申请/专利权人：苏州旭创科技有限公司

申请日：2017-12-21

公开（公告）日：2021-05-07

公开（公告）号：CN109950785B

主分类号：H01S3/105(20060101)

分类号：H01S3/105(20060101);H01S3/10(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.05.07#授权;2019.07.23#实质审查的生效;2019.06.28#公开

摘要：本发明揭示了一种波长可调谐的外腔激光器。所述外腔激光器包括依次排布的激光增益芯片、准直透镜、可调谐滤波器以及反射镜，所述激光增益芯片用于发出光束，所述准直透镜用于将所述光束准直为平行光束，所述反射镜包括相对靠近所述可调谐滤波器的第三端面和相对远离所述可调谐滤波器的第四端面，所述激光增益芯片发出的光束依次出射至所述准直透镜、所述可调谐滤波器和所述反射镜，所述第三端面上镀有部分反射部分透射膜，所述第三端面和所述激光增益芯片的一个端面构成谐振腔的两个外腔面，所述第四端面设置为与所述平行光束具有夹角的倾斜面或曲面。本发明的所述第四端面的反射光不在所述谐振腔内进行谐振，避免了对外腔模式的影响。

主权项：1.一种波长可调谐的外腔激光器，所述外腔激光器包括依次排布的激光增益芯片、准直透镜、可调谐滤波器以及反射镜，所述激光增益芯片用于发出光束，所述准直透镜用于将所述光束准直为平行光束，所述反射镜包括相对靠近所述可调谐滤波器的第三端面和相对远离所述可调谐滤波器的第四端面，所述激光增益芯片发出的光束依次出射至所述准直透镜、所述可调谐滤波器和所述反射镜，其特征在于，所述第三端面为垂直于所述平行光束的平面且其上镀有部分反射部分透射膜，所述第三端面和所述激光增益芯片的一个端面构成谐振腔的两个外腔面，所述第四端面设置为曲面或与所述平行光束具有夹角的倾斜面。

