双波长激光输出装置及方法、半导体激光器

摘要

本公开提供了一种双波长激光输出装置，应用于光学技术领域，包括：光源模块，用于输出不同偏振态的偏振光；反射光栅，用于将偏振光中第一指定波长的光束进行一级衍射得到第一指定波长的衍射光，以及，对偏振光进行零级衍射得到零级衍射光；全反射镜，用于将第一指定波长的衍射光反射到反射光栅上；体布拉格光栅，用于对零级衍射光中的第二指定波长的光束进行衍射，得到第二指定波长的衍射光；反射光栅，还用于对第一指定波长的衍射光进行一级衍射至光源模块，以及，对第二指定波长的衍射光进行零级衍射至光源模块。本申请还公开了一种双波长激光输出装置方法、半导体激光器，可输出等强度的双波长激光。

说明书

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种双波长激光输出装置及方法、半导体激光器。

背景技术

双波长激光是一束可以同时激射出两个波长的激光，可以广泛地应用于双波长干涉成像、光开关、太赫兹抽运源、太赫兹抽运源、光学传感等领域。例如利用双波长可调谐抽运源输出相位匹配的两束波长相近的激光波长，双波长激光与具有良好的二阶非线性系数的非线性介质相互作用产生差频，最后获得太赫兹辐射。

目前实现双波长激光输出的方法主要分为两种：1、一种单片集成半导体激光器，通过复杂的外延设计或者工艺流程，实现稳定的双波长，具有高的纵模抑制比，体积小，但是双波长之间的波长差可调谐范围很小，且输出功率低。2、基于不同外腔反馈的半导体激光器，通过衍射光学元件选出特定的光谱模式反馈注入半导体激光器增益区域，目前已知的结构有双Littrow外腔、双Littmann结构、双VBG外腔等。双波长外腔结构激光输出普遍具有功率高的特点，但是不同外腔结构的优缺点也显著。对于双VBG外腔结构，输出激光边模抑制比高但是双波长之间的波长差不可调谐；对于使用面光栅的双Littrow外腔结构等外腔结构，可调谐范围广，但是该结构边模抑制比不高；对于同时使用VBG和面光栅的复合腔结构，由于面光栅对于同一偏振态的不同波长的衍射效率不高，双波长输出强度会有所差异。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种高功率、易调谐、高纵模抑制比、双波长等强度输出的双波长激光输出装置及方法、半导体激光器。

为实现上述目的，本申请实施例第一方面提供一种双波长激光输出装置，包括：

光源模块，用于输出不同偏振态的偏振光；

反射光栅，用于沿第一方向接收所述偏振光，并对所述偏振光中第一指定波长的光束进行一级衍射得到第一指定波长的衍射光，以及，对所述偏振光进行零级衍射得到零级衍射光；

全反射镜，用于从第二方向接收所述第一指定波长的衍射光，并沿所述第二方向的反方向将所述第一指定波长的衍射光反射到所述反射光栅上；

体布拉格光栅，用于沿第三方向接收所述零级衍射光，并对所述零级衍射光中的第二指定波长的光束进行衍射，得到第二指定波长的衍射光；

所述反射光栅，还用于沿所述第二方向的反方向接收所述第一指定波长的衍射光和沿所述第三方向的反方向接收所述第二指定波长的衍射光，并沿所述第一方向的反方向对所述第一指定波长的衍射光进行一级衍射至所述光源模块，以及，沿所述第一方向的反方向对所述第二指定波长的衍射光进行零级衍射至所述光源模块。

