本发明涉及基于五角棱镜旋转的可调谐式外腔半导体激光器。
背景技术：
1、窄线宽外腔半导体激光器具体结构紧紧凑、低相位噪声、可调谐性及具有直接调制能力等特点。而随着窄线宽半导体激光器的研发日趋成熟，性能逐步提高，其应用领域也更加广泛，目前，已成为众多领域的核心基础光源，除可用于激光冷却、高分辨率光谱学等基础研究外，还可广用于光通信、激光雷达探测等领域。
2、外腔半导体激光器是在原有半导体激光器的基础上引入外腔结构，从而达到改善激光器性能、选频等作用。外腔结构是指使用反射镜或光栅等光学反馈元件在激光二极管(ld)外部构建谐振腔。
3、外腔半导体激光器基本模型如图所示，其中，半导体激光器自身的谐振腔为内腔，r1、r2、r3分别表示腔表面的反射率，l表示ld的长度(内腔长度)，d表示从芯片的右侧面到外腔镜的距离(外腔长度)。基础此模型，可构建其他更为复杂的外腔结构。
4、常见的外腔半导体激光器结构包括littrow、littman-metcal、猫眼结构等。使用反射光栅、布拉格光栅、微谐振器和干涉滤光片等用于波长选择。如图3所示，为littrow结构外腔半导体激光器，ld的光经准直透镜准之后输出至衍射光栅上，衍射光栅产生的一级衍射光沿原路返回，与激光管外表面间振荡形成外腔反馈，零级衍射光作为输出光，通过调节衍射光栅相对于入射光的角度，改变激光的输出波长。littman-metcal结构是在littrow结构基础上增加反射镜，一级衍射光经反射镜反射后发生第二次衍射并形成谐振腔，通过调节反射镜的角度改变输出波长。这两种结构各有优缺点，littrow结构外腔半导体激光器的结构简单、体积小、成本低，但调节衍射光栅波长改变的同时，输出光的方向也会随之变化，对于实际应用十分不便。littman结构激光器输出光方向固定，且经过两次衍射，线宽相对较窄，但输出功率也较小。还有如图5所示，以干涉滤波片为选频元件的常见外腔半导体激光器结构。
5、2020年，中国科学院时间频率基准重点实验室张林波等研究了利用粘在压电陶瓷上的部分反射镜提供光反馈的干涉滤波片型外腔半导体激光器，这种固定方式及反馈方法易受到机械振动及温度变化的影响，从而影响激光输出波长的稳定性。
6、2019年王彦等制备了一种具有超高边模抑制比(smsr)的宽可调谐外腔二极管激光器(ecdl)，结果表明，在littrow构型中，通过增加光栅的沟槽密度可以提高外腔激光器的性能，当在外腔激光系统中使用一级衍射效率为91％的65l/mm光栅时，最大smsr可以达到209db，可调谐范围为209.9nm。
7、2023年，盛立文等采用机械刻划闪耀光栅作为外腔反馈元件设计了一台基于littman结构的窄线宽外腔可调谐半导体激光器，实现了1480-1580nm的宽调谐范围、无模式跳变的线宽小于98.27khz的激光输出。
8、尽管近年来以littrow、littman-metcal及猫眼结构为基础的激光器在性能上有了很多优化，但仍存在许多问题。如littrow结构激光器，调节激光器波长时，会导致输出光随衍射光栅转动，为使用带来极大不便，littman-metcal结构激光器由于发生了两次衍射，输出功率大大降低，且其结构复杂，成本昂贵。另外还有以干涉片为选频元件猫眼结构激光器，由一准直透镜和反射镜组成猫眼结构，其通过调节干涉滤波片调节波长外，通常还需在反射镜前加一压电陶瓷用于细调波长，调节时由于压电陶瓷的形变，导致压电陶瓷至准直透镜的距离发生变化，从而造成激光发散，也会对反馈造成影响，引起功率变化等。以及专利cn 114899704a提到的基于角锥阵列外腔反射镜的干涉片激光器，使用角锥阵列进行反馈时，光路不能完全按原路返回，而是存在一段平移距离，无法使反馈有较好状态。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的输出光角度变化及改变波长时激光发散、反馈变差从而引起使用不便、结构复杂、稳定性差的问题，而提出的基于五角棱镜旋转的可调谐式外腔半导体激光器。
