基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器，属于半导体激光器技术领域。
【背景技术】
[0002]随着半导体激光器技术的发展，单管半导体激光器的输出功率不断提高，例如，100微米条宽单管输出功率达24.6瓦，并且连续工作寿命长达数万小时。为了进一步大幅提高半导体激光器的输出功率，诞生了多单管合束技术，例如，1厘米bar激光阵列连续输出功率已超过千瓦。
[0003]现有技术以多单管合束方式提高半导体激光器输出功率，该方式将多个单管半导体激光器在空间上简单拼合，形成一维或者三维阵列，实现多束激光的空间合束，遗憾的是，该方案在提高功率的同时，却牺牲了光束质量，如输出光的单色性、模式以及光斑光强分布(功率密度、分布均匀度)等不尽如人意，难以满足工业、军事、科研等领域的特别要求。另外，参与合束的单管数量不能过多，波长也应该相同。
【发明内容】
[0004]为了在提高多单管合束半导体激光器输出功率的同时，提高光束质量，实现更多的、波长不同的单管半导体激光器的合束，我们发明了一种基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器，同时，本发明还具有装调容易的优点。
[0005]本发明之基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器其特征在于，如图1所示，光栅等腰三棱镜1的两个腰面为平面透射衍射光栅2 ;两个圆弧阶梯热沉3绕光栅等腰三棱镜1的两个腰面对称分布；等腰梯形棱镜4与等腰三棱镜1同轴，等腰梯形棱镜4的下底面与等腰三棱镜1底面相对，等腰梯形棱镜4的两个腰面为工作波长的全反射面；在两个圆弧阶梯热沉3上对称分布若干组单管半导体激光器5，每组单管半导体激光器5的波长相同，不同组的单管半导体激光器5波长相同或者不同，对称分布在两个圆弧阶梯热沉3上的两组单管半导体激光器5的波长相同；每组单管半导体激光器5中的多个单管半导体激光器5前低后高一字排列在圆弧阶梯热沉3的各个台阶上，如图2所示，每组单管半导体激光器5的输出光入射平面透射衍射光栅2的入射角相同，所有各组单管半导体激光器5的输出光入射平面透射衍射光栅2后的衍射角相同，并且，衍射光垂直于光栅等腰三棱镜1底面。
[0006]本发明之基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器在工作时，同现有单管半导体激光器一样，每个单管半导体激光器的输出光均需要由快慢轴准直镜整形为一束较粗的平行光，入射平面透射衍射光栅2后，透射光栅等腰三棱镜1底面及等腰梯形棱镜4下底面，每束光中的一部分再透射等腰梯形棱镜4的上底面成为本发明之基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器的输出光，每束光中或多或少的其余部分由等腰梯形棱镜4的两个腰面先后反射，最后的反射光反向入射平面透射衍射光栅2，并因波长的不同，以不同的衍射角出射后进入对应波长的对称组单管半导体激光器5腔中，如图3所示，参与该腔谐振，自该腔出射后重复上述过程。
[0007]可见，在本发明之基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器中，每个单管半导体激光器5的谐振都包括腔内谐振和腔外谐振，腔长明显增大，并且可以根据需要通过调整等腰梯形棱镜4与光栅等腰三棱镜1之间的间距调整腔长，如图1所示，并且，根据半导体激光器的模式竞争理论，在本发明中，某一波长的光在与该波长相同的不同单管半导体激光器5之间反复谐振，会迫使每只单管半导体激光器5激发与该波长相同的光，同时，复杂的谐振光的相位一致性也得到提高，所以，获得的多单管合束半导体激光器的输出光单色性及模式会因此明显改善。
[0008]由于在本发明的构成中有多组单管半导体激光器5，每组中有多个单管半导体激光器5，所以，本发明之基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器的输出功率会相当于或者高于现有多单管合束半导体激光器输出功率。
[0009]由于每组单管半导体激光器5中的多个单管半导体激光器5前低后高一字排列在圆弧阶梯热沉3的各个台阶上，如图2所示，因此，它们的输出光经过平面透射衍射光栅2衍射后在光栅等腰三棱镜1内形成一列光束，那么，多组单管半导体激光器5的输出光就会在光栅等腰三棱镜1内形成多列彼此平行的光束，获得的多单管合束半导体激光器的输出光则是由多列彼此平行的光束合束而成，光斑接近于矩形，由此可知，在该输出光的功率密度得到提高的同时，光斑光强分布均匀度也得到提高。
[0010]由于在本发明构成中的多组单管半导体激光器5中，不同组的单管半导体激光器5波长还可以不同，因此，本发明能够实现不同波长单管半导体激光器5的合束，适应这方面的需求，如激光光纤通信。
[0011]等腰梯形棱镜4具有外腔镜的作用，省去了复杂的调制，因此，降低了多单管合束半导体激光器光学系统的装调难度。
【附图说明】
[0012]图1是本发明之基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器结构示意图，该图同时作为摘要附图。图2是本发明中每组单管半导体激光器中的多个单管半导体激光器在圆弧阶梯热沉上的排列状态及它们的输出光合束的部分路径示意图，该图为沿图1中的A-A方向的剖视图。图3是部分衍射光由等腰梯形棱镜的两个腰面先后反射后，反向入射平面透射衍射光栅，因波长的不同以不同的衍射角出射状态示意图。
