[发明专利]一种用于Littman结构的激光器腔体

说明书

本发明提供了一种用于Littman结构的激光器腔体，设置在腔体内的半导体增益芯片、固定设置在底座上的耦合镜和光栅，以及通过补偿单元固定到底座上的反射镜；腔体的腔长为Ld，补偿单元的长度为Ls，腔体在底座上的长度为Lb；当温度上升，底座膨胀，Lb增加，同时，补偿单元受到温度的影响，补偿单元的长度Ls也增加，抵消腔体腔长Ld的变化。采用本发明的技术方案：1、补偿单元安装于反射镜后，通过补偿单元的伸长及回缩实现腔体长度的补偿。2、补偿单元采用温度敏感材料，随温度的变化自身伸长或回缩，实现腔体长度的被动式补偿。

技术领域

本发明属于激光器腔体结构技术领域，涉及一种用于Littman结构的激光器腔体。

背景技术

littman结构是外腔激光器一种经典的激光器腔体结构，半导体增益芯片发出的光经透镜准直到光栅表面,经光栅选膜,将1级衍射光线按原路反馈回激光器有源区,使选出的模式在激光器内腔中的增益得到放大从而在模式竞争中获得优势,最后作为光栅0级衍射光输出出去,通过改变腔长，实现激光调谐输出。腔体作为精密的光学系统，微小的腔长改变则会引起波长的漂移，并可能出现跳模问题，则温度成为不容忽略的一个影响因素，主要表现在以下两个方面：(1)腔体的温度变化引起腔长的改变，出现输出光波长的漂移，甚至出现输出光模式的跳变。(2)腔体温度出现梯度，腔体结构件产生形变，影响可调谐激光光源的调谐范围。

在实际工程应用中，典型的littman结构的外腔半导体激光器如图1所示，图1中，包括：反射镜1，光栅2，半导体增益芯片3，耦合镜4，半透半反膜5。半导体增益芯片产生自发辐射光，入射到光栅上，产生衍射，零级衍射光输出，作为激光输出，或者用于信号检测；一级衍射光通过反射镜反射，反射光通过光栅回馈到增益介质中，产生激光振荡，形成光放大，获取激光。激光输出可以通过零级反射光或者通过半导体激光芯片一端的半透半反膜耦合输出。反射镜、半透半反膜和光栅之间的光回路形成复合腔体，该腔体会产生纵模，激光在腔体中的模式满足驻波方程：q×λ＝2L。其中q为单纵模的模式数，为整数；λ为激光的波长；L为复合腔的光学腔长。为了实现激光的连续无跳模调谐，要求驻波方程中q为常数，光栅平面的延伸线和反射镜平面的延伸线相交于一点，当反射镜在位移机构的驱动下以光栅平面的延伸线和反射镜平面的延伸线相交点为原点转动，即可实现转动和平动同时进行，实现无跳模调谐。作为精密的光学系统，在外界温度发生变化时，腔体由于热胀冷缩会出现形变，导致腔体输出激光的光谱特性，调谐范围和可靠性都受到影响。温度变化对于腔体有两个方面的影响，1、腔体的温度变化出现波长的漂移；2、腔体温度出现梯度，腔体结构件产生形变，影响可调谐激光光源的调谐范围。要想获得稳定的激光输出，必须对腔体的温度进行有效控制。

与本发明比较类似的为名称为“一种温度自补偿式非本征法布里珀罗腔及制作方法”的专利(公开号为CN 111854813 A)，其发明的非本征F-P腔如图2所示，图2中，蓝宝石膜片1，二氧化硅基座2，真空腔3，蓝宝石柱片4，二氧化硅侧壁5，二氧化硅底座6。当温度上升时，真空腔3受热膨胀导致体积增大，二氧化硅侧壁5拉长，并向外延展，真空腔3内的蓝宝石柱片4也向内膨胀，从而在一定范围内可以抵消由于温度带来的反射光的光程变化，当温度降低时同理。该发明增强了非本征F-P腔的应用温度范围，降低了成本，大大减小了光学调解部分的工作量。

现有技术一般采用主动温度控制，使用主动制冷和制热装置，采取温度反馈控制的方法对整个腔体进行主动温控，主要有以下缺点：(1)主动温度控制需要制冷、制热装置及相关驱动电路，为实现温度的反馈控制，还需要增加温度检测装置，结构复杂，实现的成本高。(2)主动的温度控制需要软硬件配合，算法复杂，实现难度较大。

发明内容

针对对于以上问题，本发明提出采用一种被动式腔体温度补偿方法，能够有效解决以上问题。