CN204230629U - 一种外腔半导体激光器光路调整装置 - Google Patents

Abstract

一种外腔半导体激光器光路调整装置，涉及外腔半导体激光器。调整装置设有半导体增益器件、准直透镜、分束镜、分光元件、聚焦透镜、CCD摄像机和显示屏；所述半导体增益器件、准直透镜、分束镜、分光元件依次同轴排列，聚焦透镜和CCD摄像机依次设在分束镜的反射光路上，CCD摄像机的输出端口接显示屏的输入端。能将外腔反馈光斑和半导体增益器件的内腔腔面直观地反映在显示屏上，便于调整二者重合，有助于外腔半导体激光器光路调整，进而提高外腔光反馈调节精度，改善外腔半导体激光器性能。结构简单、直观、有效，具有较强的实用价值。

Description

一种外腔半导体激光器光路调整装置

技术领域

本实用新型涉及外腔半导体激光器，尤其是涉及通过在外腔半导体激光器的光路中外加微区图像分析光路，对外腔反馈光斑及半导体增益器件的内腔腔面进行观察和分析的一种外腔半导体激光器光路调整装置。

背景技术

外腔半导体激光器是以外部光学元件作为光反馈、选模元件而制作的一类激光光源，该类激光光源具有光谱纯度高、激射波长可调谐、效率高、可靠性好等优点，在光通信、光学测量、光存储等领域有着广阔的应用前景。其中，将外部反馈光准确的反馈回半导体增益器件有源区，使之与有源介质发生相互作用，对外腔半导体激光器的输出功率、稳定性等具有重要的影响。

传统的外腔半导体激光器的光路调试，是依靠肉眼直接观察光束的准直状态和反馈光的位置，通过对外部光学元件的多维状态微调整，使外部反馈光与半导体增益器件的内腔腔面重合，从而引起输出光束强度的突然增大，最终实现外腔激射。在采用传统方法调试外腔光路过程中，对反馈回半导体增益器件内腔腔面上光斑的尺寸和具***置均无法判断，很难得到外腔光路的最优状态，难以实现内外腔之间的最佳耦合。因此，开发一种方便实用的外腔光路调试方法，对于提升外腔半导体激光器的性能极为重要。

郭曙光(郭曙光.紧凑光子源研究.南开大学博士学位论文，2001年4月，26-28)介绍了一些关于改善激光器性能方面的工作和内容，包括：对80Onm波段Littrow和Littman结构的弱耦合可调谐外腔半导体激光器的实验研究；***分析了外腔半导体激光器无跳模调谐结构的定位误差对无跳模调谐范围的影响并设计了一套大范围无跳模调谐外腔半导体激光器实验***；分析了光栅光谱仪器中的三类正弦机构并设计了可实现波长线性标度的Littrow和Littman外腔半导体激光器调谐机构；采用光纤Bragg光栅作为外腔反馈元件后对可调谐光纤光栅外腔半导体激光器的性能研究；将Littrow光栅调谐技术应用到掺Yb³⁺双包层光纤激光器中的特性；描述了两种类型的光学镇定器。并给出在8OOnm波段弱耦合光栅外腔半导体激光器的实验研究部分有谈及外腔半导体激光器的调试方法。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种外腔半导体激光器光路调整装置。

本实用新型设有半导体增益器件、准直透镜、分束镜、分光元件、聚焦透镜、CCD摄像机和显示屏；

所述半导体增益器件、准直透镜、分束镜、分光元件依次同轴排列，聚焦透镜和CCD摄像机依次设在分束镜的反射光路上，CCD摄像机的输出端口接显示屏的输入端。

所述半导体增益器件为具有光增益的半导体发光器件，包括但不限于边发射半导体激光器、超辐射发光二极管、光放大器等。

所述准直透镜为具有光学准直作用的光学镜片，能将半导体增益器件发出的光束准直为平行光束，包括但不限于非球面透镜、双胶合透镜、物镜镜头等。

所述分束镜为厚度小于1mm，可将入射光束分成具有透射与反射两束光的光学元件，所述透射与反射两束光的光强比优选1∶1；所述分束镜被安装在一置物台上，可在光路***中移进移出，即调整外腔光路时将其移入光路***，调整完毕将其移出光路***，避免外腔激光器使用时的光损失。由于分束镜厚度较小，可忽略移进移出分束镜对外腔光路***的影响。

