CN110380335B - 一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试装置及方法 - Google Patents

一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110380335B
CN110380335B CN201910636846.7A CN201910636846A CN110380335B CN 110380335 B CN110380335 B CN 110380335B CN 201910636846 A CN201910636846 A CN 201910636846A CN 110380335 B CN110380335 B CN 110380335B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
collimator
point detector
cavity
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910636846.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110380335A (zh
Inventor
张宇露
黄彦
高志强
史青
周建发
彭泳卿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Research Institute of Telemetry
Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd
Original Assignee
Beijing Research Institute of Telemetry
Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Research Institute of Telemetry, Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd filed Critical Beijing Research Institute of Telemetry
Priority to CN201910636846.7A priority Critical patent/CN110380335B/zh
Publication of CN110380335A publication Critical patent/CN110380335A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110380335B publication Critical patent/CN110380335B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试装置及方法。该方法适用于外腔可调谐任意波长的激光器输出。包括：安装激光芯片及腔内准直器；激光芯片上电产生荧光；采用单点探测器调节腔内准直器使得激光芯片的微弱荧光信号高度准直；按照光栅方程计算衍射角初步安装可调谐光学器件；安装腔外准直器与光功率计；调整可调谐光学器件使其与准直荧光光轴高度垂直，直至有激光输出；微调调谐光器件，获得激光功率最大输出；调整腔外准直器前后俯仰位置，直至输出激光准直平行。本发明解决了中远红外外腔激光芯片光反馈效率低、激光输出多模振荡、无法工程化等问题。

Description

一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试装置及方法
技术领域
本发明属于可调谐激光器技术领域，尤其涉及一种中远红外量子级联Littrow外腔式宽调谐激光器***的调试装置及方法。
背景技术
中远红外量子级联宽调谐激光器是毒品检测、化学泄漏检测、医疗诊断、成像探测***等激光传感领域的理想光源。中远红外量子级联宽调谐激光器的调谐范围、线宽、输出功率直接影响量子级联激光传感***的检测性能。因此对高精度的量子级联宽调谐激光器的调试方法有迫切设计需求。中远红外量子级联宽谱激光芯片输出微弱荧光，对其准直目前常见方案采用的是多维光学调整架和机械位置结合进行调试的方法，无直接信号检测，荧光准直性能低，输出易多模振荡；荧光与可调谐光学元件光轴无法平行，被选模的光能量不能有效返回激光芯片，降低光学转化效率，影响激光输出功率；激光芯片光谱边缘处荧光不能被可调谐光学元件选模产生激光振荡，激光调谐范围大打折扣；光学调整架外部构件导致激光器不能实现工程化，只限于实验室原理样机。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种高效可行具有普适性的中远红外外腔激光器调试装置及方法，解决了中远红外外腔激光芯片光反馈效率低、激光输出多模振荡、无法工程化等问题。
