一种波长锁定的半导体激光器

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，特别是一种波长锁定的半导体激光器。

背景技术

在一些如气体检测、固体激光器泵浦的应用中，需要将半导体激光器输出的波长范围锁定在几纳米至十几纳米宽的范围内，光栅是锁定半导体激光器输出波长时常用的元件。如图1所示，一种现有的波长锁定的半导体激光器，平面光栅7和普通外腔镜9构成了半导体激光器的外腔，只有选定波长范围内的光在经过平面光栅7后能够照射到普通外腔镜9上，并被普通外腔镜9和平面光栅7反射后返回半导体激光器单管1。这种结构能够将半导体激光器的波长锁定在选定范围内，但光路会复杂一些。

如图2所示，是另一种现有的波长锁定的半导体激光器，体光栅(VBG)8作为半导体激光器的外腔，能够反射选定波长范围内的光，起到波长锁定的作用。这种结构的光路较为简单，但体光栅的成本较高。上述结构中，光栅锁定波长的范围在1nm以下，不适用于几nm至十几nm宽的锁定范围。

发明内容

针对上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种波长锁定的半导体激光器，能够将输出光的波长锁定在选定范围内，且光路简单，成本低。

本发明实施例提供的一种波长锁定的半导体激光器，包括沿光路依次设置的半导体激光器单管、准直透镜、波长锁定组件及外腔镜；所述半导体激光器单管的输出光通过所述准直透镜进行准直；所述波长锁定组件用于锁定所述半导体激光器单管的输出光的波长范围；所述外腔镜能够反射所述波长锁定组件选定波长范围内的光。

在一种可能的实现方式中，所述波长锁定组件包括：

至少一个起偏器，用于接收准直透镜准直后的光束，且对不同偏振方向的光束有选择性的透过；

至少一个双折射晶体，用于对不同波长的光产生不同的偏振态变化。

在一种可能的实现方式中，所述半导体激光器单管的输出光的偏振方向与所述起偏器允许透过的偏振方向相同。

在一种可能的实现方式中，所述起偏器包括第一起偏器和第二起偏器，第一起偏器和第二起偏器沿光路分别设置于所述双折射晶体的两侧。

在一种可能的实现方式中，所述双折射晶体为石英，且光轴在x轴和y轴之间。

在一种可能的实现方式中，所述双折射晶体的光轴与x轴的夹角是45°。

在一种可能的实现方式中，所述外腔镜具有带通镀膜，可进行波长选择性的光反射。

在一种可能的实现方式中，所述带通镀膜的通带带宽为10nm~30nm。

在一种可能的实现方式中，所述外腔镜为镀在所述双折射晶体前端面的带通镀膜。

本发明的优点及有益效果是：

本发明提供一种波长锁定的半导体激光器，可将输出光的波长范围锁定在几nm至十几nm宽的范围内，且光路简单，成本低。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为一种现有技术的结构示意图；

图2为又一种现有技术的结构示意图；

图3为本发明实施例一中一种波长锁定的半导体激光器的结构示意图；

图4为本发明的实施例一的往返透过率光谱图；

图5为本发明实施例二中一种波长锁定的半导体激光器的结构示意图；

图6为本发明的实施例二的往返透过率光谱图。

图中：1为半导体激光器单管，2为输出光，3为准直透镜，4为起偏器，4.1为第一起偏器，4.2为第二起偏器，5为双折射晶体，6为具有带通镀膜的外腔镜，7为平面光栅，8为体光栅，9为普通外腔镜。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的一种波长锁定的半导体激光器，可将输出光的波长范围锁定在几nm至十几nm宽的范围内，且光路简单，成本低。参见图3、图5所示，该波长锁定的半导体激光器，包括：沿光路依次设置的半导体激光器单管1、准直透镜3、波长锁定组件及外腔镜6；半导体激光器单管1的输出光通过准直透镜3进行准直；波长锁定组件用于锁定半导体激光器单管1的输出光的波长范围；外腔镜6能够反射波长锁定组件选定波长范围内的光。