在本公开一实施例中，所述光源模块包括：

半导体激光增益芯片，用于发射激光；

准直模块，用于接收所述激光，并准直所述激光的发散角；

偏振态调整模块，用于接收准直后的激光，并将所述准直后的激光的偏振态调整为目标偏振态，得到所述偏振光。

在本公开一实施例中，所述准直模块包括：

快轴准直镜，用于接收所述激光，并准直所述激光的快轴方向的发散角，得到第一激光；

慢轴准直镜，用于接收所述第一激光，并准直所述光束的慢轴方向的发散角，得到第二激光，所述第二激光包括所述准直后的激光。

在本公开一实施例中，所述半导体激光增益芯片的发射端面上镀有抗反射膜；

所述半导体激光增益芯片的发射端的对端面上镀有高反膜。

在本公开一实施例中，所述反射光栅为闪耀光栅；

所述闪耀光栅的闪耀角度随入射光入射到所述反射光栅上时光束的入射角度不同而不同，所述入射角度与所述闪耀角度之间的差值小于3度。

在本公开一实施例中，所述全反射镜在预设角度范围内可转动。

在本公开一实施例中，所述偏振态调整模块包括零级半波片。

本申请实施例第二方面提供一种半导体激光器，所述半导体激光器包括如第一方面所述的双波长激光输出装置。

本申请实施例第三方面提供了一种控制方法，应用于第一方面所述的双波长激光输出装置，包括：

控制光源模块输出偏振光；

控制全反射镜旋转，以改变第一指定波长的衍射光反射回反射光栅的角度。

在本公开一实施例中，当所述光源模块包括零级半波片时，所述方法还包括：

控制零级半波片旋转，以改变偏振光的偏振态。

根据本公开实施例，双波长激光输出装置包含有反射光栅和体布拉格光栅，反射光栅能够选择第一指定波长的光束进行一级衍射得到第一指定波长的衍射光，体布拉格光栅能够选择第二指定波长的光束进行衍射得到第二指定波长的衍射光，完成对光谱的选择，实现双波长激光输出。反射光栅的可调谐范围广，模式可连续调谐，体布拉格光栅的光谱模式锁定特性优，对比只利用反射光栅或者体布拉格光栅作为衍射元件的结构，同时采用两种衍射元件可以同时使得装置具有广调谐范围和高纵模抑制比。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的双波长激光输出装置；

图2为本申请一实施例提供的双波长激光输出装置；

图3为本申请实施例提供的现有半导体激光器的输出光谱曲线；

图4为本申请提供的双波长激光输出装置的激光输出光谱曲线；

图5为本申请实施例提供的双波长激光输出装置的对应双波长功率曲线图；

图6为本申请一实施例提供的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1为本申请一实施例提供的双波长激光输出装置，该双波长激光输出装置可以输出等强度的双波长激光，该双波长激光输出装置包括光源模块10、反射光栅5、全反射镜6和体布拉格光栅7。

光源模块10，用于输出不同偏振态的偏振光；反射光栅5，用于沿第一方向接收所述偏振光，并对所述偏振光中第一指定波长的光束进行一级衍射得到第一指定波长的衍射光，以及，对所述偏振光进行零级衍射得到零级衍射光；全反射镜6，用于从第二方向接收所述第一指定波长的衍射光，并沿所述第二方向的反方向将所述第一指定波长的衍射光反射到所述反射光栅5上；体布拉格光栅7，用于沿第三方向接收所述零级衍射光，并对所述零级衍射光中的第二指定波长的光束进行衍射，得到第二指定波长的衍射光；所述反射光栅5，还用于沿所述第二方向的反方向接收所述第一指定波长的衍射光和沿所述第三方向的反方向接收所述第二指定波长的衍射光，并沿所述第一方向的反方向对所述第一指定波长的衍射光进行一级衍射至所述光源模块10，以及，沿所述第一方向的反方向对所述第二指定波长的衍射光进行零级衍射至所述光源模块10。

在本公开一实施例中，第一方向与反射光栅5的法线之间呈littrow角，也即光源模块10输出的偏振光入射到反射光栅5上的光束与反射光栅5的法线呈一定夹角，该夹角满足反射光栅5的littrow角，使得反射光栅5能够将第一指定波长的光束一次衍射，全反射镜6能够将第一指定波长的光束按原光路反馈回反射光栅5，从而输出第一指定波长的衍射光。

在本公开中，第二方向与体布拉格光栅7垂直，也即由反射光栅5零级衍射到体布拉格光栅7上的零级衍射光与体布拉格光栅7垂直，使得体布拉格光栅7能够将第二指定波长的衍射光按原光路反馈回反射光栅5，从而输出第二指定波长的衍射光。

根据本公开实施例，双波长激光输出装置包含有反射光栅5和体布拉格光栅7，反射光栅5能够选择第一指定波长的光束进行一级衍射得到第一指定波长的衍射光，体布拉格光栅7能够选择第二指定波长的光束进行衍射得到第二指定波长的衍射光，完成对光谱的选择，实现双波长激光输出。反射光栅5的可调谐范围广，模式可连续调谐，体布拉格光栅7的光谱模式锁定特性优，对比只利用反射光栅5或者体布拉格光栅7作为衍射元件的结构，同时采用两种衍射元件可以同时使得装置具有广调谐范围和高纵模抑制比。

请参阅图2，图2为本申请一实施例提供的双波长激光输出装置，该双波长激光输出装置包括如图1所示的光源模块10、反射光栅5、全反射镜6和体布拉格光栅7，该光源模块10包括半导体激光增益芯片1、准直模块和偏振态调整模块4。