全文数据：波长可调谐的外腔激光器技术领域本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种波长可调谐的外腔激光器。背景技术在众多波长可调谐的激光器中，外腔激光器结构具有线宽窄、调谐范围大、输出功率高和边模抑制比高等显著优点。目前的外腔激光器，包括激光增益芯片和反射镜，反射镜包括前端面和后端面，所述前端面相较于所述后端面靠近所述激光增益芯片且所述前端面镀有部分反射膜；而外腔激光器的谐振腔是基于F-P腔平面反射原理实现，其一外腔面为所述激光增益芯片上镀有反射膜的一端面，另一外腔面为所述反射镜的所述前端面。实际应用中，所述反射镜的所述后端面的反射光会部分返回谐振腔内进行谐振，给外腔模式带来影响，使得外腔激光器最终输出的单模发生畸变、输出光功率降低。发明内容本发明的目的在于提供一种波长可调谐的外腔激光器，以至少解决反射镜后端面的反射光对外腔模式造成影响的问题。为实现上述目的，本发明一实施例提供了一种波长可调谐的外腔激光器，所述外腔激光器包括依次排布的激光增益芯片、准直透镜、可调谐滤波器以及反射镜，所述激光增益芯片用于发出光束，所述准直透镜用于将所述光束准直为平行光束，所述反射镜包括相对靠近所述可调谐滤波器的第三端面和相对远离所述可调谐滤波器的第四端面，所述激光增益芯片发出的光束依次出射至所述准直透镜、所述可调谐滤波器和所述反射镜，所述第三端面上镀有部分反射部分透射膜，所述第三端面和所述激光增益芯片的一个端面构成谐振腔的两个外腔面，所述第四端面设置为与所述平行光束具有夹角的倾斜面或曲面。在本发明的进一步实施例中，所述反射镜的第三端面为垂直于所述平行光束的平面，所述反射镜的第四端面设置为与所述平行光束具有夹角的倾斜面。在本发明的进一步实施例中，所述夹角的角度α满足0°＜α≤86°。在本发明的进一步实施例中，所述外腔激光器还包括设置于所述反射镜的第四端面一侧的辅助透镜，所述辅助透镜被配置为：自所述第四端面透射出所述反射镜的光束，透射出所述辅助透镜后，被所述辅助透镜恢复为与所述平行光束同向平行传输。在本发明的进一步实施例中，所述辅助透镜包括相对靠近所述反射镜的第五端面和相对远离所述反射镜的第六端面；所述第六端面平行于所述第三端面，所述第五端面平行于所述第四端面。在本发明的进一步实施例中，所述外腔激光器还包括隔离器，所述隔离器设置于所述辅助透镜和所述反射镜之间，以使自所述第四端面透射出所述反射镜的光束依次出射至所述隔离器和所述辅助透镜。在本发明的进一步实施例中，所述反射镜设置为平凸透镜，所述第三端面为垂直于所述平行光束的平面，所述第四端面设置为凸透面。在本发明的进一步实施例中，所述反射镜的焦点落在所述外腔激光器的出光端面上；所述外腔激光器还包括隔离器，自所述第四端面透射出所述反射镜的光束经所述隔离器后出射至所述外腔激光器的出光端面。在本发明的进一步实施例中，所述激光增益芯片包括相对远离所述准直透镜的第一端面和相对靠近所述准直透镜的第二端面，所述第一端面构成所述谐振腔的一个外腔面。在本发明的进一步实施例中，所述第一端面上镀有全反射膜，所述外腔激光器还包括置于所述谐振腔内的背光探测芯片。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：所述第四端面的反射光不再与所述平行光束相平行，无论其是否返回所述谐振腔内均无法进行谐振，避免了对外腔模式的影响，防止外腔激光器最终输出的单模发生畸变，保证了输出光功率。附图说明图1是本发明实施例1的波长可调谐的外腔激光器的结构立体图；图2是本发明实施例1的波长可调谐的外腔激光器的结构俯视图；图3是本发明实施例1的波长可调谐的外腔激光器的结构主视图；图4是本发明实施例2的波长可调谐的外腔激光器的结构立体图；图5是本发明实施例2的波长可调谐的外腔激光器的结构俯视图；图6是本发明实施例2的波长可调谐的外腔激光器的结构主视图。具体实施方式以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。实施例1参图1～图3，本发明一实施例提供了一种波长可调谐的外腔激光器100，该外腔激光器100包括在光束的光路上依次排布的激光增益芯片11、准直透镜12、可调谐滤波器13以及反射镜14。为清楚地表达本申请内所描述的位置与方向，参图1，沿光束的光路由激光增益芯片11指向反射镜14的方向定义为“后”，反之，由反射镜14指向激光增益芯片11的方向定义为“前”。相应的可以理解为，激光增益芯片11、准直透镜12、可调谐滤波器13、反射镜14由前往后依次排布。激光增益芯片11用来发出发散光束，并且可将发散光束增益放大。激光增益芯片11发出的光束依次出射至准直透镜12、可调谐滤波器13和反射镜14。