专利名称：闪耀光栅外腔半导体激光器及其准直方法
闪耀光栅外腔半导体激光器及其准直方法技术领域
本发明设计半导体激光器的光束准直领域，尤其涉及均勻度与平行度好、需要 自适应同轴调节以及能量转换效率高的闪耀光栅外腔半导体激光器的准直。
背景技术：
单管半导体激光器输出光束在空间中是呈现发散的椭圆分布，在很多应用领域 中，都需要将输出的光束进行整形，使其成为均勻圆形平行光束。半导体激光器的腔长 短，所以本征线宽较宽，很容易造成模式不稳定，严重影响了输出激光的光谱特性。作 为改进方法，在半导体激光器的谐振腔外在加一个反馈元件(闪耀光栅)，形成外腔，将 部分输出光反馈回有源区进行耦合。这种外腔结构可以成倍地加大有效腔长，从而大幅 度压窄线宽。但是，激光器发出的光需要先进行准直，然后入射到闪耀光栅。一般常仅 采用非球面透镜或正透镜与双胶合弯月透镜构成准直系统直接进行准直。但是，激光发 出的光进过这些准直系统准直后，光强度的均勻性不高，仍然无法解决光强均勻性的问 题。而且激光器与准直透镜的同轴性调节很困难，该准直系统不稳定。发明内容
有鉴于此，本发明主要在于提供一种闪耀光栅半导体激光器中的准直方法，以 使发射光强度进行均勻化、平行化处理，同时由于采用的准直系统，使同轴性调节更加 容易，并且准直系统稳定，仍然保持了高能量转换效率。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下
本发明一种闪耀光栅外腔半导体激光器，包括
一激光器；
—准直系统，该准直系统的输入端与激光器的输出端连接；
一闪耀光栅，该闪耀光栅接收准直系统发出的均勻平行光，经闪耀光栅的反 射，形成1级衍射光和0级光，将1级衍射光沿入射光路反馈至准直系统，将0级光输出O
其中准直系统2包括一自聚焦透镜；一准直透镜；该聚焦透镜与准直透镜之 间用光纤连接。
其中激光器为半导体激光器。
其中光纤的芯径为大于50微米，长度大于30毫米。
其中准直透镜为非球面透镜，所述光纤输出端在准直透的后方焦点处。
本发明一种闪耀光栅外腔半导体激光器中的准直方法，该方法是采用如权利要 求1所述的闪耀光栅外腔半导体激光器，包括如下步骤
步骤1 将一激光器发出的光，通过自聚焦透镜耦合进入光纤中；
步骤2:通过光波在光纤内进行传输，经过光纤内壁的无规律的全反射前进， 经过光纤的传输后，输出为均勻的圆形光斑；
步骤3:将输出的圆形光斑，经过准直透镜变为强度均勻的平行光；
步骤4:该闪耀光栅接收准直系统中的准直透镜发出的均勻平行光，经闪耀光 栅的反射，形成1级衍射光和0级光，将1级衍射光沿入射光路反馈至准直系统，将0级 光输出。
其中激光器为半导体激光器。
其中所述使用自聚焦透镜将半导体激光器发射的光束会聚到光纤。
其中光纤的芯径为大于50微米，长度大于30毫米。
其中准直透镜为非球面透镜，所述光纤输出端在准直透的后方焦点处。
本发明的有益效果
本发明提供的闪耀光栅半导体激光器中的准直方法，采用光纤对发射光强度进 行均勻化处理，同时采用非球面准直透镜对均勻化后的光斑进行平行化处理，从而得到 均勻化的平行光。
本发明提供的闪耀光栅半导体激光器中的准直方法，同轴性调节方便、简单、 稳定性好、可行。
本发明提供的闪耀光栅半导体激光器中的准直方法，均勻化、平行化处理的同 时，仍然保持了高能量转换效率。
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后， 其中
图1是本发明闪耀光栅外腔半导体激光器的结构示意图。
图2为本发明闪耀光栅外腔半导体激光器的简化外腔结构示意图。
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。
如图1所示，其中，激光器1为单端输出的半导体激光器；准直系统2的输入端 与激光器1的输出端连接；其中准直系统2包括自聚焦透镜3，光纤4，准直透镜5; 其中该聚焦透镜3与准直透镜5之间用光纤4连接，该光纤4的芯径为大于50微米，长 度大于30毫米；其中准直透镜5为非球面透镜；6为闪耀光栅，该闪耀光栅6接收准直 系统2发出的均勻平行光，经闪耀光栅6的反射，形成1级衍射光和0级光，将1级衍射 光沿入射光路反馈至准直系统2，将0级光输出。
请再参阅图1所示，本发明一种闪耀光栅外腔半导体激光器中的准直方法，包 括如下步骤
步骤1:将半导体激光器1发出的光经过自聚焦透镜3会聚进入光纤4中，它的 输入端放置在自聚焦透镜3的焦点附近，该光纤4的芯径为大于50微米，长度大于30毫 米；
步骤2 光波在光纤4内进行传输，经过光纤4内壁的无规律的全反射前进传输 后，输出为均勻的圆形光斑；
步骤3:输出的均勻圆形光斑再经过准直透镜5变为强度均勻的圆形平行光；所 述光纤4的输出端在准直透镜5后方焦点处；该准直透镜5为非球面镜；
