一種半導體激光器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種半導體激光器，包括隔振平臺和半導體激光器本體，所述隔振平臺包括氣墊式隔振平臺、磁鐵板塊，所述磁鐵板塊設有兩塊，分別為第一磁鐵板塊和第二磁鐵板塊，所述第一磁鐵板塊的極性、形狀和大小與所述第二磁鐵板塊的極性、形狀和大小分別相同，所述第一磁鐵板塊位于氣墊式隔振平臺上，所述第二磁鐵板塊懸浮在所述第一磁鐵板塊的上方，所述半導體激光器本體固定在所述第二磁鐵板塊上。本實用新型采用“磁懸浮”式的氣墊隔振平臺，這種隔振平臺是非接觸類的，也就是說它沒有與地面直接接觸，而是通過磁場與磁場的相互作用而與地面隔離，進而受到地面自然振動的影響極小，進而巧妙地避免了地面振動對半導體激光器線寬的影響。
【專利說明】一種半導體激光器
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及激光器件，具體的涉及一種半導體激光器。
【背景技術】
[0002] 半導體激光器由于具有電光直接轉換，體積小，壽命長等優點，已經廣泛應用于 許多領域，然而其線寬通常比較大，例如分布反饋（DFB)半導體激光器的線寬在MHz量級， 而光纖傳導等領域對光信號的相干性要求很高，需要幾十千赫茲的量級；最近20多年來， 如何減小半導體激光器的線寬成為各國科學家研究的，尤其在原子鐘領域，對于激光的線 寬要求非常嚴格，因此，在窄線寬激光器的應用領域中，激光頻率穩定度是一個極其重要 的指標參數。一般有如下兩種因素會影響半導體激光器的線寬：①由于地面的自然振動引 起的激光線寬的增寬；大地的自然振動也會無可避免地增加半導體激光器的線寬，然而大 地的自然振動又是無法避免的，只能盡量地減小大地振動對半導體激光器的影響，現今普 遍采用的是氣墊隔振平臺，這種方案將極大的減小地面振動對線寬的影響，但是這種做法 還是不夠理想，因為這種氣墊隔振平臺是與地面直接接觸的，因而會隨地面的振動而引起 相應的振動。②電路本身對半導體激光器線寬的影響。 實用新型內容
[0003] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種半導體激光器，能盡可能的減小外界 和電路本身對半導體激光光器線寬的影響。
[0004] 本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下：一種半導體激光器，包括隔振平 臺和半導體激光器本體，所述隔振平臺包括氣墊式隔振平臺、磁鐵板塊，所述磁鐵板塊設有 兩塊，分別為第一磁鐵板塊和第二磁鐵板塊，所述第一磁鐵板塊的極性、形狀和大小與所述 第二磁鐵板塊的極性、形狀和大小分別相同，所述第一磁鐵板塊位于所述氣墊式隔振平臺 上，所述第二磁鐵板塊懸浮在所述第一磁鐵板塊的上方，所述半導體激光器本體固定在所 述第二磁鐵板塊上。
[0005] 本實用新型的有益效果是：本實用新型一種半導體激光器采用"磁懸浮"式的氣墊 隔振平臺，這種隔振平臺是非接觸類的，也就是說它沒有與地面直接接觸，而是通過磁場與 磁場的相互作用而與地面隔離，進而受到地面自然振動的影響極小，進而巧妙地避免了地 面振動對半導體激光器線寬的影響。
[0006] 在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。
[0007] 進一步，所述第二磁鐵板塊的上方設有兩個赫姆霍茲線圈，所述兩個赫姆霍茲線 圈的中心在同一條軸線上。