本发明的技术方案是：一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试装置，包括激光芯片、腔内准直器、可调谐光学器件、单点探测器、示波器、腔外准直器、光功率计和感光卡；
激光芯片：输出中远红外宽光谱的弱荧光信号，为外腔激光器提供选模源；激光芯片需配备温控***，保证激光芯片的恒温工作状态；通过半导体制冷器(TEC)对激光芯片进行温控。
腔内准直器：对激光芯片输出的弱荧光信号进行光路准直，减小荧光发散角，使得输出荧光趋于平行；
可调谐光学器件：将经过准直后的弱荧光信号进行选模，并按照原光路返回激光芯片输出端，激光芯片输出激光；
单点探测器：对经过准直后的弱荧光信号在近场以及远场进行探测，从而确定腔内准直器的位置；
示波器：与近场远场单点探测器连接，实时反馈近场远场单点探测器的信号强度；
腔外准直器：对激光芯片输出的激光进行光路准直，实现外腔激光平行光输出；
光功率计：对准直后输出的激光进行光功率测试，作为最终在线调试可调谐光学器件位置以及腔外准直器位置的参考；
感光卡：用于对激光输出的光斑进行观测。
所述激光芯片为前端面镀增透膜、后端面不镀膜，且在常温状态下输出中远红外荧光的宽谱量子级联芯片；具体采用荧光谱为6～11μm的宽谱量子级联芯片；
所述可调谐光学器件为闪耀光栅；
所述腔内准直器和腔外准直器均为镀有宽谱激光芯片谱段光学增透膜的透镜；
所述单点探测器为多级帕热尔贴制冷光学探测器；
所述光功率计为热释电光功率计；
所述感光卡为将激光光斑转换为可见波段光斑的感光卡。
一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试方法，步骤如下：
(1)初步安装激光芯片和腔内准直器；
(2)激光芯片上电产生荧光；
(3)采用单点探测器调节腔内准直器，使得激光芯片输出的微弱荧光信号准直；
(4)按照光栅方程计算衍射角，初步安装可调谐光学器件；按照光栅方程计算激光芯片中心波长的衍射角初步安装可调谐光学器件，初步安装需保证荧光中心靠近光栅中心，防止光栅调谐过程中荧光损耗。具体采用的是150刻线/mm的闪耀光栅，按照激光中心波长8.5μm获得初步安装角度约为39.6°。
(5)初步安装腔外准直器与光功率计；
(6)调整可调谐光学器件使其与准直荧光光轴垂直，直至有激光输出，且光功率计示数最大；
(7)调整腔外准直器前后俯仰位置，直至输出激光功率最大且平行。
所述步骤(1)的具体过程为：
根据腔内准直器的焦距长度，将激光芯片初步安装于准直器的前焦点。
所述步骤(3)的具体过程为：
采用单点探测器进行微弱荧光信号准直，将单点探测器分别置于荧光同轴近场、远场位置，调节腔内准直器前后、二维偏转方向，使得示波器响应的单点探测器强度在同轴近场、远场位置一致。
所述步骤(5)的具体过程为：
根据腔外准直器的焦距长度，安装腔外准直器，使激光芯片位于腔外准直器的前焦点处；将光功率计安装于腔外准直器后焦点处。
所述步骤(6)过程为：
调节可调谐光学器件的二维偏转方向，同时观测光功率，光功率计有示数表明有激光输出，此时对可调谐光学器件的二维偏转方向进行微调，直至光功率计示数最大。
所述步骤(7)过程为：
微调腔外准直器前后位置，当光功率计示数最大，停止前后位置调节，拆除光功率计；微调腔外准直器二维偏转方向，将感光卡分别置于激光近、远场同轴位置，确保两处光斑位于感光卡同一位置，即激光平行。
所述调试装置针对的激光器为Littrow外腔激光器。
本发明与现有技术相比的优点在于：目前常见外腔激光调试方案采用的是多维光学调整架盲调的方法，各个光学器件同时调谐。现有调试方案中，没有判断腔内准直效果的手段，准直度差，本发明采用单点探测器对通过腔内准直器的弱荧光信号进行检测，有直接信号强度反馈。现有调试方案中返回激光芯片的光能量效率低，影响激光输出功率与调谐范围且易产生多模振荡，本发明中准直度良好的荧光使得通过可调谐光学元件选模的光能量能够最大化返回激光芯片，有效提升激光输出功率，抑制激光多模振荡，确保激光宽调谐输出。现有调试方案中，各个光学元件为联调的方式，要同时配置多个外部光学调整架，是限于实验室条件的调试方案，本发明中各个光学元件是依次安装调试的，利于各光学部件的依次固定，便于实现激光器整机工程化。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试流程图；
图2是本发明提供的一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试装置示意图；
图3是本发明实施例提供的一种Littrow外腔激光器原理框图；
图4是腔内准直器偏差时导致激光多模输出；
图5是在基于本发明调试方法单点探测器调试下后的激光窄线宽输出；