2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：基于五角棱镜旋转的可调谐式外腔半导体激光器，包括位于激光二极管、准直透镜、干涉滤波片和五角棱镜，激光二极管、准直透镜、干涉滤波片和五角棱镜依次位于同一轴线上的，干涉滤波片包括可旋转结构；五角棱镜可基于入射面中心为中心旋转，激光二极管的激光经过准直透镜准直后通过干涉滤波片滤波，之后经过五角棱镜射出。
3、进一步的，五角棱镜其中一个内角为90°，其余四个内角均为112.5°，五面中有两面为全反射面。
4、进一步的，准直透镜为非球面透镜，位于激光二极管出光光路处，用于对激光二极管进行准直。
5、进一步的，激光二极管通过半导体制冷片控温，半导体制冷片位于激光二极管底部，使激光二极管在稳定且适宜温度下工作。
6、进一步的，五角棱镜和部分反射镜镀膜波长与激光二极管输出的中心波长一致，反射率为10％-60％。
7、进一步的，所述干涉滤波片为带通滤波片。
8、进一步的，压电陶瓷一端紧贴五角棱镜的出射面；压电陶瓷为环状，激光从中间通过。
9、进一步的，五角棱镜的出射面处还设有部分反射镜。
10、进一步的，部分反射镜粘合压电陶瓷另一端。
11、进一步的，通过环氧树脂胶将部分反射镜与压电陶瓷粘合。
12、本发明的有益效果是：五角棱镜的作用是，无论入射光相对于棱镜的入射角度是多少，都可以使出射光相对于入射光偏转90°，且所成的象既无旋转也无镜面反射。因此使用五角棱镜作为半导体激光器的反馈元件，不仅能够保证光出射时角度不发生变化，同时还可以通过调节激光相对五角棱镜的入射角度改变激光输出波长，由于仅改变激光光程，波长改变时，光路始终按原路返回，因此不会对激光反馈的好坏及激光发散角造成影响，也不需进行二次准直。由此可见，使用五角棱镜这一单一光学元件，能够实现反馈和调节波长两种功能，同时，能够始终保持反馈处于最好状态。作为反馈元件的激光器结构简单、元器件成本低、稳定性高，能够实现高稳定性的窄线宽外腔半导体激光器。
1.基于五角棱镜旋转的可调谐式外腔半导体激光器，包括位于激光二极管、准直透镜、干涉滤波片和五角棱镜，其特征在于：激光二极管、准直透镜、干涉滤波片和五角棱镜依次位于同一轴线上的，干涉滤波片包括可旋转结构；五角棱镜基于五角棱镜的入射面中心为中心旋转，激光二极管的激光经过准直透镜准直后通过干涉滤波片滤波，之后经过五角棱镜射出。
2.根据权利要求1所述的基于五角棱镜旋转的可调谐式外腔半导体激光器，其特征在于：五角棱镜其中一个内角为90°，其余四个内角均为112.5°，五面中有两面为全反射面。
3.根据权利要求1所述的基于五角棱镜旋转的可调谐式外腔半导体激光器，其特征在于：所述准直透镜为非球面透镜，位于激光二极管出光光路处，用于对激光二极管进行准直。
4.根据权利要求1所述的基于五角棱镜旋转的可调谐式外腔半导体激光器，其特征在于：激光二极管通过半导体制冷片控温，半导体制冷片位于激光二极管底部，使激光二极管在稳定且适宜温度下工作。
5.根据权利要求1所述的基于五角棱镜旋转的可调谐式外腔半导体激光器，其特征在于：五角棱镜和部分反射镜镀膜波长与激光二极管输出的中心波长一致，反射率为10％-60％。
6.根据权利要求1所述的基于五角棱镜旋转的可调谐式外腔半导体激光器，其特征在于：所述干涉滤波片为带通滤波片。
7.根据权利要求1所述的基于五角棱镜旋转的可调谐式外腔半导体激光器，其特征在于：压电陶瓷一端紧贴五角棱镜的出射面；压电陶瓷为环状，激光从中间通过。
8.根据权利要求7所述的基于五角棱镜旋转的可调谐式外腔半导体激光器，其特征在于：五角棱镜的出射面处还设有部分反射镜。
9.根据权利要求8所述的基于五角棱镜旋转的可调谐式外腔半导体激光器，其特征在于：部分反射镜粘合压电陶瓷另一端。
10.根据权利要求9所述的基于五角棱镜旋转的可调谐式外腔半导体激光器，其特征在于：通过环氧树脂胶将部分反射镜与压电陶瓷粘合。