所述分光元件可采用衍射光栅。

所述聚焦透镜为具有光学聚焦作用的光学镜片，能将光束聚焦于CCD摄像机中，包括但不限于焦距为5cm的凸透镜或平凸透镜等。

所述CCD摄像机位于聚焦透镜的焦点上，使外腔反馈光斑及半导体增益器的内腔腔面成像于CCD摄像机表面。

所述显示屏与CCD摄像机相连接，在显示屏上可观察成像于CCD摄像机中的外腔反馈光斑及半导体增益器件内腔腔面的图像。

所述外腔半导体激光器光路调整装置能将经分光元件反馈后的光斑和半导体增益器件的内腔腔面直观地反映在显示屏上，在显示屏上图像的指导下，可对准直透镜和分光元件进行多维状态微调整，从而方便地调节反馈光斑的尺寸和位置，最终使反馈光斑和半导体增益器件内腔腔面重合，获得最佳的外腔激光器光路，从而改善外腔半导体激光器的性能。

采用本实用新型进行外腔半导体激光器光路调整的方法，包括以下步骤：

步骤1：当对外腔半导体激光器进行光路调整时，通过平移或旋转置物台将分束镜移入光路中；

步骤2：将半导体增益器件激射后的激光通过准直透镜进行准直后射向分束镜，此时一部分激光光强透过分束镜射向分光元件，另一部分激光光强被分束镜反射后射向聚焦透镜；

步骤3：透射光在分光元件上发生多级衍射，通过调节分光元件的角度将一级衍射光反馈到半导体增益器件内腔腔面附近；

步骤4：通过调节聚焦透镜将经过分束镜的反射光聚焦于CCD摄像机中，此时在显示屏上可显示出半导体增益器件的内腔腔面以及经分光元件的外腔反馈光斑，通过对准直透镜和分光元件进行多维状态微调整，调节反馈光斑的尺寸和位置，最终使反馈光斑和内腔腔面完全重合，获得外腔激光器光路的最佳状态；

步骤5：当对外腔半导体激光器光路调整完成后，通过再次平移或旋转置物台将分束镜移出光路，避免外腔激光器的输出光损失。

本实用新型可以应用于利特罗、利特曼光栅外腔半导体激光器以及由其它元件构成的外腔半导体激光器所使用的光路中，用于辅助其光路调整。

本实用新型通过CCD摄像机对外腔反馈光斑和半导体增益器件的内腔腔面进行成像，从而在显示屏上能够观察到反馈光斑在半导体增益器件内腔腔面上的尺寸和位置，通过对组成外腔的光学元件进行多维状态微调整，使外部反馈光斑准确的反馈回有源区，使之与有源介质发生有效的相互作用，有利于提高外腔半导体激光器的功率、稳定性等性能。

本实用新型能将外腔反馈光斑和半导体增益器件的内腔腔面直观地反映在显示屏上，便于调整二者重合，有助于外腔半导体激光器光路调整，进而提高外腔光反馈调节精度，改善外腔半导体激光器性能。本实用新型简单、直观、有效，具有较强的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图。

图2为本实用新型在利特罗型光栅外腔半导体激光器光路中应用(实施例2)的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例1

参见图1，本实施例设有半导体增益器件1、准直透镜2、分束镜3、分光元件4、聚焦透镜5、CCD摄像机6和显示屏7。

所述半导体增益器件1、准直透镜2、分束镜3、分光元件4依次同轴排列，聚焦透镜5和CCD摄像机6依次设在分束镜3的反射光路上，CCD摄像机6的输出端口接显示屏7的输入端。