[0008] 采用上述進一步方案的有益效果為：在"磁懸浮"式氣墊隔振平臺的第二磁鐵板塊 的上方放一對赫姆霍茲線圈，使其產生與第一磁鐵板塊在外面產生的磁場的等大反向的磁 場，以抵消第二磁鐵板塊上方的磁場，避免了外界磁場對半導體激光器本體產生的不良影 響。
[0009] 進一步，所述半導體激光器本體內設有穩頻電路，所述穩頻電路包括單頻激光器、 壓電陶瓷晶體、光電探測器、選頻放大器、1kHz正弦波振蕩器、鑒相器、直流放大器和直流電 壓變換器，所述單頻激光器設置在所述壓電陶瓷晶體和所述光電探測器之間，所述光電探 測器、選頻放大器、鑒相器、直流放大器、直流電壓變換器和壓電陶瓷晶體依次相連，且所述 鑒相器通過所述1kHz正弦波振蕩器與所述壓電陶瓷晶體相連。
[0010] 采用上述進一步方案的有益效果為：采用上述所述的一種穩頻電路，可以穩定半 導體激光器本體的頻率，從而避免半導體激光器本體本身的電路對半導體激光器線寬的影 響。
[0011] 進一步，所述壓電陶瓷晶體為圓筒形，在圓筒形壓電陶瓷晶體的內壁和外壁上分 別設有電極。
[0012] 進一步，所述光電探測器為光電二極管或光電管。
[0013] 進一步，所述選頻放大器為雙T型網絡構成的選頻放大器。
[0014] 進一步，所述鑒相器為二極管平衡式鑒相器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型一種半導體激光器的隔震平臺的結構示意圖；
[0016] 圖2現有技術中穩頻電路的原理框圖；
[0017] 圖3雙二次帶通濾波器的電路結構圖；
[0018] 圖4雙二次低通濾波器的電路結構圖；
[0019] 圖5為本實用新型一種半導體激光器的穩頻電路的結構示意圖。
[0020] 附圖中，各標號所代表的部件列表如下：
[0021] 1、氣墊式隔振平臺，2、第一磁鐵板塊，3、第二磁鐵板塊，4、赫姆霍茲線圈。
【具體實施方式】
[0022] 以下結合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用 新型，并非用于限定本實用新型的范圍。
[0023] 如圖1所示，一種半導體激光器，包括隔振平臺和半導體激光器本體，所述隔振平 臺包括氣墊式隔振平臺1、第一磁鐵板塊2、第二磁鐵板塊3,所述第一磁鐵板塊2的極性、 形狀和大小與所述第二磁鐵板塊3的極性、形狀和大小分別相同，所述第一磁鐵板塊2位于 所述氣墊式隔振平臺1上，所述第二磁鐵板塊3懸浮在所述第一磁鐵板塊2的上方，所述半 導體激光器本體固定在所述第二磁鐵板塊2上，所述第二磁鐵板塊2的上方設有兩個赫姆 霍茲線圈4,所述兩個赫姆霍茲線圈4的中心在同一條軸線上。在"磁懸浮"式氣墊隔振平 臺的第二磁鐵板塊3的上方放一對赫姆霍茲線圈4,赫姆霍茲線圈4產生與第一磁鐵板塊 2在外面產生的磁場的等大反向的磁場，以抵消第二磁鐵板塊3上方的磁場，避免了外界磁 場對半導體激光器本體產生的不良影響；半導體激光器采用"磁懸浮"式的氣墊隔振平臺， 這種隔振平臺是非接觸類的，也就是說它沒有與地面直接接觸，而是通過磁場與磁場的相 互作用而與地面隔離，進而受到地面自然振動的影響極小，進而巧妙地避免了地面振動對 半導體激光器線寬的影響。
