半导体激光叠阵端泵固体激光器的制造方法
【专利摘要】一种半导体激光叠阵端泵固体激光器，包括半导体激光叠阵、非球面柱透镜、柱透镜阵列、光束分割器、光束重排器、扩束器、聚焦镜以及谐振腔；半导体激光叠阵产生的泵浦光依次入射到非球面柱透镜、柱透镜阵列进行快慢轴方向的准直，准直后的泵浦光进入光束分割器和光束重排器进行光束整形，整形后的泵浦光进入扩束器进行慢轴发散角调整，然后聚焦镜将慢轴发散角调整后的泵浦光聚焦到谐振腔内的激光晶体上，对激光晶体进行泵浦。所述半导体激光叠阵端泵固体激光器经过准直、分割、重排、扩束后通过聚焦镜聚焦到激光晶体上的光斑对称，并且和振荡光模式匹配好，使得输出的激光光束形貌为圆形，光束质量好。
【专利说明】半导体激光叠阵端泵固体激光器
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光器【技术领域】，特别是涉及一种半导体激光叠阵端泵固体激光器。【背景技术】
[0002]半导体泵浦固体激光器利用输出固定波长的半导体激光器代替了传统的氪灯或氙灯来对激光晶体进行泵浦，具有光谱匹配性好、光束质量好、可靠性高、无紫外辐射等优点，因此被越来越广泛地应用于激光加工、医疗和探测等领域。
[0003]根据集成度的不同，可以将半导体激光器分为半导体激光单管和半导体激光阵列。半导体激光阵列是由多个半导体激光单管在慢轴方向(平行于PU结)集成起来，多应用于大功率场合。半导体激光阵列在其快轴方向(垂直于Pn结)，通光孔径一般仅为I U m，但是发散角可达50° ;慢轴方向一般是由19个半导体激光单管组成，每个单管慢轴方向通光孔径一般为100ii m，发散角为10°。
[0004]半导体激光器泵浦固体激光器总的来说有侧泵和端泵两种方式:侧泵可以用多个半导体激光阵列泵浦激光晶体，从而得到高的输出功率，但是它的转化效率低，造成能量浪费，并且光束质量很差；端泵方式由于模式匹配好，半导体激光在激光晶体中传播路径足够长，使泵浦光吸收充分，所以转化率很高。
[0005]一般来说，半导体激光端泵固体激光器有如下方法:
[0006]1、如图1所示，半导体激光端泵固体激光器是将半导体激光耦合到光纤11中，然后利用耦合光学系统12将激光汇聚为直径小于Imm的光斑，从而对激光晶体13进行泵浦。
[0007]该方法可将半导体激光器和激光晶体13的散热分开，使激光器热管理简单，同时光纤11具有均化作用，可使激光晶体13端面泵浦光分布为圆形。
[0008]但是该方法也有弊端，首先显著地增加了激光器的成本，光纤12输出半导体激光器价格远高于半导体激光器；其次降低了器件的可靠性，光纤易于折损，并且其端面很容易烧毁；然后就是光纤具有退偏效应，这不利于各向异性激光晶体对泵浦光的吸收；最后半导体激光耦合到光纤时会有较多能量损伤，最终会影响激光器效率。
[0009]2、如图2所示，半导体激光端泵固体激光器是将半导体激光阵列21利用光纤透镜22准直快轴，然后利用柱透镜阵列准直慢轴，最后将泵浦光利用聚焦镜23聚焦到激光晶体24上，对激光晶体24进行泵浦。
[0010]该方法成本低廉，但是其弊端是光纤透镜22球差非常大，准直后的泵浦光残余发散角还是很大，其次是慢轴光束质量将会大于400mm?mrad，这将会使聚焦后的光斑为椭圆形状，导致固体激光端面泵浦光分布也为椭圆形状，使远场光强呈椭圆高斯分布，聚焦难度较大。
[0011]3、如图3所示，半导体激光端泵固体激光器是将高亮度的半导体叠层阵列31出射的激光耦合到鸭嘴镜32 (lens duct)，利用鸭嘴镜32的波导作用将激光耦合到激光晶体33端面上，从而对激光晶体33进行泵浦。
[0012]该方法结构紧凑并且可得到很高的激光功率。但其弊端是该方案中鸭嘴镜32的损耗很大并且很难将泵浦光耦合到很小的光斑尺寸，使泵浦光和振荡光之间的模式匹配变差。
【发明内容】
[0013]基于此，有必要针对上述问题，提供一种输出功率高、成本低廉、无光纤损耗、消球差、激光晶体端面泵浦光分布为圆形的半导体激光叠阵端泵固体激光器。
[0014]一种半导体激光叠阵端泵固体激光器，包括半导体激光叠阵、非球面柱透镜、柱透镜阵列、光束分割器、光束重排器、扩束器、聚焦镜以及谐振腔；
[0015]所述半导体激光叠阵产生的泵浦光依次入射到所述非球面柱透镜、柱透镜阵列进行快慢轴方向的准直，准直后的泵浦光进入所述光束分割器和所述光束重排器进行光束整形，整形后的泵浦光进入所述扩束器进行慢轴发散角调整，然后所述聚焦镜将慢轴发散角调整后的泵浦光聚焦到所述谐振腔内的激光晶体上，对所述激光晶体进行泵浦。
[0016]上述半导体激光叠阵端泵固体激光器，与现有技术相互比较时，有以下优点:
[0017]1、本发明采用半导体激光叠阵产生泵浦光，泵浦光输出功率大，且由于没有采用光纤，使激光器成本低廉、无光纤损耗，增加了器件的可靠性等；
[0018]2、本发明采用非球面柱透镜对半导体激光器快轴方向的泵浦光进行准直，由于非球面具有消球差的作用，所以可以达到衍射极限的效果，准直后泵浦光残余发散角较小；