激光增益芯片11包括第一端面11a和第二端面11b，其中：第一端面11a相对远离准直透镜12，第二端面11b相对靠近准直透镜12，也就是说，第一端面11a位于第二端面11b的前方，第一端面11a、第二端面11b分别构成激光增益芯片11的前端面、后端面。第二端面11b上镀有增透膜，第二端面11b构成激光增益芯片11的输出端；第一端面11a上镀有全反射膜，其构成外腔激光器100的谐振腔的一个外腔面。准直透镜12位于激光增益芯片11的第二端面11b一侧，也即位于激光增益芯片11的输出端一侧，其用来将自激光增益芯片11的第二端面11b射出的发散光束准直成平行光束，所述平行光束与外腔激光器100的光轴相平行。可调谐滤波器13用于锁定外腔激光器100的输出频率，也即对光束如所述平行光束进行透射过滤，以允许特定范围波长的光透射而对其他波长范围的光进行过滤。在本实施例中，可调谐滤波器13具体设置为游标调谐机构，其包括间隔设置的标准具131、标准具132和标准具133。反射镜14包括第三端面14a和第四端面14b，其中：第三端面14a相对靠近可调谐滤波器13，第四端面14b相对远离可调谐滤波器13，也就是说第三端面14a位于第四端面14b的前方，第三端面14a、第四端面14b分别构成反射镜14的前端面、后端面。第三端面14a上镀有部分反射部分透射膜，具体可镀有30％反射70％透射膜。这样，从可调谐滤波器13入射至第三端面14a上的所述平行光束，部分被第三端面14a向前反射回可调谐滤波器13，部分从第三端面14a向后透射入反射镜14内。也即，激光增益芯片11的第一端面11a到反射镜14的第三端面14a之间形成外腔激光器100的谐振腔，其中，第一端面11a、第三端面14a分别构成所述谐振腔的两个外腔面。这样，第三端面14a除构成所述谐振腔的外腔面外，同时第三端面14a还构成所述谐振腔的出光端，只需要在第三端面14a后方进行一次耦合，耦合难度小，耦合容忍度高，且结构紧凑，工艺简单。第四端面14b设置为与所述平行光束具有夹角的倾斜面。这样，从第三端面14a透射入反射镜14内的所述平行光束，部分从第四端面14b向后透射出反射镜14从而最终形成所述谐振腔的出光，部分被第四端面14b向前反射；然而，由于第四端面14b倾斜地设置，被第四端面14b向前反射的该部分光束不再与所述平行光束相平行，无论是否返回所述谐振腔内均无法进行谐振，从而避免了该部分光束对外腔模式的影响，防止外腔激光器100最终输出的单模发生畸变，保证了输出光功率。在本实施例中，反射镜14设置为楔形结构。具体地，第三端面14a为垂直于所述平行光束的平面，第四端面14b为与所述平行光束具有恒定夹角的倾斜平面，其中，所述夹角的角度α满足0°＜α≤86°。也即第四端面14b与第三端面14a具有角度大于等于4°且小于90°的倾斜夹角。进一步地，外腔激光器100还包括设置于反射镜14后方并在光束的光路上依次设置的隔离器15和耦合透镜17，从第四端面14b透射出的光束通过隔离器15后经耦合透镜17耦合到外腔激光器100的出光端面上，从而完成外腔激光器100的出光耦合。通过设置隔离器15，可避免光纤链路中的光束向前入射到外腔激光器100的所述谐振腔内而对外腔模式造成影响。在本实施例中，外腔激光器100与光纤适配器18进行配接，相应的，外腔激光器100的所述出光端面形成于光纤适配器18的光纤端面上。进一步地，外腔激光器100还包括用于矫正光束传输方向的辅助透镜16，辅助透镜16具体设置于反射镜14的第四端面14b一侧，也即设置于反射镜14的后方光路上。光束自第四端面14b向后透射出反射镜14后，光束的传播方向相对所述平行光束的传播方向发生偏转，而辅助透镜16被配置为：自第四端面14b透射出反射镜14的光束，透射出辅助透镜16后，该光束被辅助透镜16恢复为与所述平行光束同向平行传输，从而保证光路同轴，便于实现结构紧凑。具体地，辅助透镜16包括第五端面16a和第六端面16b，其中：第五端面16a相对靠近反射镜14，第六端面16b相对远离反射镜14，也就是说第五端面16a位于第六端面16b的前方，第五端面16a、第六端面16b分别构成辅助透镜16的前端面、后端面。辅助透镜16设置为与反射镜14相似的楔形结构。第五端面16a平行于第四端面14b，其为与所述平行光束具有恒定夹角的倾斜平面，其中，所述夹角的角度α满足0°＜α≤86°；第六端面16b平行于第三端面14a，其为垂直于所述平行光束的平面，也即，第五端面16a与第六端面16b具有角度大于等于4°且小于90°的倾斜夹角。在本实施例中，隔离器15设置于辅助透镜16和反射镜14之间，这样，自第四端面14b透射出反射镜14的光束依次出射至隔离器15和辅助透镜16，从而不仅可保证光路同轴，还可进一步保证光纤链路中的光束向前入射到外腔激光器100的所述谐振腔内而对外腔模式造成影响。在本实施例中，外腔激光器100还包括背光探测芯片图未示，所述背光探测芯片设于所述谐振腔内并用于监控外腔激光器100的出光效率。