[0024] 為了穩定半導體激光的頻率，最直接的方法就足把半導體激光的頻率鎖定在一個 穩定的參考源頻率上。現在使用最多的參考頻率源是原子或分子的躍遷線。通過加調制的 方法改變半導體激光器的外腔參數（腔長，光柵轉角等）或其工作電流，工作溫度，使輸出 激光的頻率受到相應的調制，從而在相應的光譜輸出上出現強度變化，然后對光譜強度變 化進行一定處理，得到激光頻率偏移參考中心頻率的信息，在根據此信息由穩頻系統向半 導體激光器反饋入相應的控制參量，用以把輸出光功率控制在參考頻率處。根據以上理論 分析，可以畫出穩頻電路的原理框圖如圖2。整個穩頻電路系統由幾個關鍵電路組成：帶通 濾波放大、信號發生器、鑒相器、低通濾波放大、帶通濾波整形、信號移相。飽和光譜探測的 信號經過充電信號的轉換傳遞到帶通濾波放大，帶通濾波放大是對得到的光電信號進行選 頻放大；信號發生器提供穩頻所需要的調制信號和鑒相參考信號；鑒相器實現參考信號和 鑒頻信號的相乘運算低通濾波放大得到輸入信號的直流成分，作為誤差信號與調制信號經 過加法器相加后一起輸出到PZT高壓驅動器；帶通濾波整形是為了得到諧波抑制比很高得 到的正弦信號；信號移相是對信號的相位進行移動，且保持幅值不變。在圖2中，關鍵的電 路為分析如下：
[0025] 帶通濾波電路
[0026] 帶通濾波器采用雙二次帶通濾波器，其電路結構如圖3所示。其傳遞函數為：
[0027] ^ ---F Λ' + Bs + w0 1 ?
[0028] 式中：G =貧』=Η0 = · Q值可以達至IJ 100以上，同時具有良好的穩 定性。增益由Ri調節，帶寬B即Q值由R2調節，中心頻率W(l由R3調節。
[0029] 低通濾波電路
[0030] 低通濾波電路采用雙二次低通濾波器，其電路結構如圖4所示。只要將帶通濾波 電路中的C與R 5對調即為參考電路圖，傳遞函數為： η ? , (為
[0031] //(.ν)^-~ · s~ +^$ + 50 1 1 i?
[0032] 將(：和& 都歸一化，=
[0033] 電路的調節很方便，改變&影響增益，改變R2影響通帶響應，改變R 3影響截止頻 率。
[0034] 圖5為本實施例一種半導體激光器的穩頻電路的結構示意圖，所述半導體激光器 本體內設有穩頻電路，所述穩頻電路包括單頻激光器、壓電陶瓷晶體、光電探測器、選頻放 大器、1kHz正弦波振蕩器、鑒相器、直流放大器和直流電壓變換器，所述單頻激光器設置在 所述壓電陶瓷晶體和所述光電探測器之間，所述光電探測器、選頻放大器、鑒相器、直流放 大器、直流電壓變換器和壓電陶瓷晶體依次相連，且所述鑒相器通過所述1kHz正弦波振蕩 器與所述壓電陶瓷晶體相連。
[0035] 所述壓電陶瓷晶體為圓筒形，有一定的厚度，在筒的內側和外側上加有電極，所述 光電探測器把單頻激光器發出的激光信號轉變為電信號，由于壓電陶瓷晶體上加有1kHz 的振蕩電壓，因此激光信號被壓電陶瓷晶體上的振蕩電壓調制，落在光電探測器上的激光 信號是一直流調制信號，調制頻率為1kHz，所述光電探測器一般選用光電二極管或光電管， 所述選頻放大器常采用雙T形網絡構成選頻放大器，對光電探測器的輸出信號（1kHz)進行 放大；所述1kHz正弦波振蕩器可由雙T形網絡和運算放大器構成；所述鑒相器是鎖相環的 重要部件，它的作用是把來自選頻放大器和正弦波振蕩器的兩個信號的相位進行比較，以 電壓形式反映二者的相位差。二極管平衡式鑒相器是常采用的電路之一；所述直流放大器 把鑒相器輸出的誤差電壓進行放大，要求直流放大器的放大倍數高且漂移小，可采用相應 的集成運算放大器。所述直流電壓變換器把經直流放大器放大的誤差電壓轉換成方波信 號，去控制所述壓電陶瓷晶體。所以，利用圖5所示的穩頻電路可以達到穩頻目的。
