基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器的制造方法
【专利摘要】一种基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，包括：一半导体激光器阵列；一耦合透镜组，该耦合透镜组位于半导体激光器阵列的输出光路上；一调制装置，该调制装置位于耦合透镜组之后，位于半导体激光器阵列的输出光路上；一衍射光栅，该衍射光栅位于调制装置之后，位于半导体激光器阵列的输出光路上，该衍射光栅与半导体激光器阵列输出光路成一预定夹角；一输出镜，该输出镜位于衍射光栅折射的光路上。本发明是将调Q元件或倍频晶体置于光谱组束腔内，实现腔内调Q或腔内倍频，优化半导体激光器阵列的光束质量，提高调Q或倍频的转化效率，结构简单，稳定性高。
【专利说明】基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光【技术领域】，具体为一种基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制激光器，可对输出光进行调Q或者倍频。
【背景技术】
[0002]由于半导体激光阵列本身结构的原因，整体的光束质量不高，空间亮度不高，限制了半导体激光器在很多方面的应用。半导体激光器输出多为连续波，少部分脉冲输出的半导体激光器输出功率很低，不能满足应用需求。
[0003]调Q技术又叫Q开关技术，是将一般输出的连续激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可提高几个数量级的一种技术，可获得高峰值功率，窄脉宽脉冲激光。通过调Q元件来实现。
[0004]倍频技术是指，利用非线性晶体在强激光作用下的非线性效应，使频率为ω的激光通过晶体后变为频率为2 ω、3ω或Νω(Ν为整数)的倍频光。
[0005]光谱组束(ChristianWirth, 36 (16), 3118-3120 (2011) Optics Letters)是提高半导体激光器阵列的光束质量的方法之一，将半导体激光阵列放置于一个由变换传输透镜、衍射光栅和耦合输出镜构成的外腔中，阵列的每一个发光单元的波长通过外腔反馈被锁定，阵列的每一个发光单元的光束在输出耦合镜上重叠，并按相同的方向输出。理想情况下，组合输出光束质量在组束的方向为单一发光单兀的光束质量，输出功率按阵列单兀数累加。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，提供一种基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，其是将调Q元件或倍频晶体置于光谱组束腔内，实现腔内调Q或腔内倍频，优化半导体激光器阵列的光束质量，提高调Q或倍频的转化效率，结构简单，稳定性高。
[0007]本发明提供一种基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，包括:
[0008]一半导体激光器阵列；
[0009]一耦合透镜组，该耦合透镜组位于半导体激光器阵列的输出光路上；
[0010]一调制装置，该调制装置位于耦合透镜组之后，位于半导体激光器阵列的输出光路上;
[0011]一衍射光栅，该衍射光栅位于调制装置之后，位于半导体激光器阵列的输出光路上，该衍射光栅与半导体激光器阵列输出光路成一预定夹角；
[0012]—输出镜,该输出镜位于衍射光栅折射的光路上。
[0013]本发明的有益效果是，其结合了光谱组束、调Q技术以及倍频技术，通过直接对半导体激光器阵列发出的激光进行调Q或倍频激光，得到脉冲激光或倍频激光，提供了一种对输出光进行调制的激光器。将调Q元件或倍频元件置于半导体激光器阵列后腔面与输出镜构成谐振腔内，对半导体激光器阵列进行调Q或倍频，本发明具有简单有效、易于调节、工作稳定可靠、实用性强、适用范围广的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图对本发明做进一步说明如后，其中:
[0015]图1是本发明的结构示意图。
[0016]图2是图1中耦合透镜组2的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]请参阅图1及图2所示，本发明提供一种基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，包括:
[0018]一半导体激光器阵列1，该其中半导体激光器阵列I的输出波长为10nm-1Oym;所述的半导体激光器阵列I作为激光光源，所述的半导体激光器阵列I的后腔面镀增透膜。；
[0019]—稱合透镜组2,该稱合透镜组2位于半导体激光器阵列I的输出光路上，该I禹合透镜组2包括:依序排列的快轴准直镜21、慢轴准直镜22、聚焦透镜23，该耦合透镜组2对半导体激光器阵列I发出的激光进行汇聚，使其聚焦点位于后叙的衍射光栅4上；