进一步地，在本实施例中，外腔激光器100还包括基座191和半导体制冷器19。激光增益芯片11、准直透镜12、所述背光探测芯片等部件中的一个或多个布设于基座191上；基座191设置为导热材质，且其布设于半导体制冷器19上。半导体制冷器19可用于对温度进行调控以使激光增益芯片11、准直透镜12、所述背光探测芯片等部件中的一个或多个工作在需要的温度条件下。与现有技术相比，本实施例的外腔激光器100具有以下有益效果：第四端面14b的反射光不在所述谐振腔内进行谐振，避免了对外腔模式的影响，防止外腔激光器100最终输出的单模发生畸变，保证了输出光功率；通过设置隔离器15，避免光纤链路中的光束向前入射到谐振腔内而对外腔模式造成影响；通过设置透镜16，保证光路同轴，实现结构紧凑；第三端面14a既构成所述谐振腔的外腔面，同时还构成所述谐振腔的出光端，只需要在第三端面14a后方进行一次耦合，耦合难度小，耦合容忍度高，且结构紧凑，工艺简单。实施例2参图4～图6，本发明一实施例提供了一种波长可调谐的外腔激光器200，该外腔激光器200包括在光束的光路上依次排布的激光增益芯片21、准直透镜22、可调谐滤波器23以及反射镜24。为清楚地表达本申请内所描述的位置与方向，参图4，沿光束的光路由激光增益芯片21指向反射镜24的方向定义为“后”，反之，由反射镜24指向激光增益芯片21的方向定义为“前”。相应的可以理解为，激光增益芯片21、准直透镜22、可调谐滤波器23、反射镜24由前往后依次排布。激光增益芯片21用来发出发散光束，并且可将发散光束增益放大。激光增益芯片21发出的光束依次出射至准直透镜22、可调谐滤波器23和反射镜24。激光增益芯片21包括第一端面21a和第二端面21b，其中：第一端面21a相对远离准直透镜22，第二端面21b相对靠近准直透镜22，也就是说，第一端面21a位于第二端面21b的前方，第一端面21a、第二端面21b分别构成激光增益芯片21的前端面、后端面。第二端面21b上镀有增透膜，第二端面21b构成激光增益芯片21的输出端；第一端面21a上镀有全反射膜，其构成外腔激光器200的谐振腔的一个外腔面。准直透镜22位于激光增益芯片21的第二端面21b一侧，也即位于激光增益芯片21的输出端一侧，其用来将自激光增益芯片21的第二端面21b射出的发散光束准直成平行光束，所述平行光束与外腔激光器200的光轴相平行。可调谐滤波器23用于锁定外腔激光器200的输出频率，也即对光束如所述平行光束进行透射过滤，以允许特定范围波长的光透射而对其他波长范围的光进行过滤。在本实施例中，可调谐滤波器23具体设置为游标调谐机构，其包括间隔设置的标准具231、标准具232和标准具233。反射镜24包括第三端面24a和第四端面24b，其中：第三端面24a相对靠近可调谐滤波器23，第四端面24b相对远离可调谐滤波器23，也就是说第三端面24a位于第四端面24b的前方，第三端面24a、第四端面24b分别构成反射镜24的前端面、后端面。在本实施例中，第三端面24a上镀有部分反射部分透射膜，具体可镀有30％反射70％透射膜。这样，从可调谐滤波器23入射至第三端面24a上的所述平行光束，部分被第三端面24a向前反射回可调谐滤波器23，部分从第三端面24a向后透射入反射镜24内。也即，激光增益芯片21的第一端面21a到反射镜24的第三端面24a之间形成外腔激光器200的谐振腔，其中，第一端面21a、第三端面24a分别构成所述谐振腔的两个外腔面。这样，第三端面24a除构成所述谐振腔的外腔面外，同时第三端面24a还构成所述谐振腔的出光端，只需要在第三端面24a后方进行一次耦合，耦合难度小，耦合容忍度高，且结构紧凑，工艺简单。第四端面24b设置为与所述平行光束具有不恒定夹角的曲面。这样，从第三端面24a透射入反射镜24内的所述平行光束，部分从第四端面24b向后透射出反射镜24从而最终形成所述谐振腔的出光，部分被第四端面24b向前反射；然而，由于第四端面24b设置为曲面，被第四端面24b向前反射的该部分光束不再与所述平行光束相平行，无论是否返回所述谐振腔内均无法进行谐振，从而避免了该部分光束对外腔模式的影响，防止外腔激光器200最终输出的单模发生畸变，并保证了输出光功率。在本实施例中，反射镜24设置为平凸透镜，具体可为C-lens透镜，第三端面24a为垂直于所述平行光束的平面，第四端面24b设置为朝后凸伸的弧形凸透面。这样，还可进一步保证光路同轴，使结构紧凑。进一步地，外腔激光器200还包括设置于反射镜24后方光路上的隔离器25，第四端面24b透射出的光束通过隔离器25后耦合到外腔激光器200的出光端面上，完成外腔激光器200的出光耦合。这样，通过设置隔离器25，可避免光纤链路中的光束向前入射到外腔激光器200的所述谐振腔内而对外腔模式造成影响。