[0036] 對于典型的AlGaAs半導體激光器，調頻信號頻率小于1MHz時，輸出激光的頻率隨 注入電流的變化率約為3GHz / mA ;調頻信號頻率在1MHz?3GHz之間時，輸出激光頻率的 變化率約為-300MHz / mA。
[0037] 另外，根據穩頻要求，由電流變化引起的激光器輸出頻率變化應該小于幾個兆 赫茲。如果電流的紋波小于luA，這樣由電流引起的最大頻率變化為Au=AIX3GHz / mA=3MHz。本實施例還采用串聯負反饋電路設計電流源電路。其具體測試結果：（1)電流 噪聲：輸出電流100mA，電流信號紋波小于luV，據此可以估算出穩流源的輸出電流噪聲在 luV / 20Ω以內，g卩小于50nA，所以，電流噪聲應該在10_7數量級，由此造成的激光頻率抖 動小于1MHz ; (2)穩定度：輸出電流為100mA，采樣電阻為R27 = 20 Ω，在電流源開始穩定工 作后，采樣電阻上的電壓漂移為±l〇uV，換算成電流的漂移只有±500nA，所以輸出電流的 穩定度為1〇_ 6,由此可知，采用串聯負反饋的電流源電路作為控流電路，可以減少電路的漂 移，即減小電流的變化，從而減小半導體激光器輸出頻率的變化，進而避免對半導體激光器 線寬的影響。
[0038] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用 新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保 護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種半導體激光器，其特征在于：包括隔振平臺和半導體激光器本體，所述隔振平 臺包括氣墊式隔振平臺、磁鐵板塊，所述磁鐵板塊設有兩塊，分別為第一磁鐵板塊和第二磁 鐵板塊，所述第一磁鐵板塊的極性、形狀和大小與所述第二磁鐵板塊的極性、形狀和大小分 別相同，所述第一磁鐵板塊位于所述氣墊式隔振平臺上，所述第二磁鐵板塊懸浮在所述第 一磁鐵板塊的上方，所述半導體激光器本體固定在所述第二磁鐵板塊上。
2. 根據權利要求1所述的一種半導體激光器，其特征在于：所述第二磁鐵板塊的上方 設有兩個赫姆霍茲線圈，所述兩個赫姆霍茲線圈的中心在同一條軸線上。
3. 根據權利要求1或2所述的一種半導體激光器，其特征在于：所述半導體激光器本 體內設有穩頻電路，所述穩頻電路包括單頻激光器、壓電陶瓷晶體、光電探測器、選頻放大 器、1kHz正弦波振蕩器、鑒相器、直流放大器和直流電壓變換器，所述單頻激光器設置在所 述壓電陶瓷晶體和所述光電探測器之間，所述光電探測器、選頻放大器、鑒相器、直流放大 器、直流電壓變換器和壓電陶瓷晶體依次相連，且所述鑒相器通過所述1kHz正弦波振蕩器 與所述壓電陶瓷晶體相連。
4. 根據權利要求3所述的一種半導體激光器，其特征在于：所述壓電陶瓷晶體為圓筒 形，在圓筒形壓電陶瓷晶體的內壁和外壁上分別設有電極。
5. 根據權利要求3所述的一種半導體激光器，其特征在于：所述光電探測器為光電二 極管或光電管。
6. 根據權利要求3所述的一種半導體激光器，其特征在于：所述選頻放大器為雙T型 網絡構成的選頻放大器。
7. 根據權利要求3所述的一種半導體激光器，其特征在于：所述鑒相器為二極管平衡 式鑒相器。
【文檔編號】H01S5/022GK203883308SQ201420195151
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月21日 優先權日:2014年4月21日
【發明者】雷海東, 魏潔, 張明, 朱紫洪 申請人:江漢大學