本发明的实施例中，波长锁定组件包括：

至少一个起偏器4，用于接收准直透镜3准直后的光束，且对不同偏振方向的光束有选择性的透过；

至少一个双折射晶体5，用于对不同波长的光束产生不同的偏振态变化。

本发明的实施例中，半导体激光器单管1的输出光2的偏振方向与起偏器4允许透过的偏振方向相同。具体地，x轴垂直纸面向内，半导体激光器单管1的输出光2的偏振方向沿x轴，起偏器4允许x方向偏振的光透过。

对于不同波长的光，双折射晶体5在两个偏振方向上造成的相位差不同。双折射晶体5与起偏器4结合，可使特定波长的光透过，而其它波长的光无法透过。双折射晶体5可以有一个或多个，起偏器4也可以有一个或多个。

如图3所示，本发明的一实施例中，起偏器4包括第一起偏器4.1和第二起偏器4.2，第一起偏器4.1和第二起偏器4.2沿光路分别设置于双折射晶体5的两侧。半导体激光器单管1的输出光2的偏振方向沿x轴，第一起偏器4.1和第二起偏器4.2允许x方向偏振的光透过。双折射晶体5为石英，其长度为11.1121mm，且光轴在x轴和y轴之间。

进一步地，双折射晶体5的光轴与x轴的夹角是45°。

本实施例中，外腔镜6具有带通镀膜，可反射特定波长范围内的光，带通镀膜的通带带宽为10nm~30nm。对于通带波长范围内的光，外腔镜6反射率在2%~30%之间，对于其它波长的光外腔镜6不反射。半导体激光器单管1的输出光2通过准直透镜3准直后，经过第一起偏器4.1、双折射晶体5、第二起偏器4.2，再被外腔镜6反射，经过第二起偏器4.2、双折射晶体5及第一起偏器4.1后，进入半导体激光器单管1。这个往返过程的透过率随波长的变化而变化，如图4所示。透过率曲线的主峰中心在978nm，主峰宽度为10nm。主峰两侧虽然有侧峰，但在对应主峰的优势波长的压制下并不会起振。实施例一的结构能够有效地将半导体激光器单管1的输出波长范围锁定在973~983nm的范围内。

本实施例采用起偏器4、双折射晶体5及具有带通镀膜的外腔镜6结合，光路结构比采用平面光栅的现有技术更简单，元件成本比采用体光栅的现有技术更低。并且现有技术难以将半导体激光器的波长锁定在几nm至十几nm宽的范围中，而本发明能够实现这个光谱宽度的波长锁定，即从973nm到983nm的差别是10nm，在这10nm宽的范围内能起振，因此本发明适用于具有这方面要求的应用。

如图5所示，本发明的另一实施例中，外腔镜6为镀在双折射晶体5前端面的带通镀膜，带通镀膜起到外腔镜的作用，而不再另外加外腔镜。

x轴垂直纸面向内，半导体激光器单管1的输出光2的偏振方向沿x轴，起偏器4允许x方向偏振的光透过。双折射晶体5为长度5.5561mm的石英，光轴在x轴和y轴之间，与x轴夹角45°。带通镀膜具有波长选择性，其反射率随波长变化而变化。

半导体激光器单管1的输出光2通过准直透镜3准直后，经过起偏器4、双折射晶体5，再被充当外腔镜6的带通镀膜反射，经过双折射晶体5和起偏器4，这个往返过程的透过率随波长的变化而变化，如图6所示。透过率曲线的主峰中心在978nm，主峰宽度为10nm。主峰两侧虽然有侧峰，但在对应主峰的优势波长的压制下并不会起振。实施例二的结构能够有效地将半导体激光器单管1的输出波长范围锁定在973~983nm的范围内，即从973nm到983nm的差别是10nm，在这10nm宽的范围内能起振。

本实施例的光路结构更为简单，采用双折射材料和起偏器的成本较低，波长锁定范围的宽度在几nm至十几nm，更适用于需要这个波长范围宽度的波长锁定的应用。

本发明提供的一种波长锁定的半导体激光器，起偏器、双折射材料与具有带通镀膜的外腔镜结合，可选择一定波长范围内的光反射回半导体激光器单管，而其它波长的光不能通过起偏器，或者不能被外腔镜反射，通过本发明的结构可将半导体激光器单管锁定在指定波长范围内。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。