图6是在基于本发明调试方法中远红外外腔激光器输出调谐范围。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中各部分的尺寸并不与真实尺寸成比例以方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。此处所描述的具体实例仅仅用以解释，并不用于限定本发明。
在本发明的一个实施例中，参阅图1和图2，图1是本发明提供的一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试流程图；图2是本发明提供的外腔激光调试装置示意图；本发明提供的中远红外外腔激光器的调试方法包括：
如图1所示，激光调试装置包括：激光芯片：输出中远红外宽光谱的弱荧光信号，为外腔激光器提供选模源；腔内准直器：对激光芯片输出的弱荧光信号进行光路准直，减小荧光发散角，使得输出荧光趋于平行；可调谐光学器件：将经过准直后的弱荧光信号进行选模，并按照原光路返回激光芯片输出端，激光芯片输出激光；单点探测器：对经过准直后的弱荧光信号在近场以及远场进行探测，从而确定腔内准直器的位置；示波器：与近场远场单点探测器连接，实时反馈近场远场单点探测器的信号强度；腔外准直器：对激光芯片输出的激光进行光路准直，实现外腔激光***行光输出；光功率计：对准直后输出的激光进行光功率测试，作为最终在线调试可调谐光学器件位置以及腔外准直器位置的参考；感光卡：用于对激光输出的光斑进行观测。
本发明所述的外腔激光调试方法，其实施方式是：初步安装激光芯片和腔内准直器。此激光芯片指的是前端面镀增透膜、后端面不镀膜，在常温状态下输出荧光的中远红外宽谱量子级联激光芯片，本实施例中采用的是荧光谱为6～11μm的宽谱量子级联芯片；根据腔内准直器的焦距长度，将激光芯片初步安装于准直器的前焦点，本实施例腔内准直器中采用的是非球面光学透镜。
激光芯片上电产生荧光，需要说明的是激光芯片都存在一定的光电转换效率，如热量过多，不能实现自然冷却，激光芯片需配备温控***，保证激光芯片的恒温工作状态。如图3中所示，本实施例中通过半导体制冷器(TEC)对激光芯片进行温控。
采用单点探测器调节腔内准直器，使得激光芯片输出的微弱荧光信号准直，所述单点探测器为多级帕热尔贴制冷光学探测器。将单点探测器分别置于荧光同轴近场、远场位置，调节腔内准直器前后、二维偏转方向，使得示波器响应的单点探测器强度在同轴近场(≤20cm)、远场(≤100cm)位置一致，此时视为腔内准直器调试完成即可固定。所述的微弱光信号的高度准直调试，适用于前端镀增透膜后端不镀膜而无法构成激光振荡的任意波长的激光芯片荧光输出的准直及测试；准直荧光与可调谐光学器件光轴的良好垂直保证外腔激光器高效光电转换效率；从而实现窄线宽、宽调谐的任意波段激光输出。
本实施例中所述调试激光器为Littrow外腔激光器，其原理示意图如图3所示。可调谐光学器件采用闪耀光栅；当转动光栅使得不同角度的一级衍射光沿原路返回激光芯片时，被选择的激光波长随之变化。按照光栅方程计算激光芯片中心波长的衍射角初步安装可调谐光学器件，初步安装需保证荧光中心靠近光栅中心，防止光栅调谐过程中荧光损耗。本实施例中采用的是150刻线/mm的闪耀光栅，按照激光中心波长8.5μm获得初步安装角度约为39.6°。
安装腔外准直器与光功率计，根据腔外准直器的焦距长度，安装腔外准直器，使激光芯片位于腔外准直器的前焦点处；将光功率计安装于腔外准直器后焦点处；本实施例采用的光功率为热释电光功率计，其探测面积远大于激光输出光斑大小；本实施例腔外准直器中采用的是非球面光学透镜。
调整光栅俯仰角，直至有光功率计有示数；微调光栅俯仰角，直至功率计示数最大；微调腔外准直器前后位置，当光功率计示数最大，停止前后位置调节，拆除光功率计。最终微调腔外准直器，微调二维偏转方向，观测同轴输出激光近(≤20cm)、远场(≤100cm)感光卡激光光斑的位置，确保两处光斑位于感光卡同一位置，激光平行输出；所述感光卡为将激光转换为可见波段光斑的感光卡。
在本发明实施例中，如图4和图5所示，分别为不采用单点探测器机械位置安装和采用单点探测器调试腔内准直器的情况下，外腔激光输出光谱，采用本发明所述方法获得了小于1cm-1中红外窄线宽激光输出。如图6所示是本发明实施例中实现的宽调谐输出，调谐范围达794cm-1。
本发明公开的量子级联外腔激光器调试方法，创新性的提出采用单点探测器调试腔内荧光光路准直的方案，并将所有的光学器件均进行最优化调试，提高外腔激光器调试精准度，有效提升光电转换效率，有利于实现该类激光器工程化，本发明实施例进行了实际的调试说明及验证。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试装置，其特征在于：包括激光芯片、腔内准直器、可调谐光学器件、单点探测器、示波器、腔外准直器、光功率计和感光卡；
激光芯片：输出中远红外宽光谱的弱荧光信号，为外腔激光器提供选模源；
