本发明涉及激光器领域，特别涉及一种可调谐激光器。
背景技术：
：随着社会各行业即将进入智能时代，人们对激光器的性能提出了更高的要求。例如相干光谱分析、相干光通信、光纤传感动、光学测量等相关领域对激光器的线宽、频率噪声要求更为严格。较高的光功率和较窄的线宽可以提高相干通信系统的传输容量和光学测量系统的测试精度。在光纤传感系统中，系统不仅要求光源具有较窄线宽，而且还要求具有很高的频率稳定性。而要实现激光器具有低噪声、窄线宽、小体积、低成本和长寿命等优点，窄线宽外腔半导体激光器是非常好的方案，其可由电流直接驱动、成熟的封装工艺，可实现大规模量产，具有明显优势。近年来，国内外部分研究机构在窄线宽外腔半导体激光器的研究中取的快速发展。如何实现窄线宽外腔半导体激光器的国产化，制造具有可调谐功能的激光器亟待解决。技术实现要素：本发明提出一种可调谐激光器，旨在解决可调谐激光器调谐设计制造的问题。本发明提出一种可调谐激光器，包括：封装管壳，内部形成一封装腔，封装管壳的一侧形成一输出端；制冷器，安装至封装腔的底壁面上；热沉垫块，安装至制冷器的端面上，热沉垫块背向制冷器的端面上形成一安装面；以及，谐振腔结构，包括沿远离输出端的方向依次安装至安装面的布拉格光栅、耦合透镜以及增益芯片；其中，布拉格光栅用以实现可调谐功能。可选的，布拉格光栅包括：基底层，具有一光刻面；波导芯层，设于光刻面上，波导芯层内用以光波传播；上包层，设于波导芯层的外侧面上，呈包覆波导芯层设置；以及，温控层，设于上包层背向波导芯层的侧壁面上，温控层用以控制温度变化。可选的，沿背向上包层的方向，温控层依次包括引线层以及电极层。可选的，增益芯片为半导体增益芯片。可选的，半导体增益具有呈相对设置的两端面，其中之一端面上镀设有高反射膜，另一端面上镀有增透膜。可选的，封装管壳为蝶形封装管壳。可选的，封装管壳上形成有多个引脚；可调谐激光器还包括连接金线，制冷器、布拉格光栅以及增益芯片通过连接金线连接至多个引脚。可选的，制冷器为半导体制冷器。可选的，布拉格光栅朝向输出端的一端形成有一安装端口；可调谐激光器还包括连接光纤，连接光纤的连接头安装至安装端口内。可选的，耦合透镜为凸透镜。在本发明提供的技术方案中，在封装腔内设置谐振腔结构，包括布拉格光栅、耦合透镜以及增益芯片，利用制作的集成电极的布拉格波导光栅的热光效应实现可调谐功能，布拉格波导光栅的反射特性不仅能够实现单频窄线宽、低噪声的激光输出；布拉格光栅作为一个反射面，与增益芯片一起构成激光器的谐振腔，开发成本低，工艺精度高，且结构安装不复杂，产品一致性较好和适合大规模生产。附图说明图1为本发明提供的可调谐激光器的一实施例的结构示意图；图2为图1中布拉格光栅的一实施例的结构示意图；图3为本发明提供的可调谐激光器的liv测试曲线图；图4为本发明提供的可调谐激光器的功率波长测试曲线图；图5为本发明提供的可调谐激光器的频率线宽测试曲线图；图6位本发明提供的可调谐激光器的相对强度噪声测试曲线图。附图标号说明：标号名称标号名称100可调谐激光器413上包层1封装管壳4141引线层2制冷器4142电极层3热沉垫块42耦合透镜41布拉格光栅43增益芯片411基底层5连接光纤412波导芯层具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本发明提供一种可调谐激光器100，旨在解决可调谐激光器调谐设计制造的问题，其中，图1至图6为本发明提供的一实施例。请参阅图1，本发明提供一种可调谐激光器100，包括封装管壳1、制冷器2、热沉垫块3以及谐振腔结构；封装管壳1内部形成一封装腔，封装管壳1的一侧形成一输出端；制冷器2安装至封装腔的底壁面上；热沉垫块3安装至制冷器2的端面上，热沉垫块3背向制冷器2的端面上形成一安装面；谐振腔结构包括沿远离输出端的方向依次安装至安装面的布拉格光栅41、耦合透镜42以及增益芯片43；其中，布拉格光栅41用以实现可调谐功能。