一種852nm超窄線寬外腔半導(dǎo)體激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種852nm超窄線寬外腔半導(dǎo)體激 光器。
【背景技術(shù)】
[0002] 超窄線寬外腔半導(dǎo)體激光器在原子物理、光譜學(xué)、量子信息、相干通信、遙感以及 精密測(cè)量等技術(shù)領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用，其中852nm超窄線寬外腔半導(dǎo)體激光器主要應(yīng)用于 超高精度原子鐘、短程通信等領(lǐng)域。目前最常見的外腔結(jié)構(gòu)主要有兩種:光柵型外腔和法布 里-珀羅干涉濾波片型外腔。光柵型外腔激光器中，光柵同時(shí)起到模式選擇器和反射鏡的作 用，雖然其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是外腔對(duì)準(zhǔn)比較困難，而且光柵對(duì)振動(dòng)十分敏感，不利于激光器的 穩(wěn)頻。而基于法布里-珀羅干涉濾波片的外腔激光器，其模式選擇器和反射鏡是分立的元 件，外腔對(duì)振動(dòng)的敏感性相對(duì)較小。但是法布里-珀羅干涉濾波片型外腔激光器大都采用運(yùn) 動(dòng)學(xué)支承來(lái)調(diào)節(jié)干涉濾波片以及反射鏡等光學(xué)元件在外腔中的位置，在進(jìn)行光路對(duì)準(zhǔn)時(shí)， 需要通過運(yùn)動(dòng)學(xué)支承分別調(diào)節(jié)干涉濾波片和反射鏡的位置和角度，這不僅使外腔光路對(duì)準(zhǔn) 變得復(fù)雜，而且還引入了機(jī)械振動(dòng)，嚴(yán)重影響外腔激光器的頻率穩(wěn)定度和線寬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種易于實(shí)現(xiàn)外腔光路對(duì)準(zhǔn)、頻率穩(wěn)定度高、線寬超窄的 852nm外腔激光器，使用雙楔形棱鏡改變激光光束的方向以實(shí)現(xiàn)外腔光路對(duì)準(zhǔn)，最大化地降 低了外腔系統(tǒng)中的可動(dòng)部分，減小了機(jī)械振動(dòng)，從而獲得高的頻率穩(wěn)定度和超窄的激光線 寬，能夠應(yīng)用于銫原子鐘、光纖通信等領(lǐng)域。
[0004] 區(qū)別于其他外腔激光器，本發(fā)明提出用雙楔形棱鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)外腔光路對(duì)準(zhǔn)同時(shí)采用 立方分束器作為輸出親合器。
[0005] -種852nm超窄線寬外腔半導(dǎo)體激光器，該激光器主要包括半導(dǎo)體激光器增益芯 片1、準(zhǔn)直透鏡2、可旋轉(zhuǎn)的雙楔形棱鏡3、立方分束器4、可旋轉(zhuǎn)的全介質(zhì)薄膜法布里-珀羅濾 光片5、全反鏡6、壓電促動(dòng)器7。
[0006] 半導(dǎo)體激光器增益芯片1的出光方向上依次設(shè)有準(zhǔn)直透鏡2、可旋轉(zhuǎn)的雙楔形棱鏡 3、立方分束器4、可旋轉(zhuǎn)的全介質(zhì)薄膜法布里-珀羅濾光片5、全反鏡6以及壓電促動(dòng)器7;
[0007] 所述半導(dǎo)體激光器增益芯片1的激射波長(zhǎng)為852nm，出光面鍍有反射率小于0.01 % 的Al203/Si02減反膜，另一面鍍有反射率大于90%的Ti0 2/Si02高反膜；
[0008] 所述準(zhǔn)直透鏡2為非球面透鏡由S-NPH1玻璃材料制成，鍍有600nm~1050nm寬帶增 透膜，數(shù)值孔徑為〇. 50~0.65，有效焦距為4.0mm~6.5mm;
[0009] 所述可旋轉(zhuǎn)的雙楔形棱鏡3由N-BK7材料制成，表面光滑度典型值為λ/10,鍍有 650nm~1050nm的增透膜，較薄一側(cè)厚度為3mm，較厚一側(cè)厚度為4 · 72mm~11 · 33mm，可旋轉(zhuǎn) 的雙楔形棱鏡3的雙棱鏡繞光軸旋轉(zhuǎn)，能夠使得正入射到棱鏡鏡片垂直表面的入射光束偏 轉(zhuǎn)2°~10°，旋轉(zhuǎn)角度范圍為0°~360° ;
[0010]所述立方分束器4由N-BK7玻璃制成，鍍有寬帶增透膜和分束膜，應(yīng)用波長(zhǎng)為700nm ~llOOnm，具有50:50分光比，并且該比值幾乎與入射光的偏振狀態(tài)無(wú)關(guān)，經(jīng)過設(shè)計(jì)使光束 偏移最小，單個(gè)發(fā)射表面還可以防止鬼影的產(chǎn)生；
[0011 ] 所述全介質(zhì)薄膜法布里-?羅濾光片5透射中心波長(zhǎng)為852nm，半高全寬為0. lnm~ 3.2nm，旋轉(zhuǎn)濾光片能使透射中心波長(zhǎng)朝短波長(zhǎng)方向移動(dòng)；