腔内准直器：采用单点探测器调节腔内准直器，对激光芯片输出的弱荧光信号进行光路准直，减小荧光发散角，使得输出荧光趋于平行；
可调谐光学器件：将经过准直后的弱荧光信号进行选模，并按照原光路返回激光芯片输出端，激光芯片输出激光；
单点探测器：对经过准直后的弱荧光信号在近场以及远场进行探测，从而确定腔内准直器的位置；
示波器：与近场远场单点探测器连接，实时反馈近场远场单点探测器的信号强度；
腔外准直器：对激光芯片输出的激光进行光路准直，实现外腔激光平行光输出；
光功率计：对准直后输出的激光进行光功率测试，作为最终在线调试可调谐光学器件位置以及腔外准直器位置的参考；
感光卡：用于对激光输出的光斑进行观测；
所述激光芯片为前端面镀增透膜、后端面不镀膜，且在常温状态下输出中远红外荧光的宽谱量子级联芯片；
所述可调谐光学器件为闪耀光栅；
所述腔内准直器和腔外准直器均为镀有宽谱激光芯片谱段光学增透膜的透镜；
所述单点探测器为多级帕热尔贴制冷光学探测器；
所述光功率计为热释电光功率计；
所述感光卡为将激光光斑转换为可见波段光斑的感光卡。
2.一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试方法，其特征在于：
(1)初步安装激光芯片和腔内准直器；
(2)激光芯片上电产生荧光；
(3)采用单点探测器调节腔内准直器，使得激光芯片输出的微弱荧光信号准直；
(4)按照光栅方程计算衍射角，初步安装可调谐光学器件；
(5)初步安装腔外准直器与光功率计；
(6)调整可调谐光学器件使其与准直荧光光轴垂直，直至有激光输出，且光功率计示数最大；
(7)调整腔外准直器前后俯仰位置，直至输出激光功率最大且平行；
所述步骤(1)的具体过程为：
根据腔内准直器的焦距长度，将激光芯片初步安装于腔内准直器的前焦点；
所述步骤(3)的具体过程为：
采用单点探测器进行微弱荧光信号准直，将单点探测器分别置于荧光同轴近场、远场位置，调节腔内准直器前后、二维偏转方向，使得示波器响应的单点探测器强度在同轴近场、远场位置一致；
所述步骤(5)的具体过程为：
根据腔外准直器的焦距长度，安装腔外准直器，使激光芯片位于腔外准直器的前焦点处；将光功率计安装于腔外准直器后焦点处；
所述步骤(6)过程为：
调节可调谐光学器件的二维偏转方向，同时观测光功率，光功率计有示数表明有激光输出，此时对可调谐光学器件的二维偏转方向进行微调，直至光功率计示数最大；
所述步骤(7)过程为：
微调腔外准直器前后位置，当光功率计示数最大，停止前后位置调节，拆除光功率计；微调腔外准直器二维偏转方向，将感光卡分别置于激光近、远场同轴位置，确保两处光斑位于感光卡同一位置，即激光平行。
3.如权利要求1所述的一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试装置，其特征在于：所述调试装置针对的激光器为Littrow外腔激光器。
CN201910636846.7A 2019-07-15 2019-07-15 一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试装置及方法 Active CN110380335B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910636846.7A CN110380335B (zh) 2019-07-15 2019-07-15 一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910636846.7A CN110380335B (zh) 2019-07-15 2019-07-15 一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110380335A CN110380335A (zh) 2019-10-25
CN110380335B true CN110380335B (zh) 2021-07-13

Family

ID=68253290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910636846.7A Active CN110380335B (zh) 2019-07-15 2019-07-15 一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110380335B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113759350B (zh) * 2021-09-29 2023-10-27 宁波未感半导体科技有限公司 一种激光雷达调试装置及调试方法