所述半导体增益器件1为具有光增益的半导体发光器件，包括但不限于边发射半导体激光器、超辐射发光二极管、光放大器等。

所述准直透镜2为具有光学准直作用的光学镜片，能将半导体增益器件1发出的光束准直为平行光束，包括但不限于非球面透镜、双胶合透镜、物镜镜头等。

所述分束镜3为厚度小于1mm，可将入射光束分成具有透射与反射两束光的光学元件，所述透射与反射两束光的光强比优选1∶1。

所述分束镜3被安装在一置物台上，可在光路***中移进移出，即调整外腔光路时将其移入光路***，调整完毕将其移出光路***，避免外腔激光器使用时的光损失。由于分束镜3厚度较小，可忽略移进移出分束镜3对外腔光路***的影响。

所述分光元件4采用衍射光栅。

所述聚焦透镜5为具有光学聚焦作用的光学镜片，能将光束聚焦于CCD摄像机6中，包括但不限于焦距为5cm的凸透镜或平凸透镜等。

所述CCD摄像机6位于聚焦透镜5的焦点上，使外腔反馈光斑及半导体增益器件1的内腔腔面成像于CCD摄像机6表面。

所述显示屏7与CCD摄像机6相连接，在显示屏7上可观察成像于CCD摄像机6中的外腔反馈光斑及半导体增益器件1内腔腔面的图像。

所述外腔半导体激光器光路调整装置能将经分光元件4反馈后的光斑和半导体增益器件1的内腔腔面直观地反映在显示屏7上，在显示屏7上图像的指导下，可对准直透镜2和分光元件4进行多维状态微调整，从而方便地调节反馈光斑的尺寸和位置，最终使反馈光斑和半导体增益器件内腔腔面重合，获得最佳的外腔激光器光路，从而改善外腔半导体激光器的性能。

采用本实施例的外腔半导体激光器光路调整的方法，包括以下步骤：

步骤1：当对外腔半导体激光器进行光路调整时，通过平移或旋转置物台将分束镜3移入光路中；

步骤2：将半导体增益器件1激射后的激光通过准直透镜2进行准直后射向分束镜3，此时一部分激光光强透过分束镜3射向分光元件4，另一部分激光光强被分束镜3反射后射向聚焦透镜5；

步骤3：透射光在分光元件4上发生多级衍射，通过调节分光元件4的角度将一级衍射光反馈到半导体增益器件1内腔腔面附近；

步骤4：通过调节聚焦透镜5将经过分束镜3的反射光聚焦于CCD摄像机6中，此时在显示屏7上可显示出半导体增益器件1的内腔腔面以及经分光元件4的外腔反馈光斑，通过对准直透镜2和分光元件4进行多维状态微调整，调节反馈光斑的尺寸和位置，最终使反馈光斑和内腔腔面完全重合，获得外腔激光器光路的最佳状态；

步骤5：当对外腔半导体激光器光路调整完成后，通过再次平移或旋转置物台将分束镜3移出光路，避免外腔激光器的输出光损失。

实施中，该调整装置能将半导体增益器件1发光经分光元件4反馈后的光斑和半导体增益器件1内腔腔面直观地反映在显示屏7上，便于调整二者重合，有助于外腔半导体激光器的光路调整，进而提高外腔光反馈调节精度，改善外腔半导体激光器性能。

本实用新型提供的一种外腔半导体激光器光路调整装置及调整方法可以应用于利特罗、利特曼光栅外腔半导体激光器以及由其它元件构成的外腔半导体激光器所使用的光路中，用以改善外腔半导体激光器的性能。

实施例2

如图2所示，与实施例1类似，其区别在于分光元件采用衍射光栅41，将本实用新型应用于利特罗型光栅外腔半导体激光器的光路中，主要包括：半导体增益器件11、准直透镜21、分束镜31、衍射光栅41、聚焦透镜51、CCD摄像机61和显示屏71。

所述半导体增益器件11为具有光增益的半导体发光器件，可选择出光腔面镀有增透膜的边发射半导体激光二极管。

所述准直透镜21为具有光学准直作用的光学镜片，能将半导体增益器件11发出的光束准直为平行光束，可选择数值孔径为0.5的非球面透镜。

所述分束镜31为厚度小于1mm，可将入射光束分成具有一定光强比的透射与反射两束光的光学元件，可选择透射与反射光强比为1:1。

所述分束镜31被安装在一旋转置物台上，可在光路***中移进移出，即调整外腔光路时将分束镜31移入外腔光路，调整完毕将其移出光路***，避免外腔激光器使用时的光损失。由于分束镜31厚度较小，可忽略移进移出分束镜31对外腔光路***的影响。