[0012] 所述全反鏡6垂直于所述全介質(zhì)薄膜法布里-珀羅濾光片5的出射光光路；
[0013] 所述壓電促動(dòng)器7用于促動(dòng)全反鏡使其可沿自身法線方向移動(dòng)以調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)。
[0014]本發(fā)明所帶來(lái)的有益效果如下：
[0015] 采用雙楔形棱鏡更容易實(shí)現(xiàn)光路對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)減少了外腔光路系統(tǒng)的可動(dòng)部分，能 夠很好地抑制因振動(dòng)引起的噪聲，可以有效地壓窄線寬和穩(wěn)頻。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1:雙楔形棱鏡的光束控制示意圖；
[0017] 圖2:本發(fā)明提出的一種外腔激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2中：1、半導(dǎo)體激光器增益芯片，2、準(zhǔn)直透鏡，3、可旋轉(zhuǎn)的雙楔形棱鏡，4、立方分 束器，5、可旋轉(zhuǎn)的全介質(zhì)薄膜法布里-珀羅濾光片，6、全反鏡，7、壓電促動(dòng)器。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 如圖2所示，一種852nm超窄線寬外腔半導(dǎo)體激光器，主要包括半導(dǎo)體激光器增益 芯片1和依次置于半導(dǎo)體激光器增益芯片1出光方向上的準(zhǔn)直透鏡2、可旋轉(zhuǎn)的楔形棱鏡對(duì) 3、立方分束器4、可旋轉(zhuǎn)的全介質(zhì)薄膜法布里-珀羅濾光片5、全反鏡6以及壓電促動(dòng)器7;
[0020] 下面結(jié)合圖2介紹實(shí)現(xiàn)852nm超窄線寬外腔半導(dǎo)體激光器的方法；
[0021] 步驟1、采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(M0CVD)外延生長(zhǎng)出半導(dǎo)體增益芯片的外延 結(jié)構(gòu)，結(jié)合光刻、刻蝕、氧化、濺射、鍍膜等工藝制備出增益管芯，增益管芯在室溫下的激射 波長(zhǎng)為852nm，出光面鍍有反射率小于0.01 %的Al2〇3/Si02減反膜，另一面鍍有反射率大于 90%的Ti0 2/Si02高反膜;此外，需要結(jié)合熱電致冷器(TEC)和熱敏電阻將增益芯片的工作溫 度控制在室溫下。
[0022] 步驟2、采用非球面準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直852nm的激光，準(zhǔn)直透鏡與增益芯片出光面的距 離剛好位于該準(zhǔn)直透鏡的有效焦距；
[0023]步驟3、采用鍍有650nm~1050nm增透膜的可旋轉(zhuǎn)雙楔形棱鏡進(jìn)行光路對(duì)準(zhǔn)，棱鏡 對(duì)可以繞光軸旋轉(zhuǎn)使得正入射到棱鏡鏡片垂直表面的入射光束偏轉(zhuǎn)2°~10°，旋轉(zhuǎn)角度范 圍為0°~360°，通過分別控制每個(gè)棱鏡的旋轉(zhuǎn)就能實(shí)現(xiàn)激光束轉(zhuǎn)向。
[0024]步驟4、采用表面鍍有700nm~llOOnm寬帶增透鍍膜的立方分束器作為激光輸出耦 合器，其分光比為50: 50，由N-BK7玻璃制成，邊長(zhǎng)為20mm，其介質(zhì)分束膜鍍?cè)跇?gòu)成立方體的 兩個(gè)棱鏡之一的斜邊上，兩個(gè)棱鏡通過粘合劑粘在一起，為了實(shí)現(xiàn)50: 50的分光比，入射光 必須通過鍍膜棱鏡的一個(gè)特定表面。
[0025]步驟5、采用全介質(zhì)薄膜法布里-珀羅濾光片進(jìn)行外腔選模，其透射中心波長(zhǎng)為 852nm，峰值透射率大于90 %，半高全寬為0 · lnm~3 · 5nm，入射角度為0° ± 2°，透射中心波長(zhǎng) 隨入射角度的關(guān)系如下：
[0026]
[0027] 其中，λ ο為正入射時(shí)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，Θ為濾波片的旋轉(zhuǎn)角，n e f f為濾波片的折射率，λ (Θ)為旋轉(zhuǎn)角度Θ后對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。
[0028] 步驟6、采用全反鏡提供外腔光反饋，其垂直于所述全介質(zhì)薄膜法布里-珀羅濾光 片出射光的光路；
[0029] 步驟7、采用壓電促動(dòng)器對(duì)全反鏡進(jìn)行致動(dòng)，壓電