CN115014725A (zh) * 2022-08-10 2022-09-06 武汉精立电子技术有限公司 一种显示装置光学测量设备、安装方法及应用方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101719629A (zh) * 2009-12-09 2010-06-02 中国科学院半导体研究所 闪耀光栅外腔半导体激光器及其准直方法
CN204230629U (zh) * 2014-12-22 2015-03-25 厦门大学 一种外腔半导体激光器光路调整装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101719629A (zh) * 2009-12-09 2010-06-02 中国科学院半导体研究所 闪耀光栅外腔半导体激光器及其准直方法
CN204230629U (zh) * 2014-12-22 2015-03-25 厦门大学 一种外腔半导体激光器光路调整装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"1.06μm外腔可调谐半导体激光器研究";杨展鹏;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20160115;23-28页 *
"光栅外腔半导体激光器的技术研究";何春九;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20100815;29页 *
"宽调谐外腔式1.53μm近红外半导体激光器研究";高志强 等;《遥测遥控》;20170930;55-61页 *
"宽调谐外腔式量子级联激光器技术研究";高志强;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》;20190215;33-54页及附图3.1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110380335A (zh) 2019-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN204758260U (zh) 一种多管芯特性监测的半导体激光器结构
CN109738160B (zh) 基于激光通信***的多光轴一致性测试装置及方法
CN101922974B (zh) 一种激光参数性能测试自动标定装置及其方法
CN110380335B (zh) 一种基于单点探测器的中远红外外腔激光调试装置及方法
CN110323672A (zh) 一种布拉格光栅外腔激光器模块合束装置及合束方法
CN102155990B (zh) 一种中阶梯光栅光谱仪的装调方法
CN107946898A (zh) 一种半导体激光器合束装置及合束方法
CN108563034B (zh) 反射型空间滤波器调试装置和方法
KR20200089055A (ko) 파장제어 레이저 빔 결합 시스템, 이의 제어 방법, 및 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장매체
CN103744185B (zh) 一种基于流式细胞仪用多色光源光腰位置的定标***的定标方法
CN102155997A (zh) 光纤型激光波长计
CN105510955A (zh) 椭圆弯晶谱仪的离线精密装调及在线精确复位准直的方法
US7457031B1 (en) Optical configurations for wavelength-converted laser sources
CN104252043A (zh) 一种流式细胞仪的多波长激发激光的集束方法和装置
CN104729717A (zh) 一种测量和计算固体激光器晶体温度的装置和方法
CN103078248A (zh) 一种高功率半导体激光光束准直调整方法及装置
CN104949770A (zh) 一种tdlas气体测温检测装置
CN110307807A (zh) 基于doe的入射光束角度标定装置及方法
US11747578B2 (en) Method of precision beam collimation using fiberoptic circulator and wavelength tunable source
CN203203714U (zh) 绝对波长校准仪
CN105140769A (zh) 一种光谱合成光束重叠检测调整装置
CN101839860A (zh) 激光拉曼光谱仪多波激发装置
CN102938534A (zh) 一种半导体激光器及其产生高质量和高稳定光束的方法
CN107634448B (zh) 一种外腔半导体激光器
EP3553574A1 (en) Alignment method

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant