[发明专利]一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型

说明书

本发明提供一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，包括发光准直部件，用于将发光准直部件输出的准直后的光束衍射并分离的光栅和将光栅输出的衍射光束反射或透射的耦合输出镜；发光准直部件包括半导体激光芯片和用于将半导体激光芯片的光束进行准直的腔内准直器。本发明是为了克服基于二向分色器件合束的宽调谐半导体激光器方案合束后功率衰减的缺点，通过设计相同的衍射点、采用同一个可旋转的光栅和耦合输出镜，当光栅或耦合输出镜发生转动时，与耦合输出镜镜面相互垂直的衍射方向随之变化，对应的能被耦合输出镜部分反射并原路返回激光芯片中形成激光振荡和输出的光波长也随之改变，实现了多路宽调谐激光高效率合束。

技术领域

本发明涉及技术半导体激光器领域，具体涉及一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型。

背景技术

外腔半导体激光器利用具有波长选择特性的光学器件在激光芯片外部构建谐振腔实现激光输出，对波长选择器件的特定参数进行调节可实现激光器输出波长的调谐。相比于DFB半导体激光器通过改变芯片电流和温度实现调谐，外腔半导体激光器的显著优点是调谐范围宽，在多组分气体检测、光纤光栅传感信号解调、光谱学研究等领域具有重要应用价值。

单台套外腔半导体激光器的调谐范围由芯片自身的自发辐射光谱宽度和外腔腔型所能实现的调节范围共同决定，在此基础上若要进一步达到更宽的调谐范围，最常用的方法是将多台套具有不同调谐波段范围的外腔半导体激光器进行合束，在光谱维度上实现其调谐范围的拼接，从而整体上达到了更宽的调谐范围。

为保证合束后的光束质量，通常采用传统的二向分色器件(如二向分色镜、二向分色棱镜等)对多台套外腔半导体激光器进行光谱合束，例如一种装置：包含外腔半导体激光器5、5'、5，对应的调谐范围分别为λ₁至λ₂、λ₂至λ₃、λ₃至λ₄，该装置还包含二向分色器件6，其对λ₁至λ₂波段的激光具有高透射率，对λ₂至λ₃波段的激光具有高反射率，二向分色器件6'对λ₁至λ₂波段和λ₂至λ₃波段的激光具有高透射率，对λ₃至λ₄波段的激光具有高反射率，这样就能实现三台套外腔半导体激光器的光谱合束及其调谐波段范围的拼接，整体上实现更宽的调谐范围。对更多台套外腔半导体激光器的合束方案也是同理。

然而，基于二向分色器件合束的宽调谐半导体激光器方案存在一个缺点：在两个相邻调谐波段范围之间的衔接波长附近，合束后其光功率将会大幅度衰减。合束后的光功率等于合束前的光功率乘以二向分色器件的透射率或反射率(根据光束是透过二向分色器件或者被二向分色器件反射)。仍以以上装置举例，该装置在外腔半导体激光器5的调谐波段范围λ₁至λ₂和外腔半导体激光器5'的调谐波段范围λ₂至λ₃之间的衔接波长λ₂附近，随着波长逐渐接近λ₂，二向分色器件6对外腔半导体激光器5发出的波长为λ₂-Δλ的激光的透射率，以及对外腔半导体激光器5'发出的波长为λ₂+Δλ的激光的反射率都大幅度下降，这将导致波长在λ₂附近的激光功率合束后大幅度衰减，最严重的是波长λ₂的光功率合束后将衰减50％。

发明内容

本发明是为了克服基于二向分色器件合束的宽调谐半导体激光器方案合束后功率衰减的缺点，通过设计相同的衍射点、采用同一个可旋转的光栅和耦合输出镜，当光栅或耦合输出镜发生转动时，与耦合输出镜镜面相互垂直的衍射方向随之变化，对应的能被耦合输出镜部分反射并原路返回激光芯片中形成激光振荡和输出的光波长也随之改变，即实现了输出激光波长的调谐，但不存在两个相邻调谐波段范围之间的衔接波长附近合束后光功率大幅度衰减的问题，实现了高合束效率。