出结构的封装方法。本发明能够实现双端面的激光高效耦合输出。

技术领域

本发明涉及太赫兹激光器技术领域，特别是涉及一种太赫兹量子级联激光器的耦合输出结构及其封装方法。

背景技术

太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL)是THz频段一种非常重要的紧凑型激光源，它具有体积小、性能稳定、能量转换效率高、使用寿命长等特点。在各种形状的THz QCL中，脊条形器件是最常见的一种。由于激光器脊条在厚度方向的尺寸小于激光波长，THz QCL端面发射的激光呈现出一定的发散性，为了改善这种激光器的输出光束，可以对脊条形结构或激光输出端面进行工艺改进，通过制备结构光栅或者端面微结构来改善其输出激光束的质量，不过这种方法增加了器件的工艺制备难度，同时由于脊条结构的改变，器件最终输出的光功率受到了一定的损失；另一种办法是，通过在脊条形激光器的端面增加如高阻硅透镜这样的微型光学结构，来改善光束质量，但由于高阻硅透镜对THz激光也存在一定的吸收，相比改善前端面输出的光功率，改善后器件最终输出的光功率也存在一定的损失。因此，需要寻找更好的减小损耗的耦合输出方法。

此外，脊条形激光器工作时，其前后两个端面具有对称性和相同性质，输出激光的频率和功率是基本一致的。然而，在实际应用过程中，通常只对激光器的一个端面进行耦合，且采用的耦合输出方法需要在真空下操作移动耦合光学件的位置，实现方式较为复杂，容易出现低温杜瓦漏气的情况，此时另一个端面输出的激光被浪费掉；尽管也有将另一个端面通过蒸镀介质/金属高反射膜来提高出光端面总功率的办法，但由于高反射膜的制备工艺质量不高以及激光输出端面存在反射损耗等，上述改进通常只能获得单面输出约1.4倍的激光功率，仍然有0.6倍的单面输出功率被浪费。对激光器两个端面同时耦合输出的结构目前还未报道。因此，为了实现另一端面输出功率的有效耦合，使得激光器的总输出功率达到单面输出功率的2倍，急需解决脊条形激光器两个端面输出激光的高效耦合以及同时输出的问题。

发明内容

本发明提供一种太赫兹量子级联激光器的耦合输出结构及其封装方法，能够实现双端面的激光高效耦合输出。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种太赫兹量子级联激光器的耦合输出结构，包括太赫兹量子级联激光器、第一离轴抛物面反射镜、第二离轴抛物面反射镜，所述第一离轴抛物面反射镜的焦点位于所述太赫兹量子级联激光器的前端面内，用以收集和准直所述太赫兹量子级联激光器发出的激光，并形成第一准平行光束；所述第二离轴抛物面反射镜位于所述太赫兹量子级联激光器的后端面内，用以收集和准直所述太赫兹量子级联激光器发出的激光，并形成第二准平行光束。

所述第一离轴抛物面反射镜的焦点与所述太赫兹量子级联激光器的前端面的中心重合；所述第二离轴抛物面反射镜的焦点与所述太赫兹量子级联激光器的后端面的中心重合。

所述太赫兹量子级联激光器封装在热沉上，所述热沉、第一离轴抛物面反射镜和第二离轴抛物面反射镜安装在导热样品架上。

所述太赫兹量子级联激光器为单面金属波导结构或半绝缘表面等离子体结构。

所述太赫兹量子级联激光器的工作频率范围覆盖1.2～5.2THz。

所述第一离轴抛物面反射镜的直径焦距比和第二离轴抛物面反射镜的直径焦距比均在0.5～1之间。

所述第一离轴抛物面反射镜和第二离轴抛物面反射镜的反射角度均为90度，反射面均为镀金反射面。