一种改善半导体激光器光谱合束光束质量的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种改善半导体激光器光谱合束光束质量的装置，包括半导体激光器、准直镜一、准直镜二、空间变换透镜、光栅、分光镜、全反镜一、全反镜二、滤波器、聚焦镜、耦合光纤；所述半导体激光器发射出的激光经过光栅合束后由分光镜分成两束不同比例的光束，其中一束光垂直与全反镜一、全反镜二；本实用新型由于半导体激光器外腔反馈属于弱反馈，通过在光栅衍射方向采用一分光镜，将分束后的一束光在带有滤波器的F-P腔中形成振荡，选取低阶模式的光束进行反馈注入锁定光谱，以此来改善半导体激光器光谱合束输出光束的光束质量，降低对光谱合束单元器件的要求。
【专利说明】一种改善半导体激光器光谱合束光束质量的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体激光【技术领域】，特别涉及高亮度半导体激光器光谱合束、光通信及光谱测量领域。
【背景技术】
[0002]高功率二极管激光器近年来发展十分迅速，现在实验室最高连续半导体激光器输出光功率可达kw以上，其光电效率最高可达70%以上，相比于固体、气体等激光器具有光电转换效率高、体积小、可靠性高和寿命长等优点，在工业加工、军事防御和光通信等领域有着重要的应用。然而，由于其波导结构及器件封装等因素的限制，其快慢轴方向上的光束质量差距较大，对于单个发光单元慢轴方向的光束质量是快轴方向的数十倍，对于普通的cmbar条，慢轴方向的光束质量是快轴方向的上千倍，导致输出光束的光束质量变差、功率密度低，很难作为百瓦、千瓦及万瓦级直接光源应用。如何同时获得高功率、高功率密度、高光束质量的半导体激光输出已成为国际上的重大技术瓶颈。
[0003]光谱合束技术是实现高亮度半导体激光输出的有效方法之一，先利用外腔与半导体激光器后腔面组成外腔半导体激光器，将不同的合束单元锁定在不同的波长，再利用光栅或其他色散元件的色散作用，将各个发光单元激光束空间重叠成一束输出，这样合束之后的光束质量得到了极大的改善，于是实现了高功率输出条件下实现高光束质量输出，极大地提高了半导体激光器输出亮度。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是为了进一步改善半导体激光器光谱合束光束质量，提出了一种选取低阶模式反馈注入的方法来有效改善合束后的光束质量。
[0005]本实用新型采用的技术方案:一种改善半导体激光器光谱合束光束质量的装置，包括半导体激光器、准直镜一、准直镜二、空间变换透镜、光栅、分光镜、全反镜一、全反镜二、滤波器、聚焦镜、耦合光纤；所述全反镜一和全镜二分别位于分光镜的两侧，所述滤波器设置在分光镜和全反镜二之间；所述半导体激光器和光栅分别位于空间变换透镜两侧的位置；所述准直镜一和准直镜二依次设置在半导体激光器与空间变换透镜之间；所述半导体激光器发射出的激光经过光栅合束后由分光镜分成两束不同比例的光束，其中一束光垂直与全反镜一、全反镜二。
[0006]在上述技术方案中，所述半导体激光器为多个发光单元的空间线性排列，或为普通的CM bar条、Mini bar条,或为bar条在空间上排列成的线阵、叠阵。
[0007]在上述技术方案中，所述半导体激光器的前腔面镀增透膜，前腔面得透过率大于99%。
[0008]在上述技术方案中，所述光栅包括但不限于反射、透射式光栅，且光栅具有高的损伤阈值。
[0009]在上述技术方案中，所述分光镜的反射率:折射率在0.Γ0.6之间。
[0010]在上述技术方案中,所述全反镜一和全反镜二的反射率大于99%。
[0011]在上述技术方案中，所述滤波器包括但不限于机械滤波系统和光学空间滤波系统。
[0012]本实用新型其实现原理在于:在光栅衍射方向采用一分光镜，将经过光栅合束光束分成不同比例的两束，一束输出，另外一束在两个全反镜组成的F-P腔中来回振荡，由于在F-P腔中带有滤波器，达到模式选择和反馈的作用，半导体激光器的外腔反馈属于弱反馈机制，此装置可以有效的选取低阶模式来反馈注入锁定，可以进一步的改善半导体激光器光谱合束输出的光束质量。
[0013]分光镜位于光栅利特罗角方向一定距离处，全反镜一和全反镜二分别位于反光镜的两侧，经由分光镜分束形成两束光，一束作为激光输出，另一束垂直于全反镜一、全反镜二，并在全反镜一和全反镜二组成的F-P腔中形成振荡反馈。