半导体激光增益芯片1，用于发射激光；

准直模块，用于接收所述激光，并准直所述激光的发散角；

偏振态调整模块4，用于接收准直后的激光，并将所述准直后的激光的偏振态调整为目标偏振态，得到所述偏振光。

在本公开中，当光源模块10包括上述半导体激光增益芯片1、准直模块和偏振态调整模块4时，沿所述第一方向的反方向一级衍射至光源模块10的第一指定波长的衍射光和沿所述第一方向的反方向零级衍射至光源模块10对第二指定波长的衍射光，会依次通过偏振态调整模块4、准直模块和半导体激光增益芯片1进行增益模式，产生双波长激光。

在本公开一实施例中，半导体增益芯片为普通单个半导体激光增益芯片1，相比单片集成双波长激光器，可以实现大功率输出。

在本公开一实施例中，半导体激光增益芯片1的发射端面上镀有抗反射膜；和/或，所述半导体激光增益芯片1的发射端的对端面上镀有高反膜，以输出高功率激光。

在本公开一实施例中，准直模块包括快轴准直镜2和慢轴准直镜3，快轴准直镜2的位置与半导体激光增益芯片1的位置对应，慢轴准直镜3与快轴准直镜2位置对应，零级半波片与慢轴准直镜3位置对应。

快轴准直镜2，用于接收所述激光，并准直所述激光的快轴方向的发散角，得到第一激光；慢轴准直镜3，用于接收所述第一激光，并准直所述光束的慢轴方向的发散角，得到第二激光，所述第二激光包括所述准直后的激光。

在本公开一实施例中，快轴准直镜2、慢轴准直镜3和零级半波片两侧均镀有增透膜。快轴准直镜2、慢轴准直镜3和零级半波片的入射镜面和出射镜面都镀有抗反射膜。

在本公开一实施例中，偏振态调整模块4包括零级半波片，由于反射光栅5对不同波长不同偏振的衍射效率，旋转半波片可以改变输出的偏振光的偏振态，从而补偿不同波长在衍射光栅上的衍射效率的变化，相比于其他使用反射光栅5的可调谐双波长系统，可以精确实现双波长等强度输出。

在本公开一实施例中，反射光栅5为闪耀光栅，所述闪耀光栅的闪耀角度随入射光入射到所述反射光栅5上时光束的入射角度不同而不同，所述入射角度与所述闪耀角度之间的差值小于3度。

在本公开一实施例中，全反射镜6在预设角度范围内可转动，以实现改变第一指定波长的衍射光反射回反射光栅5的角度完成不同波长的衍射、易调谐、输出更大范围的可调谐激光等目的。其中，该预设角度范围可以是0-0.5°，还可以是0-1°等等，本公开对此不做限制，可实现上述目的即可，同时保证第一指定波长的衍射光沿第二方向的反方向反射到反射光栅5上。

请参阅3、图4和图5，图3为本申请提供的现有半导体激光器的输出光谱曲线；图4为本申请实施例提供的双波长激光输出装置的激光输出光谱曲线。如图3和图4所示，图3中半导体激光器为单波长输出，图4中本实施例的双波长激光输出装置的输出激光为双波长，由此可以看出本实施例能够提供双波长激光输出。图5为本申请实施例提供的双波长激光输出装置的对应双波长功率曲线图，由此可以看出本实施例能够提供双波长激光等强度输出。

请参阅图6，图6为本申请一实施例提供的控制方法的流程示意图，该方法可应用于图1或图2所示的双波长激光输出装置，该方法主要包括以下步骤：

S601、控制光源模块10输出偏振光；

S602、控制全反射镜6旋转，以改变第一指定波长的衍射光反射回反射光栅5的角度。

在本公开中，该全反射镜6在预设角度范围内可转动，以实现改变第一指定波长的衍射光反射回反射光栅5的角度完成不同波长的衍射、易调谐、输出更大范围的可调谐激光等目的。其中，该预设角度范围可以是0-0.5°，还可以是0-1°等等，本公开对此不做限制，可实现上述目的即可，同时保证第一指定波长的衍射光沿第二方向的反方向反射到反射光栅5上。

在本公开其中一个实施例中，当所述光源模块10包括零级半波片时，所述方法还包括：控制零级半波片旋转，以改变偏振光的偏振态。

在本公开中，由于反射光栅5对不同波长不同偏振的衍射效率，旋转半波片可以改变输出的偏振光的偏振态，从而补偿不同波长在衍射光栅上的衍射效率的变化，相比于其他使用反射光栅5的可调谐双波长系统，可以精确实现双波长等强度输出。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的一种双波长激光输出装置及方法、半导体激光器的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。