一種外腔調(diào)諧激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及外腔調(diào)諧激光器領(lǐng)域，尤其涉及的是一種可用于激光雷達(dá)系統(tǒng)的高性價(jià)比外腔調(diào)諧激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]外腔調(diào)諧激光器是光通信、光譜學(xué)、激光雷達(dá)、光學(xué)相干斷層掃描等領(lǐng)域的關(guān)鍵器件。基于半導(dǎo)體增益芯片的外腔調(diào)諧激光器由于具有相對高的集成度與相對簡單的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)而被廣泛研究與應(yīng)用，其傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括Littman和Littrow兩種設(shè)計(jì)。Littrow設(shè)計(jì)是通過調(diào)節(jié)光柵與入射激光夾角，實(shí)現(xiàn)波長選擇性反饋回激光增益芯片，這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是出射光方向不是固定的，對后續(xù)光路搭建造成極大不便。而Littman結(jié)構(gòu)是通過調(diào)整外腔反射鏡與光柵的相對夾角，從一級衍射光斑選擇不同波長反饋回激光增益區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)外腔調(diào)諧。Littman結(jié)構(gòu)因?yàn)槌錾浞较蚴枪鈻帕慵壯苌浞较?，所以波長調(diào)諧不影響激光出射方向，克服了 Littrow方案中的問題。但是Littman結(jié)構(gòu)為了克服激光調(diào)諧過程中跳模導(dǎo)致波長調(diào)節(jié)不連續(xù)的問題，反射鏡的調(diào)節(jié)機(jī)械裝置，需要將一個(gè)長臂電機(jī)精準(zhǔn)放置于光路中，其誤差范圍不能超過20-50微米，因此機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定性會(huì)極大影響調(diào)諧性能，特別是在部分復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)用，例如車載激光雷達(dá)，震動(dòng)、撞擊都有可能改變光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)。除了這兩種激光調(diào)諧方案，還有基于液晶相位陣列平面、基于細(xì)縫選擇透光、基于光學(xué)晶體、基于MEMS微鏡陣列等外腔激光調(diào)諧方案。這些方案針對不同的應(yīng)用皆各自有優(yōu)缺點(diǎn)。基于液晶相位陣列平面的調(diào)諧方案中液晶的引入增加了激光的腔內(nèi)損耗，增大激光閾值。基于細(xì)縫的波長選擇方法，精度受限于細(xì)縫的加工寬度，而且細(xì)縫后的凹面鏡將光反射回微縫隙時(shí)會(huì)引入損耗。基于MEMS微鏡陣列除了成本高昂，幀切換速度較慢導(dǎo)致系統(tǒng)整體速度低下，無法適應(yīng)激光雷達(dá)這種要求快速掃描獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)的應(yīng)用。
[0003]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種具有很大設(shè)計(jì)彈性、速度較高、成本較低的外腔調(diào)諧激光器。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案如下:一種外腔調(diào)諧激光器，包括用于對激光進(jìn)行波長增益的激光增益芯片、對激光光束進(jìn)行準(zhǔn)直的準(zhǔn)直透鏡、對準(zhǔn)直后的激光分光產(chǎn)生一級衍射光和零級衍射光的光柵、對一級衍射光進(jìn)行聚光透射的聚焦透鏡、用于對聚光透射后的一級衍射光進(jìn)行反射的反射鏡、以及用于帶動(dòng)反射鏡進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的電機(jī)；其中，反射鏡上還設(shè)置有鍍金屬細(xì)線區(qū)域圖案。
[0006]應(yīng)用于上述技術(shù)方案，所述的外腔調(diào)諧激光器中，激光增益芯片由半導(dǎo)體法布里泊羅波導(dǎo)構(gòu)成，其后端面設(shè)置有高反射(HR)膜，前端面設(shè)置有減反射(AR)膜。
[0007]應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的外腔調(diào)諧激光器中，激光增益芯片的增益去中心波長為810nm，其增益波長可調(diào)范圍為780nm_840nm。
[0008]應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的外腔調(diào)諧激光器中，光柵設(shè)置為閃耀光柵或者全息光柵。
[0009]應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的外腔調(diào)諧激光器中，閃耀光柵為1200線/毫米的閃耀光柵。
[0010]應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的外腔調(diào)諧激光器中，鍍金屬細(xì)線區(qū)域圖案為采用線寬為20微米的鍍金屬細(xì)線構(gòu)成圖案而成。
[0011]應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的外腔調(diào)諧激光器中，反射鏡采用硅材料作為襯底，其中，包括藍(lán)寶石、石英玻璃、硅、亞克力膠，并且，其鍍金屬細(xì)線區(qū)域圖案為采用金、或銀、或鋁金屬薄膜鍍膜而成。
[0012]應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的外腔調(diào)諧激光器中，電機(jī)與反射鏡采用粘合的方式連接固定，并且，電機(jī)選取伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)。
[0013]應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的外腔調(diào)諧激光器中，反射鏡上設(shè)置的鍍金屬細(xì)線區(qū)域圖案為采用兩條平行的金屬曲線或者單條金屬曲線所構(gòu)成的圖案。
[0014]采用上述方案，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)在于:
(I)外腔反射鏡通過微加工工藝制作而成，通過微加工形成鍍金屬細(xì)線區(qū)域圖案，其窄線寬特性使得激光器獲得非常窄帶寬輸出光譜，提高調(diào)諧精度與解析度。
[0015](2)通過電機(jī)帶動(dòng)反射鏡進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描，其掃頻速度由帶圖案的反射鏡的度圖案精與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的速度共同決定。這一有點(diǎn)對于需要掃頻的激光雷達(dá)方案顯得尤為明顯，例如假設(shè)采用3000rpm的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，而假設(shè)微加工所得到的帶圖案反射鏡，以1mm的半徑每旋轉(zhuǎn)一圈360度分布了 3000個(gè)頻率采樣點(diǎn)，該設(shè)定下可以實(shí)現(xiàn)150kHz的頻率掃描速度，而對微加工的精度大概只有20微米。該速度大大由于采用切換幀的MEMS微鏡陣列外腔激光方案，其幀切換速度大概只有6~10kHz。
[0016](3)鍍金屬細(xì)線區(qū)域圖案可隨意設(shè)計(jì)，因此可以大大增加設(shè)計(jì)的彈性，解決部分在傳統(tǒng)調(diào)諧方法中沒法克服的問題，例如調(diào)諧非線性、多波長發(fā)射等問題。
[0017](4)本發(fā)明的外腔調(diào)諧激光器，整體制作成本較低，特別是對于可以長期只使用同一種外腔反射鏡圖案的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用場合，例如光學(xué)調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)。而相比具有同樣掃頻速度的外腔調(diào)諧激光例如基于電光晶體的外腔調(diào)諧激光器，本發(fā)明的方案更加具有成本優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明中線性調(diào)頻反射鏡圖案；
圖3是本發(fā)明中圖2所示圖案得到的掃頻曲線；
圖4是本發(fā)明雙波長調(diào)頻反射鏡圖案；
圖5是本發(fā)明圖4所示圖案得到的波長隨時(shí)間變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下本發(fā)明結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020]本發(fā)明可以微加工的方法制作帶圖案的外腔反射鏡，即在反射鏡上設(shè)置有鍍金屬細(xì)線區(qū)域圖案、以及激光光照區(qū)域，鍍金屬細(xì)線區(qū)域圖案可以根據(jù)需要設(shè)置圖案和鍍金屬細(xì)線的線寬，從而為外腔調(diào)諧激光器提供彈性的波長調(diào)節(jié)機(jī)制，制作而成的外腔調(diào)諧激光