专利名称：半导体激光放大器的制作方法
技术领域：
本发明实施例涉及激光技术领域，尤其涉及一种半导体激光放大器。
背景技术：
大功率可调谐激光器在冷原子物理、量子信息、量子精密测量等领域有着广泛的应用。目前实验室使用的大功率可调谐激光器主要包括固体激光器、染料激光器、注入锁定大功率半导体激光器和半导体激光放大器。激光器技术发展的一个重要方向就是获得高功率、宽调谐、高质量激光模式的激光。固体激光器采用固体激光材料作为工作物质。固体激光器一般由激光工作物质、泵浦源、聚光腔、谐振腔反射镜及电源组成。工作时由电源驱动泵浦源，进而泵浦激光工作物质， 在谐振腔的作用下形成激光输出。固体激光器具有激光能量大、峰值功率高、增益介质稳定、寿命长等优点，缺点是体积大、能量转化效率低、需要水冷、价格昂贵。注入锁定大功率半导体激光器采用主激光器注入激光到从激光器的方式，主激光器一般采用外腔半导体激光器，这种激光器输出的功率通常不大，但是线宽窄、激光模式质量高，并且频率稳定。从激光器一般为大功率多模半导体激光器。主激光器输出的激光注入到从激光器后，从激光器输出的激光光束质量接近于主激光器输出的激光，而且输出的激光功率大。注入锁定大功率激光器的结构简单，价格便宜，但是激光线宽较宽，光束质量较差，多应用于对光束质量要求不高的场合。主激光注入半导体激光放大器类似于注入锁定大功率半导体激光器。如图1所示为现有技术中激光放大示意图，主激光器1输出的光经过光隔离器2、反射镜3、半波片4和反射镜5之后入射到激光放大器6中，激光放大器6将主激光器1输出的光放大后输入到光隔离器7中输出。半导体激光放大器能够提供与主激光器一致的激光，输出激光功率大， 而且价格适中，综合考虑，半导体激光放大器相对于前述各种激光器具有相对显著的优势。如图2所示为现有技术中半导体激光放大器的结构示意图，半导体激光放大器包括半导体激光放大管601、非球面耦合注入透镜602、非球面耦合输出透镜603和柱面镜 604。非球面耦合注入透镜602、非球面耦合输出透镜603和半导体激光放大管601可以设置在机械支撑结构605上，柱面镜604可以通过其他的结构单独固定。半导体激光放大管 601可以是锥形半导体激光放大管，锥形半导体激光放大管包括两部分，一部分是单模波导区，这部分的作用是把注入进来的种子光进行模式调整后输出，另一部分是锥形放大区，这部分把单模波导区输出的光的功率放大。在锥形半导体激光放大管的注入端和输出端可以镀有高质量的增透膜。锥形半导体激光放大管本身只能发出荧光，有种子光注入时，对种子光进行激光放大。半导体激光放大管601的注入端大小约为1X3平方微米，因此主激光器输出的光需要注入到非球面耦合注入透镜602，通过精密调整透镜焦距，把种子光耦合到半导体激光放大管601的单模波导区。半导体激光放大管601的输出端的大小约为1X190平方微米，因此在横向的两个维度具有不同的发散角，所以需要采用非球面耦合注入透镜602 或非球面耦合输出透镜603与柱面镜604组成透镜组，通过精密调节焦距，把放大后的激光准直成高质量的激光模式。对于如图2所示的半导体激光放大器，可以采用不同的机械设计和制造工艺来实现。德国Toptica公司生产的激光放大器，把非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜固定在一个套筒上，通过成120度的三个螺丝进行横向位置调节，由于这三个螺丝所处的空间狭小，不便于调节非球面耦合注入透镜和输出透镜。德国Mcher公司生产的激光放大器直接把半导体激光放大管、非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜焊接在机械支撑架上，不便于调节。可见，现有技术中的激光放大器存在的问题是非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜调节不方便。
发明内容
本发明提供一种半导体激光放大器，用以解决现有技术中非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜调节不方便的问题。本发明提供了一种半导体激光放大器，包括柱面镜；设置在机械支撑架上的半导体激光放大管、非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜；所述机械支撑架上形成有第一透镜架和第二透镜架，所述第一透镜架上设置有第一透镜筒，所述第二透镜架上设置有第二透镜筒；所述第一透镜筒和第二透镜筒均包括内螺纹和外螺纹，所述第一透镜筒和第二透镜筒的内螺纹分别用于固定非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜，所述第一透镜筒和第二透镜筒的外螺纹分别用于使所述非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜旋进或旋出；所述第一透镜架和第二透镜架的顶部分别设置有顶丝，，所述顶丝分别用于在所述非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜调整好焦距后，将所述非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜进行固定。