【具体实施方式】
[0013]本发明之基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器其具体方案如下所述，如图1所示。光栅等腰三棱镜1的两个腰面为平面透射衍射光栅2。两个圆弧阶梯热沉3绕光栅等腰三棱镜1的两个腰面对称分布，圆弧阶梯热沉3的各个台阶等高。等腰梯形棱镜4与等腰三棱镜1同轴，等腰梯形棱镜4的下底面与等腰三棱镜1底面相对；等腰梯形棱镜4的下底面与等腰三棱镜1底面镀有工作波长增透膜；等腰梯形棱镜4的两个腰面为工作波长的全反射面；等腰梯形棱镜4的上底面镀有工作波长的半透半反膜；等腰梯形棱镜4的底角为45°。在两个圆弧阶梯热沉3上对称分布若干组单管半导体激光器5，如8组，每组单管半导体激光器5的波长相同，不同组的单管半导体激光器5波长相同或者不同，对称分布在两个圆弧阶梯热沉3上的两组单管半导体激光器5的波长相同。每组单管半导体激光器5中的多个单管半导体激光器5，如4个，前低后高一字排列在圆弧阶梯热沉3的各个台阶上，如图2所示。每组单管半导体激光器5的输出光入射平面透射衍射光栅2的入射角相同，所有各组单管半导体激光器5的输出光入射平面透射衍射光栅2后的衍射角相同，并且，衍射光垂直于光栅等腰三棱镜1底面。
[0014]光回收等腰三棱镜6与光栅等腰三棱镜1同轴，二者顶角相同并相抵；光回收等腰三棱镜6的两个腰面为工作波长的全反射面。光回收等腰三棱镜6能够将单管半导体激光器5的输出光可能溢出的部分反射回去，以提高多单管合束半导体激光器的输出效率。
【主权项】
1.一种基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器，其特征在于，光栅等腰三棱镜(1)的两个腰面为平面透射衍射光栅(2);两个圆弧阶梯热沉(3)绕光栅等腰三棱镜(1)的两个腰面对称分布；等腰梯形棱镜(4)与等腰三棱镜(1)同轴，等腰梯形棱镜(4)的下底面与等腰三棱镜(1)底面相对，等腰梯形棱镜(4)的两个腰面为工作波长的全反射面；在两个圆弧阶梯热沉(3)上对称分布若干组单管半导体激光器(5)，每组单管半导体激光器(5)的波长相同，不同组的单管半导体激光器(5)波长相同或者不同，对称分布在两个圆弧阶梯热沉(3)上的两组单管半导体激光器(5)的波长相同；每组单管半导体激光器(5)中的多个单管半导体激光器(5)前低后高一字排列在圆弧阶梯热沉(3)的各个台阶上，每组单管半导体激光器(5)的输出光入射平面透射衍射光栅(2)的入射角相同，所有各组单管半导体激光器(5)的输出光入射平面透射衍射光栅(2)后的衍射角相同，并且，衍射光垂直于光栅等腰三棱镜(1)底面。2.根据权利要求1所述的基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器，其特征在于，所述圆弧阶梯热沉(3)的各个台阶等高。3.根据权利要求1所述的基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器，其特征在于，等腰梯形棱镜(4)的下底面与等腰三棱镜(1)底面镀有工作波长增透膜。4.根据权利要求1所述的基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器，其特征在于，等腰梯形棱镜(4)的上底面镀有工作波长的半透半反膜。5.根据权利要求1所述的基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器，其特征在于，等腰梯形棱镜(4)的底角为45°。6.根据权利要求1所述的基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器，其特征在于，在两个圆弧阶梯热沉(3)上对称分布8组单管半导体激光器(5)，每组有4个单管半导体激光器(5)。7.根据权利要求1所述的基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器，其特征在于，光回收等腰三棱镜(6)与光栅等腰三棱镜(1)同轴，二者顶角相同并相抵；光回收等腰三棱镜￠)的两个腰面为工作波长的全反射面。
【专利摘要】基于光栅等腰三棱镜的多单管合束半导体激光器属于半导体激光器技术领域。现有技术束质量差。本发明其特征在于，光栅等腰三棱镜的两个腰面为平面透射衍射光栅；两个圆弧阶梯热沉绕光栅等腰三棱镜的两个腰面对称分布；等腰梯形棱镜与等腰三棱镜同轴且底面相对，等腰梯形棱镜的两个腰面为工作波长的全反射面；在两个圆弧阶梯热沉上对称分布若干组单管半导体激光器，每组波长相同，不同组波长相同或者不同，对称分布的两组波长相同；每组中的多个单管半导体激光器前低后高一字排列在圆弧阶梯热沉的各个台阶上，每组单管半导体激光器的输出光入射光栅的入射角相同，所有各组的输出光入射光栅后的衍射角相同，并且，衍射光垂直于光栅等腰三棱镜底面。
【IPC分类】H01S5/10, H01S5/06
【公开号】CN105406353
【申请号】CN201510916398
【发明人】邹永刚, 田锟, 徐英添, 马晓辉, 徐莉, 张贺, 王勇, 李再金, 赵鑫
【申请人】长春理工大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月11日