[发明专利]基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器及耦合方法

说明书

本发明公开了一种基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器及耦合方法，包括激光增益芯片、准直透镜、1/2波片、全息光栅、直角棱镜、PZT、NTC热敏电阻、TEC和驱动控制系统。所述激光增益芯片为弯曲波导，有效抑制内腔反馈；所述准直透镜采用光束轴向扫描法进行调节，使准直光束的瑞利距离最长，减少谐振腔的耦合损耗；所述1/2波片将光束变换为长轴偏振状态，光束偏振方向与所述全息光栅的刻线方向垂直，增加外腔反馈强度，增大边模抑制比，减小激光器线宽；所述直角棱镜将全息光栅的一级衍射光自准直反馈回谐振腔，增加外腔光路的误差容限；所述直角棱镜的初始位置通过光谱仪和FP扫描干涉仪监测调校，所述PZT可以改变直角棱镜的角度，实现调谐功能。

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器及耦合方法。

背景技术

外腔可调谐半导体激光器具有结构紧凑、成本低、稳定性高、光谱特性优良等特点，通过引入衍射光栅等反馈元件将激光器线宽压窄至千赫兹级别，同时反馈元件作为调谐元件实现了波长调谐、单模输出、大边摸抑制比等优良特性，被广泛应用于干涉测量、激光雷达、光纤波分复用技术、相干光通信等领域。采用Littman结构的外腔半导体激光器对比结构简单的Littrow型外腔半导体激光器具有更大的优势，前者在调谐时可以保持光束稳定输出，且线宽更窄，是实际应用中的更优选择。

然而Littman结构外腔半导体激光器在制造集成的过程中面临较高的反馈光耦合损耗，激光增益芯片输出光束固有的短轴偏振结构无法在确保全息光栅衍射效率达到最大的前提下，兼顾直角棱镜的低损耗，因此加大了起振光路的调节难度，同时不利于外腔半导体激光器的小型化设计。除此之外，激光增益芯片输出光束的准直过程也带来了较大的光束损耗，因此如何降低反馈光的耦合损耗成了亟待解决的问题。

在专利CN113036599A《一种提高Littman结构可调谐外腔半导体激光器输出功率的方法》中提出了一种可以降低衍射损耗的外腔结构，在Littman-Metcalf结构的基础上增加一个反射镜，利用第二个反射镜将闪耀光栅二次衍射产生的零级衍射光反馈回半导体激光器腔内，有效降低了Littman-Metcalf结构激光器的外腔损耗，提高了系统的耦合效率，然而在原有的元器件上多增加一个反射镜的方法加大了外腔的装调难度，降低了外腔半导体激光器的误差容限，在实际应用中具有一定的局限性。

发明内容

本发明旨在提供一种基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器及耦合方法，提高了外腔反馈光的耦合效率，降低了准直过程带来的准直损耗和耦合损耗，解决了现有外腔半导体激光器反馈光束损耗较大的问题，增大了外腔光路的误差容限，有效减小了外腔半导体激光器起振光路的调节难度。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器，包括激光增益芯片、准直透镜、1/2波片、全息光栅、直角棱镜、PZT、NTC热敏电阻、TEC和驱动控制系统，共光轴设置激光增益芯片、准直透镜和1/2波片，全息光栅倾斜放置在1/2波片的后方，全息光栅的光栅面与上述光轴之间存在夹角，直角棱镜位于全息光栅的1级衍射光光路上，直角棱镜的棱线与全息光栅的1级衍射光垂直；PZT固定在直角棱镜的背面，用于推动直角棱镜实现调谐功能；NTC热敏电阻紧贴激光增益芯片放置，TEC放置于激光增益芯片、准直透镜、1/2波片、全息光栅、直角棱镜、PZT和NTC热敏电阻下方，对激光器进行温度控制；驱动控制系统包括恒流驱动电源、电压驱动器和温控器三个模块，其中恒流驱动电源连接控制激光增益芯片，电压驱动器连接控制PZT，温控器分别连接控制NTC热敏电阻和TEC，NTC热敏电阻测得激光增益芯片的实时温度并通过温控器将温度信息传递给TEC，使得TEC达到高效温控。

一种基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器的耦合方法，步骤如下：

步骤1、搭建如权利要求1所述的基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器。

步骤2、采用光束轴向扫描法对激光增益芯片与准直透镜进行准直校准。