在本发明提供的实施例中，在封装腔内设置谐振腔结构，包括布拉格光栅41、耦合透镜42以及增益芯片43，利用制作的集成电极的布拉格波导光栅41的热光效应实现可调谐功能，布拉格波导光栅41的反射特性能够实现单频窄线宽、低噪声的激光输出；布拉格光栅41作为一个反射面，与增益芯片43一起构成激光器的谐振腔，开发成本低，工艺精度高，且结构安装不复杂，产品一致性较好和适合大规模生产。进一步的，请参阅图2，在本实施例中，布拉格光41包括基底层411、波导芯层412、上包层413以及温控层；基底层411具有一光刻面；波导芯层412设于光刻面上，波导芯层412内用以光波传播；上包层413设于波导芯层412的外侧面上，呈包覆波导芯层412设置；温控层设于上包层413背向波导芯层412的侧壁面上，温控层用以控制温度变化。在实施例中，波导芯层412设于基底层411与上包层413之间，光波在波导芯层412内折射传播，温控层控制温度变化，通过热光效应，温度越高，折射率会增大，改变波导芯层412的折射率，进而控制波导芯层412的延时可调节，以实现可调谐功能。具体的，温控层的有多种设置方式，例如设置有电阻发热丝等，在本实施例中，沿背向上包层413的方向，温控层依次包括引线层4141以及电极层4142。通过引线层4141以及电极层4142接入至外界电路，以产生热量实现热光效应，且由于通过电极与引线的配合，使得温控层的热量变化更为精准可控。需要说明的是，引线层4141的材质为钨和钛；电极层4142的材质为铬和金。以便于产热。另一方面，在本实施例中，增益芯片43为半导体增益芯片。低噪音，高增益。进一步的，半导体增益芯片具有呈相对设置的两端面，其中之一端面上镀设有高反射膜，另一端面上镀有增透膜。通过高反射膜减小腔内损耗，增大输出光功率，通过增透膜减小端面反射，降低有源腔内的fp效应。在本实施例中，封装管壳1为蝶形封装管壳。以便于后续配合安装。在本实施例中，封装管壳1为14pin的蝶形封装管壳。具体的，封装管壳1上形成有多个引脚；可调谐激光器100还包括连接金线，制冷器2、布拉格光栅41以及增益芯片43通过连接金线连接至多个引脚。以便于通过引脚连接至外界元件。在本发明提供的具体实施例中，制冷器2为半导体制冷器。以便于控制温度。布拉格光栅41朝向输出端的一端形成有一安装端口；可调谐激光器100还包括连接光纤5，连接光纤5的连接头安装至安装端口内。通过连接光纤5引出封装管壳1外部。在本实施例中，耦合透镜42为凸透镜。在本实施例中，由修正后的schawlow-townes方程可得半导体激光器的线宽为：其中，va为有源区的群速度；γxy为横向限制因子；gth为阈值增益；np为腔内光子密度；vp为谐振腔内体积；nsp为粒子数反转因子；αh为线宽增强因子；na(np)是有源(无源)腔的群折射率；la(lp)为有源(无源)腔长。由方程可知，谐振腔的有源区长度越长、损耗越低和激光器的输出光越高，激光器的线宽也就越窄。另外，布拉格波导光栅的反射方程为：mλ＝2λneff式中：λ为反射波长，λ为光栅的周期，neff为波导的有效折射率。根据上述两个相关公式，本发明提供一种具体实施例，在本实施例中，增益芯片43腔长为1mm；布拉格光栅41长度为840μm，光栅周期为4.82μm；请参阅图3，基于布拉格光栅41的窄线宽外腔半导体激光器的liv曲线，激光器的阈值电流为36ma，而饱和输出工作电流为450ma。liv曲线中出现的转折点是由于在该工作电流和温度下，模式跳变过程中出现多纵模造成的。请参阅图4，通过光谱分辨率0.02nm的光谱分析仪测得到激光器在工作电流300ma和工作温度25℃下输出光谱。激光器输出波长为1548.96nm，边摸抑制比52db，输出光功率为22.7mw。请参阅图5，线宽、频率噪声和相对强度噪声是表征激光器性能的重要指标。为了测试激光器线宽，除了传统的延迟自外差法外，还可利用频率噪声中的白噪声和1/f噪声分别诱导不同激光线型的理论而确定激光线宽。通过测试频率噪声得到在工作电流300ma下最小积分线宽17.5khz\10khz，洛伦兹线宽为2.9khz\白噪声。请参阅图6，本发明提供的实施例中，相对强度噪声≤-150db·hz-1\10khz，此性能满足大部分高精度激光器的需求。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种可调谐激光器，其特征在于，包括：