所述衍射光栅41为具有色散分光作用的光学元件，其一级衍射光可沿入射光方向反馈回半导体增益器件。

所述聚焦透镜51为具有光学聚焦作用的光学镜片，能将光束聚焦于CCD摄像机61中，可选择焦距为5cm的凸透镜。

所述CCD摄像机61位于聚焦透镜51的焦点上，使外腔反馈光斑及半导体增益器件11的内腔腔面成像于CCD摄像机61表面。

所述所述显示屏71与CCD摄像机61相连接，在显示屏71上可观察成像于CCD摄像机61中的外腔反馈光斑及半导体增益器件11内腔腔面的图像。

采用本实施例的外腔半导体激光器光路调整的方法，包括以下步骤：

步骤1：当对利特罗型光栅外腔半导体激光器进行光路调整时，通过旋转置物台将分束镜31移入光路中。

步骤2；将半导体增益器件11工作电流调大至其激射，所发激光通过准直透镜21进行准直后射向分束镜31，此时一部分激光光强透过分束镜31射向衍射光栅41，另一部分激光光强被分束镜31反射后射向聚焦透镜51；在此选用厚度小于1mm的分束镜31，避免移出分束镜31后引起外腔光路发生变化。

步骤3：透射光在衍射光栅41上发生多级衍射，通过调节衍射光栅41的角度将一级衍射光反馈到半导体增益器件11的内腔腔面附近。

步骤4：通过调节聚焦透镜51将经过分束镜31的反射光聚焦于CCD摄像机61中，此时在显示屏71上可显示出半导体增益器件11的内腔腔面以及经衍射光栅41的外腔反馈光斑，通过对准直透镜21和衍射光栅41进行多维状态微调整，可使衍射光斑和内腔腔面完全重合，获得外腔光路的最佳状态。

步骤5：当对利特罗型光栅外腔半导体激光器光路调整完成后，通过旋转置物台将分束镜31移出光路，避免外腔激光器的输出光损失。

Claims (8)

1.一种外腔半导体激光器光路调整装置，其特征在于设有半导体增益器件、准直透镜、分束镜、分光元件、聚焦透镜、CCD摄像机和显示屏；

所述半导体增益器件、准直透镜、分束镜、分光元件依次同轴排列，聚焦透镜和CCD摄像机依次设在分束镜的反射光路上，CCD摄像机的输出端口接显示屏的输入端。

2.如权利要求1所述一种外腔半导体激光器光路调整装置，其特征在于所述半导体增益器件为具有光增益的半导体发光器件，包括但不限于边发射半导体激光器、超辐射发光二极管、光放大器。

3.如权利要求1所述一种外腔半导体激光器光路调整装置，其特征在于所述准直透镜为具有光学准直作用的光学镜片，能将半导体增益器件发出的光束准直为平行光束，包括但不限于非球面透镜、双胶合透镜、物镜镜头。

4.如权利要求1所述一种外腔半导体激光器光路调整装置，其特征在于所述分束镜为厚度小于1mm，可将入射光束分成具有透射与反射两束光的光学元件；所述分束镜被安装在一置物台上，在光路***中移进移出，即调整外腔光路时将其移入光路***。

5.如权利要求4所述一种外腔半导体激光器光路调整装置，其特征在于所述透射与反射两束光的光强比为1∶1。

6.如权利要求1所述一种外腔半导体激光器光路调整装置，其特征在于所述分光元件采用衍射光栅。

7.如权利要求1所述一种外腔半导体激光器光路调整装置，其特征在于所述聚焦透镜为具有光学聚焦作用的光学镜片，能将光束聚焦于CCD摄像机中，包括但不限于焦距为5cm的凸透镜或平凸透镜。

8.如权利要求1所述一种外腔半导体激光器光路调整装置，其特征在于所述CCD摄像机位于聚焦透镜的焦点上，使外腔反馈光斑及半导体增益器的内腔腔面成像于CCD摄像机表面。