进一步地，反射镜24的第四端面24b设置为朝向隔离器25凸伸，且反射镜24的焦点落在外腔激光器200的出光端面上。这样，光束透射出反射镜24的第四端面24b后聚焦至外腔激光器200的出光端面上上，完成外腔激光器200的出光耦合；反射镜24的第三端面24a构成所述谐振腔的外腔面，同时反射镜24起到对光束耦合的作用，大大提升结构的紧凑性，使外腔激光器200的封装尺寸进一步小型化。在本实施例中，外腔激光器200与光纤适配器28进行配接，相应的，外腔激光器200的所述出光端面形成于光纤适配器28的光纤端面上。在本实施例中，外腔激光器200还包括背光探测芯片图未示，所述背光探测芯片设于所述谐振腔内并用于监控外腔激光器200的出光效率。进一步地，外腔激光器200还包括基座291和半导体制冷器29。激光增益芯片21、准直透镜22、所述背光探测芯片等部件中的一个或多个布设于基座291上；基座291设置为导热材质，且其布设于半导体制冷器29上。半导体制冷器29可用于对温度进行调控以使激光增益芯片21、准直透镜22、所述背光探测芯片等部件中的一个或多个工作在需要的温度条件下。与现有技术相比，本实施例的外腔激光器200具有以下有益效果：通过设置反射镜24及其具体结构，一方面，第四端面24b的反射光不在所述谐振腔内进行谐振，避免了对外腔模式的影响，防止外腔激光器200最终输出的单模发生畸变，保证了输出光功率，另一方面，反射镜24的第三端面24a既构成所述谐振腔的外腔面又构成所述谐振腔的出光端，只需要在第三端面24a后方进行一次耦合，耦合难度小，耦合容忍度高，且结构紧凑，工艺简单，再一方面，反射镜24还同时起到对光束耦合的作用，保证了光路同轴，大大提升结构的紧凑性，使外腔激光器200的封装尺寸进一步小型化；另外，通过设置隔离器25，避免光纤链路中的光束向前入射到谐振腔内而对外腔模式造成影响。应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，这种叙述方式仅是为清楚起见，应将说明书作为一个整体，各实施例的技术方案可经适当组合，形成技术人员可理解的其他实施方式。上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种波长可调谐的外腔激光器，所述外腔激光器包括依次排布的激光增益芯片、准直透镜、可调谐滤波器以及反射镜，所述激光增益芯片用于发出光束，所述准直透镜用于将所述光束准直为平行光束，所述反射镜包括相对靠近所述可调谐滤波器的第三端面和相对远离所述可调谐滤波器的第四端面，所述激光增益芯片发出的光束依次出射至所述准直透镜、所述可调谐滤波器和所述反射镜，其特征在于，所述第三端面上镀有部分反射部分透射膜，所述第三端面和所述激光增益芯片的一个端面构成谐振腔的两个外腔面，所述第四端面设置为与所述平行光束具有夹角的倾斜面或曲面。2.根据权利要求1所述的波长可调谐的外腔激光器，其特征在于，所述反射镜的第三端面为垂直于所述平行光束的平面，所述反射镜的第四端面设置为与所述平行光束具有夹角的倾斜面。3.根据权利要求2所述的波长可调谐的外腔激光器，其特征在于，所述夹角的角度α满足0°＜α≤86°。4.根据权利要求2所述的波长可调谐的外腔激光器，其特征在于，所述外腔激光器还包括设置于所述反射镜的第四端面一侧的辅助透镜，所述辅助透镜被配置为：自所述第四端面透射出所述反射镜的光束，透射出所述辅助透镜后，被所述辅助透镜恢复为与所述平行光束同向平行传输。5.根据权利要求4所述的波长可调谐的外腔激光器，其特征在于，所述辅助透镜包括相对靠近所述反射镜的第五端面和相对远离所述反射镜的第六端面；所述第六端面平行于所述第三端面，所述第五端面平行于所述第四端面。6.根据权利要求4所述的波长可调谐的外腔激光器，其特征在于，所述外腔激光器还包括隔离器，所述隔离器设置于所述辅助透镜和所述反射镜之间，以使自所述第四端面透射出所述反射镜的光束依次出射至所述隔离器和所述辅助透镜。7.根据权利要求1所述的波长可调谐的外腔激光器，其特征在于，所述反射镜设置为平凸透镜，所述第三端面为垂直于所述平行光束的平面，所述第四端面设置为凸透面。8.根据权利要求7所述的波长可调谐的外腔激光器，其特征在于，所述反射镜的焦点落在所述外腔激光器的出光端面上；所述外腔激光器还包括隔离器，自所述第四端面透射出所述反射镜的光束经所述隔离器后出射至所述外腔激光器的出光端面。9.根据权利要求1所述的波长可调谐的外腔激光器，其特征在于，所述激光增益芯片包括相对远离所述准直透镜的第一端面和相对靠近所述准直透镜的第二端面，所述第一端面构成所述谐振腔的一个外腔面。10.根据权利要求9所述的波长可调谐的外腔激光器，其特征在于，所述第一端面上镀有全反射膜，所述外腔激光器还包括置于所述谐振腔内的背光探测芯片。

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