封装管壳，内部形成一封装腔，所述封装管壳的一侧形成一输出端；
制冷器，安装至所述封装腔的底壁面上；
热沉垫块，安装至所述制冷器的端面上，所述热沉垫块背向所述制冷器的端面上形成一安装面；以及，
谐振腔结构，包括沿远离所述输出端的方向依次安装至所述安装面的布拉格光栅、耦合透镜以及增益芯片；
其中，所述布拉格光栅用以实现可调谐功能。
2.如权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，所述布拉格光栅包括：
基底层，具有一光刻面；
波导芯层，设于所述光刻面上，所述波导芯层内用以光波传播；
上包层，设于所述波导芯层的外侧面上，呈包覆所述波导芯层设置；以及，
温控层，设于所述上包层背向所述波导芯层的侧壁面上，所述温控层用以控制温度变化。
3.如权利要求2所述的可调谐激光器，其特征在于，沿背向所述上包层的方向，所述温控层依次包括引线层以及电极层。
4.如权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，所述增益芯片为半导体增益芯片。
5.如权利要求4所述的可调谐激光器，其特征在于，所述半导体增益芯片具有呈相对设置的两端面，其中之一所述端面上镀设有高反射膜，另一所述端面上镀有增透膜。
6.如权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，所述封装管壳为蝶形封装管壳。
7.如权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，所述封装管壳上形成有多个引脚；
所述可调谐激光器还包括连接金线，所述制冷器、所述布拉格光栅以及所述增益芯片通过所述连接金线连接至多个所述引脚。
8.如权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，所述制冷器为半导体制冷器。
9.如权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，所述布拉格光栅朝向所述输出端的一端形成有一安装端口；
所述可调谐激光器还包括连接光纤，所述连接光纤的连接头安装至所述安装端口内。
10.如权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，所述耦合透镜为凸透镜。
技术总结本发明提供了一种可调谐激光器，包括封装管壳、制冷器、热沉垫块、谐振腔结构；封装管壳内部形成一封装腔，封装管壳的一侧形成一输出端；制冷器安装至封装腔的底壁面上；热沉垫块安装至制冷器的端面上，热沉垫块背向制冷器的端面上形成一安装面；谐振腔结构包括沿远离输出端的方向依次安装至安装面的布拉格光栅、耦合透镜以及增益芯片。封装腔内设置谐振腔结构，利用制作的集成电极的布拉格波导光栅的热光效应实现可调谐功能，布拉格波导光栅的反射特性不仅能够实现单频窄线宽、低噪声的激光输出；布拉格光栅作为一个反射面，与增益芯片一起构成激光器的谐振腔，开发成本低，工艺精度高，且结构安装不复杂，产品一致性较好和适合大规模生产。
技术研发人员：尹小杰;吴丹;张家顺;王亮亮;王玥;安俊明
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：2021.05.08
技术公布日：2021.08.03