[0019]3、本发明采用光束分割器和光束重排器对准直后的泵浦光进行光束整形，然后利用扩束器对慢轴泵浦光进行扩束，使泵浦光在快慢轴方向上的光斑尺寸和远场发散角均趋于一致，所以通过聚焦镜聚焦到激光晶体上的光斑对称，并且和振荡光模式匹配好，使得输出的激光光束形貌为圆形，光束质量好。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为现有技术中半导体激光端泵固体激光器实施例一的结构示意图；
[0021]图2为现有技术中半导体激光端泵固体激光器实施例二的结构示意图；
[0022]图3为现有技术中半导体激光端泵固体激光器实施例三的结构示意图；
[0023]图4为本发明半导体激光端泵固体激光器实施例一的正视图；
[0024]图5为本发明半导体激光端泵固体激光器实施例一的俯视图；
[0025]图6为本发明半导体激光端泵固体激光器实施例二的正视图；
[0026]图7为本发明具体实施例的经过快慢轴准直后的光斑形状示意图；
[0027]图8为本发明具体实施例的经过光束分割器后的光斑形状示意图；
[0028]图9为本发明具体实施例的经过光束重排器后的光斑形状示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明半导体激光叠阵端泵固体激光器的【具体实施方式】做详细描述。
[0030]如图4或图5所示，一种半导体激光叠阵端泵固体激光器，包括半导体激光叠阵1、非球面柱透镜2、柱透镜阵列3、光束分割器4、光束重排器5、扩束器6、聚焦镜7以及谐振腔8 ；[0031]所述半导体激光叠阵I产生的泵浦光依次入射到所述非球面柱透镜2、柱透镜阵列3进行快慢轴方向的准直，准直后的泵浦光进入所述光束分割器4和所述光束重排器5进行光束整形，整形后的泵浦光进入所述扩束器6进行慢轴发散角调整，使泵浦光在快慢轴方向上的光斑尺寸和远场发散角均趋于一致，然后所述聚焦镜7将慢轴发散角调整后的泵浦光聚焦到所述谐振腔8内的激光晶体82上，对所述激光晶体82进行泵浦。
[0032]如果是各向异性的激光晶体，为了使泵浦光的偏振态和激光晶体相匹配，在一个实施例中，如图6所示，半导体激光叠阵端泵固体激光器还可以包括位于所述扩束器6与所述聚焦镜7之间的半波片9。所述半波片9用于旋转泵浦光的偏振方向，使泵浦光适合激光晶体82的偏振态，保持了泵浦光在传输过程中的线偏振特性，使激光晶体82对泵浦光的吸收率高。
[0033]半导体激光叠阵在快轴方向上的距离一般为1.9mm，本发明的半导体激光叠阵为了方便后续的光束分割，根据光束将要分割份数确定其在快轴方向上的距离。在一个实施例中，所述半导体激光叠阵在快轴方向距离是光束的快轴宽度与光束的分割份数之积，其中光束的快轴宽度根据公式:快轴宽度=2*快轴焦距*tan (快轴发散角/2)确定；分割分数根据公式:分割分数
[0034
【权利要求】
1.一种半导体激光叠阵端泵固体激光器，其特征在于，包括半导体激光叠阵、非球面柱透镜、柱透镜阵列、光束分割器、光束重排器、扩束器、聚焦镜以及谐振腔； 所述半导体激光叠阵产生的泵浦光依次入射到所述非球面柱透镜、柱透镜阵列进行快慢轴方向的准直，准直后的泵浦光进入所述光束分割器和所述光束重排器进行光束整形，整形后的泵浦光进入所述扩束器进行慢轴发散角调整，然后所述聚焦镜将慢轴发散角调整后的泵浦光聚焦到所述谐振腔内的激光晶体上，对所述激光晶体进行泵浦。
2.根据权利要求1所述的半导体激光叠阵端泵固体激光器，其特征在于，还包括位于所述扩束器与所述聚焦镜之间的半波片。
3.根据权利要求1所述的半导体激光叠阵端泵固体激光器，其特征在于，所述半导体激光叠阵在快轴方向距离是光束的快轴宽度与光束的分割份数之积。
4.根据权利要求1所述的半导体激光叠阵端泵固体激光器，其特征在于，所述半导体激光叠阵包括至少一个微通道冷却的半导体激光阵列。
5.根据权利要求4所述的半导体激光叠阵端泵固体激光器，其特征在于，所述柱透镜阵列的透镜周期和半导体激光阵列发光单元的周期相同。
6.根据权利要求1所述的半导体激光叠阵端泵固体激光器，其特征在于，所述光束分割器和所述光束重排器为平行平板。
7.根据权利要求1所述的半导体激光叠阵端泵固体激光器，其特征在于，所述扩束器包括平凹柱透镜和平凸柱透镜，所述平凹柱透镜与所述平凸镜的焦点重合。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的半导体激光叠阵端泵固体激光器，其特征在于，所述谐振腔包括高反镜、激光晶体、输出镜。
【文档编号】H01S3/0941GK103779774SQ201410042957
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】郝明明, 谢少峰, 路国光, 雷志锋, 赖灿雄, 黄云, 恩云飞 申请人:工业和信息化部电子第五研究所