本发明提供的半导体激光放大器中，非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜分别由第一透镜筒和第二透镜筒固定，这两个透镜筒均采用内螺纹和外螺纹结合的结构， 通过内螺纹可以使得非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜固定，通过外螺纹可以使得非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜旋进或者旋出，从而能够调节非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜相对于半导体激光放大管的距离。在第一透镜架和第二透镜架的顶部设置顶丝，这样非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜的焦距调整好之后， 就可以通过顶丝来固定。这样一种机械支撑架，能够方便地在调节非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜的位置，而且结构简单，对机械工艺的精度要求低，价格便宜。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以
4根据这些附图获得其他的附图。图1所示为现有技术中激光放大示意图；图2所示为现有技术中半导体激光放大器的结构示意图；图3所示为本发明半导体激光放大器侧视结构示意图；图4所示为图3中第一透镜筒及第一透镜架的局部结构示意图；图5所示为图3中机械支撑架的局部正视结构示意图；图6所示为用于支撑柱面镜的柱面镜支撑件的结构示意图；图7所示为图3中机械支撑件的局部侧视结构示意图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图3所示为本发明半导体激光放大器侧视结构示意图，该半导体激光放大器包括柱面镜、设置在机械支撑架605上的半导体激光放大管、非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜，由于图3是侧视结构示意图，所以没有示出柱面镜、非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜。其中，机械支撑架605上形成有第一透镜架606和第二透镜架607， 第一透镜架606上设置有第一透镜筒，第二透镜架607上设置有第二透镜筒。如图4所示为图3中第一透镜筒以及第一透镜架的局部结构示意图。第一透镜筒包括内螺纹606a和外螺纹606b，内螺纹606a用于固定非球面耦合注入透镜，外螺纹606b 用于使非球面耦合注入透镜在机械支撑架上旋进或旋出，第一透镜筒从中心往外的第一和第二个圆就是内螺纹的牙线，从第一透镜筒外往中心第二和第三个圆就是外螺纹的牙线。 图3中，第二透镜筒和第二透镜架的结构分别与第一透镜筒和第一透镜架的结构相同，第二透镜筒也包括内螺纹和外螺纹，内螺纹用于固定非球面耦合输出透镜，外螺纹用于使非球面耦合输出透镜旋进或旋出。图4中，在第一透镜筒的顶部还设置有顶丝606c，该顶丝606c用于使非球面耦合注入透镜调节好焦距后进行固定。整个第一透镜架在外围顶丝的作用下可以精密调节垂直于入射光方向上的横向位置。第二透镜筒上也设置有顶丝，用于使非球面耦合输出透镜调节好焦距后进行固定。本发明提供的半导体激光放大器中，非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜分别由第一透镜筒和第二透镜筒固定，这两个透镜筒均采用内螺纹和外螺纹结合的结构， 通过内螺纹可以使得非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜固定，通过外螺纹可以使得非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜旋进或者旋出，从而能够调节非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜相对于半导体激光放大管的距离。在第一透镜架和第二透镜架的顶部设置顶丝，这样非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜就能够在调节完焦距后固定。这样一种机械支撑架，能够方便地在调节非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜的位置，而且结构简单，对机械工艺的精度要求低，价格便宜。如图5所示为图3中机械支撑架的局部正视结构示意图，机械支撑架上可以设置一个固定插槽60 ，半导体激光放大管可以卡设到固定插槽60 中，通过一个螺丝60 可以将半导体激光放大管牢牢固定。在固定插槽的边缘位置留有通光开口 605c。如果像现有技术中那样，将半导体激光放大管焊接机械支撑架上，则不容易更换半导体激光放大管。在图5所示的这种结构，只需将半导体激光放大管从固定插槽中取出， 即可以方便地更换半导体激光放大管，而且由于螺丝的作用，半导体激光放大管的固定牢罪。图3所示的结构中，柱面镜可以设置在一个柱面镜支撑件608上，从而达到固定和调节柱面镜的目的。如图6所示为用于支撑柱面镜的柱面镜支撑件的结构示意图，该柱面镜支撑件可以包括固定部件和高度调节部件。其中，固定部件用于固定柱面镜，高度调节部件用于接柱面镜的高度。固定部件可以包括固定板608a和设置在固定板上的螺丝608b，该螺丝608b用于