[0014]本实用新型具有如下的优点:由于半导体激光器外腔反馈属于弱反馈，通过在光栅衍射方向米用一分光镜，将分束后的一束光在带有滤波器的F-P腔中形成振荡,选取低阶模式的光束进行反馈注入锁定光谱，以此来改善半导体激光器光谱合束输出光束的光束质量，降低对光谱合束单元器件的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的结构示意图及效光反馈示意图；
[0016]图2为常规半导体激光器光谱合束光路反馈示意图；
[0017]附图序号含义说明:1.半导体激光器2.准直镜一 3.准直镜二 4.空间变换透镜
5.光栅6.分光镜7.全反镜一 8.全反镜二 9.滤波器10.聚焦镜11.光纤12.稱合外腔。
【具体实施方式】
[0018]如附图1所示，为本实用新型改善半导体激光器光谱合束光束质量装置的结构示意图和有效光反馈示意图，半导体激光器输出的光束经过准直镜一和准直镜二准直后在空间变换透镜的作用下，将沿X方向不同位置合束单元的子光束转化成不同倾角且收敛的子光束入射到光栅上，光栅的色散作用将不同波长1.〉L…各子光束的波长由该阵列单元的位置和光栅方程严格确定)、不同入射角的子光束以相同的出射角衍射，放置在光栅衍射方向的分光镜将光束分成为透射光束A和反射光束B，光束A的透射率与光束B的反射率的分光比在0.Γ0.6范围(根据全反镜的镀膜情况和半导体激光器前腔面得镀膜情况确定)内。光束B在全反镜一和全反镜二组成的F-P腔中来回振荡，由于在F-P腔之间加有滤波器，所以经过每一次的振荡都会有一定比例与光轴不平行的光束就会被滤除掉，经由全反镜一反射的光束经过分光镜时有一部分光束反射形成输出，另一部分在F-P腔内形成振荡，经由全反镜二反射的光束经过分光镜时有一部分以反馈形式注入半导体激光器形成光谱锁定，另一部分光束则在F-P腔内形成振荡。
[0019]如附图2所示，为常规半导体激光器光谱合束光路反馈示意图，光线在经过光栅衍射后的衍射光，并不是严格的垂直于腔镜，而是与这个衍射光束光轴有一定的微小角度，经过耦合外腔反馈后，使得光线耦合进入相邻的发光单元，造成相邻合束单元锁定失败，严重影响最终合束后的光束质量。
[0020]本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。
[0021]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种改善半导体激光器光谱合束光束质量的装置，其特征在于包括半导体激光器、准直镜一、准直镜二、空间变换透镜、光栅、分光镜、全反镜一、全反镜二、滤波器、聚焦镜、率禹合光纤；所述全反镜一和全镜二分别位于分光镜的两侧，所述滤波器设置在分光镜和全反镜二之间；所述半导体激光器和光栅分别位于空间变换透镜两侧的位置；所述准直镜一和准直镜二依次设置在半导体激光器与空间变换透镜之间；所述半导体激光器发射出的激光经过光栅合束后由分光镜分成两束不同比例的光束，其中一束光垂直与全反镜一、全反镜--O
2.根据权利要求1所述的一种改善半导体激光器光谱合束光束质量的装置，其特征在于所述半导体激光器为多个发光单元的空间线性排列，或为普通的CM bar条、Mini bar条，或为bar条在空间上排列成的线阵、叠阵。
3.根据权利要求2所述的一种改善半导体激光器光谱合束光束质量的装置，其特征在于所述半导体激光器的前腔面镀增透膜，前腔面得透过率大于99%。
4.根据权利要求1所述的一种改善半导体激光器光谱合束光束质量的装置，其特征在于光栅包括但不限于反射、透射式光栅，且光栅具有高的损伤阈值。
5.根据权利要求1所述的一种改善半导体激光器光谱合束光束质量的装置，其特征在于所述分光镜的反射率:折射率在0.Γ0.6之间。
6.根据权利要求1或5所述的一种改善半导体激光器光谱合束光束质量的装置，其特征在于所述全反镜一和全反镜二的反射率大于99%。
7.根据权利要求1所述的一种改善半导体激光器光谱合束光束质量的装置，其特征在于所述滤波器包括但不限于机械滤波系统和光学空间滤波系统。
【文档编号】H01S5/065GK203942144SQ201420352191
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】孟慧成, 谭昊, 余俊宏, 杜维川, 王昭, 高松信, 武德勇 申请人:中国工程物理研究院应用电子学研究所