步骤4:该闪耀光栅6接收准直系统2中的准直透镜5发出的均勻平行光，经闪 耀光栅6的反射，形成1级衍射光和0级光，将1级衍射光沿入射光路反馈至准直系统 2，将0级光输出。
如图2所示，为本发明闪耀光栅外腔半导体激光器的简化外腔结构示意图，其 中单端输出的半导体激光器1的输出端镀反射率小于0.05%的膜系，这样的话，可以大大 增加半导体激光器发射光束的透过率，半导体激光器管芯发出的光就能很好的耦合进外 腔中，外腔对半导体激光器管芯反馈极大的提高。在半导体激光器的工作电流以内，对 于镀有这种膜系管芯的内腔不会达到阈值，内腔不能激发辐射。这对于整个激光系统是 一个必要条件。
光纤4选择多模光纤，该多模光纤的芯径为大于50微米，长度大于30毫米；纤 芯4的直径由入射光波波长和光纤的数值孔径决定，光纤4的数值孔径表示光纤接收入射 光的能力；数值孔径越大，则光纤4接收光的能力也越强，但是数值孔径太大时，光纤 4的模畸变加大，会影响光纤4的带宽；通常为了最有效地把半导体激光器发射的光入射 到光纤4中去，应采用其数值孔径与光纤数值孔径相同的自聚焦透镜进行集光，光纤4的 长度不能太短，否则起不到均勻光斑的作用。本系统中，光纤4主要起传输和均勻化光 束的作用，不起选模的作用，所以，不需要选择只能传输一种模式的光的单模光纤。
准直透镜5为非球面透镜。由正透镜与双胶合弯月透镜等组成的组合透镜，对 于光束的损耗过大，耦合效率低。采用单个非球面透镜可以减少损耗，提高耦合效率。 在非球面镜的镜面镀上与半导体激光器响应相应的膜系，这样就能增加我们需要波长光 的透过率。这样就可以大大提高耦合效率。准直透镜5的焦距可根据从光纤4输出光束 的发散角和需要准直后的光斑直径来确定，一般准直透镜的焦距选择从4.5到7mm。
闪耀光栅6可以为平面刻划光栅或平面全息光栅，闪耀波长与半导体激光器的 输出波长相对应。光栅线数可以为600、1200或者更大。光栅刻线数越大，光栅的色分 辨本领越强，输出激光的单色性越好，同时输出激光的能量却相对下降。可以根据实际 情况，选择合适的光栅。
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 发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种闪耀光栅外腔半导体激光器，包括一激光器；一准直系统，该准直系统的输入端与激光器的输出端连接；一闪耀光栅，该闪耀光栅接收准直系统发出的均勻平行光，经闪耀光栅的反射，形 成1级衍射光和0级光，将1级衍射光沿入射光路反馈至准直系统，将0级光输出。
2.根据权利要求1所述的闪耀光栅外腔半导体激光器，其中准直系统2包括一自聚焦透镜；一准直透镜；该聚焦透镜与准直透镜之间用光纤连接。
3.根据权利要求1所述的闪耀光栅外腔半导体激光器，其中激光器为半导体激光器。
4.根据权利要求1所述的闪耀光栅外腔半导体激光器，其中光纤的芯径为大于50微 米，长度大于30毫米。
5.根据权利要求1所述的闪耀光栅外腔半导体激光器，其中准直透镜为非球面透镜， 所述光纤输出端在准直透的后方焦点处。
6.一种闪耀光栅外腔半导体激光器中的准直方法，该方法是采用如权利要求1所述的 闪耀光栅外腔半导体激光器，包括如下步骤步骤1:将一激光器发出的光，通过自聚焦透镜耦合进入光纤中；步骤2:通过光波在光纤内进行传输，经过光纤内壁的无规律的全反射前进，经过 光纤的传输后，输出为均勻的圆形光斑；步骤3:将输出的圆形光斑，经过准直透镜变为强度均勻的平行光；步骤4:该闪耀光栅接收准直系统中的准直透镜发出的均勻平行光，经闪耀光栅的 反射，形成1级衍射光和0级光，将1级衍射光沿入射光路反馈至准直系统，将0级光输 出。
7.根据权利要求6所述的闪耀光栅外腔半导体激光器中的准直方法，其中激光器为半 导体激光器。
8.根据权利要求6所述的闪耀光栅外腔半导体激光器中的准直方法，其中所述使用自 聚焦透镜将半导体激光器发射的光束会聚到光纤。
9.根据权利要求6所述的闪耀光栅外腔半导体激光器中的准直方法，其中光纤的芯径 为大于50微米，长度大于30毫米。
10.根据权利要求6所述的闪耀光栅外腔半导体激光器中的准直方法，其中准直透镜 为非球面透镜，所述光纤输出端在准直透的后方焦点处。
全文摘要
一种闪耀光栅外腔半导体激光器及其准直方法，该闪耀光栅外腔半导体激光器，包括一激光器；一准直系统，该准直系统的输入端与激光器的输出端连接；一闪耀光栅，该闪耀光栅接收准直系统发出的均匀平行光，经闪耀光栅的反射，形成1级衍射光和0级光，将1级衍射光沿入射光路反馈至准直系统，将0级光输出。
文档编号H01S5/14GK102025105SQ20091009287
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者何军, 何春九, 周燕, 曾华林 申请人:中国科学院半导体研究所