固定柱面镜。高度调节部件可以包括调节板608c，调节板608c上设置有高度调节凹槽608d，调节螺丝608e卡设在高度调节凹槽608d中，固定板608a通过固定板上的螺丝608b固定，即与调节板608c成一整体。通过调整调节螺丝608e在高度调节凹槽608d中的卡设位置，就可以调节柱面镜的高度。如图6所示的结构中，采用固定部件固定柱面镜，采用高度调节部件调节柱面镜的高度，实现了对柱面镜的灵活调节，并且该结构中全部采用板材和螺丝相结合的结构，没有采用弹性部件，具有较高的稳定性，从而能够保证半导体激光放大器输出的光的质量。如图7所示为图3中机械支撑件的局部侧视结构示意图，该机械支撑件设置在制冷硅609上，在制冷硅609下方设置有热沉610，该机械支撑件可以采用黄铜制成。如图7所示的结构中，机械支撑件采用黄铜制成，具有很好的机械紧固性和导热性，通过制冷硅和热沉可以进一步将热量快速散发出去，具有良好的制冷效果。本发明提供的半导体激光放大器的调节原理如下首先，调节第一透镜筒的外螺纹，调整非球面耦合注入透镜的焦距，通过顶丝固定第一透镜筒，并调整非球面耦合注入透镜在垂直于入射光的方向(如图3中A方向所示) 上的位置。然后，调节第二透镜筒的外螺纹，调整非球面耦合输出透镜的焦距，通过顶丝固定第二透镜筒，并调整非球面耦合输出透镜在垂直于入射光的方向上的位置，调整柱面镜支撑件上调节螺丝在高度调节凹槽中的卡设位置，从而调节柱面镜的高度。通过上述的调节可以获得最优的模式匹配，得到最大的激光放大效率。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种半导体激光放大器，其特征在于，包括 柱面镜；设置在机械支撑架上的半导体激光放大管、非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜；所述机械支撑架上形成有第一透镜架和第二透镜架，所述第一透镜架上设置有第一透镜筒，所述第二透镜架上设置有第二透镜筒；所述第一透镜筒和第二透镜筒均包括内螺纹和外螺纹，所述第一透镜筒和第二透镜筒的内螺纹分别用于固定非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜，所述第一透镜筒和第二透镜筒的外螺纹分别用于使所述非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜旋进或旋出；所述第一透镜架和第二透镜架的顶部分别设置有顶丝，所述顶丝分别用于在所述非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜调整好焦距后，将所述非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜进行固定。
2.根据权利要求1所述的半导体激光放大器，其特征在于，所述半导体激光放大管设置在所述机械支撑架上的固定插槽中，并通过一螺丝固定。
3.根据权利要求1所述的半导体激光放大器，其特征在于，还包括柱面镜支撑件；所述柱面镜设置在所述柱面镜支撑件上；所述柱面镜支撑件包括固定部件和高度调节部件，所述固定部件用于固定所述柱面镜，所述高度调节部件用于调节所述柱面镜的高度。
4.根据权利要求3所述的半导体激光放大器，其特征在于，固定部件包括固定板和设置在所述固定板上的螺丝，所述螺丝固定用于固定所述柱面镜。
5.根据权利要求4所述的半导体激光放大器，其特征在于，所述高度调节部件包括调节板，所述调节板与所述固定板固定连接，所述调节板上设置有高度调节凹槽，调节螺丝卡合于所述高度调节凹槽中。
6.根据权利要求1所述的半导体激光放大器，其特征在于，所述机械支撑架下部设置有制冷硅。
7.根据权利要求6所述的半导体激光放大器，其特征在于，所述制冷硅下方设置有热沉。
8.根据权利要求7所述的半导体激光放大器，其特征在于，所述机械支撑架由黄铜制成。
全文摘要
本发明提供一种半导体激光放大器，包括柱面镜；设置在机械支撑架上的半导体激光放大管、非球面耦合注入透镜、非球面耦合输出透镜；机械支撑架上形成有第一透镜架和第二透镜架，第一透镜架上设置有第一透镜筒，第二透镜架上设置有第二透镜筒，第一透镜筒和第二透镜筒均包括内螺纹和外螺纹；还包括第一透镜架和第二透镜架上的用于在非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜调整好焦距后使之固定的顶丝。本发明提供的半导体激光放大器，能够方便地调节非球面耦合注入透镜和非球面耦合输出透镜，结构简单，价格便宜，对于机械工艺精度要求低。
文档编号H01S5/068GK102340098SQ20101023591
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者宁宣经, 陈徐宗, 鹿博 申请人:北京优立光太科技有限公司, 北京大学