[0020]一调制装置3，该调制装置3位于耦合透镜组2之后，位于半导体激光器阵列I的输出光路上，该调制装置3为调Q元件或倍频元件；该调Q元件为主动调Q元件或被动调Q元件，该调Q元件3的工作方式为电光调Q、声光调Q、可饱和吸收调Q或机械转镜调Q，该倍频元件作用是对基频光进行N倍的频率变换，N为整数，该倍频元件的材料为磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氘钾、砷酸二氘铯、砷酸二氢铯、铌酸锂、铌酸钡钠、铌酸钾或周期性极化铌酸锂，所述的调Q元件作用是使输出的连续激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可提高几个数量级，可获得高峰值功率，窄脉宽脉冲激光，所述的被动调Q元件是可饱和吸收体或半导体可饱和吸收体镜，所述的可饱和吸收体为Cr4+:YAG、Co =Spinel 或 V:YAG ；
[0021]—衍射光栅4,该衍射光栅4位于调制装置3之后,位于半导体激光器阵列I的输出光路上，该衍射光栅4与半导体激光器阵列I输出光路成一预定夹角该衍射光栅4为闪耀光栅，作用是锁定半导体激光器阵列I的输出光谱，将上述不同角度入射的激光束经光栅衍射后沿同一方向出射，该衍射光栅4是采用透射式光栅或反射式光栅。制作方法可采用刻线光栅和全息光栅；
[0022]一输出镜5，该输出镜5位于衍射光栅4折射的光路上，所述的输出镜5对半导体激光器阵列I发出的激光波长具有反射功能，其反射率为0.0001% -99.9999%。
[0023]所述的半导体激光器阵列I和衍射光栅4分别位于耦合透镜组2的前后焦平面上。
[0024]本发明提供的一种基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，其是将调Q元件或倍频晶体置于光谱组束腔内，实现腔内调Q或腔内倍频，优化半导体激光器阵列的光束质量，提高调Q或倍频的转化效率，结构简单，稳定性高。
[0025]本发明的工作方式为:
[0026]请参阅图1及图2所示，半导体激光器阵列I的后腔面镀有增透膜，半导体激光器阵列I的外腔由其半导体激光器阵列I的前腔面、耦合透镜组2、调制装置3、衍射光栅4、输出镜5构成。
[0027]半导体激光器阵列I发出激光，经过耦合透镜组2和调制装置3照射于衍射光栅4上，激光器阵列I上不同位置的每个发光单元以不同角度入射到输出镜5。衍射光栅4作用是实现光谱合束，将上述不同角度入射的激光束经光栅衍射后沿同一方向出射。选择和设计衍射光栅4时，使其对激光器阵列I的某一级衍射效率最大，利用这一级衍射效率进行光谱组束。
[0028]然后半导体激光器阵列I发出的激光由耦合透镜组2、调制装置3、衍射光栅4、输出镜5构成激光振荡腔中多次折返，调制装置在腔内工作，使连续波变为脉冲激光输出(调Q功能)或者使基频光变为倍频光(倍频功能)，最后输出镜5输出调制后的激光。
[0029]实施例1:
[0030]参阅图1及图2所示，本实施例涉及一种基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，对激光进行调Q，输出调Q后的脉冲激光。
[0031]半导体激光器阵列1:作为激光光源，发射976nm波长，后腔面反射率>95%，前腔面镀增透膜(反射率< 0.5% )。半导体激光器阵列I有19个发光单元，填充因子为20%，发光单元条宽为100 μ m，空间周期为500 μ m，快慢轴发散角为63° X 8°。
[0032]耦合透镜组2:耦合透镜组2中依序包含快轴准直镜21、慢轴准直镜22和聚焦透镜23。半导体激光器阵列I和衍射光栅4分别位于耦合透镜组的前后焦平面上，耦合透镜组2的有效焦距f ^ 240mm。对半导体激光器阵列I发出的激光器进行汇聚，使其聚焦点位于衍射光栅4上。
[0033]调制装置3为调Q元件，采用被动调Q晶体:Cr4+:YAG。
[0034]衍射光栅4为闪耀光栅，作用是实现光谱合束，将上述不同角度入射的激光束经光栅衍射后沿同一方向出射。可利用衍射光栅的一级、二级或三级衍射效率。
[0035]输出镜5对半导体激光器阵列发出的激光波长I具有一定的反射率(反射率10% )。
[0036]半导体激光器阵列I发出连续波激光，经过耦合透镜组2和调制装置3照射于衍射光栅4上，激光器阵列I上不同位置的每个发光单元以不同角度入射到衍射光栅4。衍射光栅4作用是实现光谱合束，将上述不同角度入射的激光束经光栅衍射后沿同一方向出射。选择和设计光栅时，使其对激光器阵列I的一级衍射效率最大，利用其一级衍射效率进行光谱组束。
[0037]然后半导体激光器阵列I发出的连续波激光由耦合透镜组2、调制装置3、衍射光栅4、输出镜5构成激光振荡腔中多次折返，调Q晶体在腔内工作，使连续波变为脉冲激光输出，最后输出镜5输出调制后的脉冲激光。
[0038]实施例2:
[0039]参阅图1及图2所示，本实施例涉及基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，对激光波长进行了倍频，输出倍频激光。
[0040]半导体激光器阵列1:作为激光光源，发射976nm波长，后腔面反射率>95%，前腔面镀增透膜(反射率< 0.5% )。半导体激光器阵列I有19个发光单元，填充因子为20%，发光单元条宽为100 μ m，空间周期为500 μ m，快慢轴发散角为63° X 8°。
[0041]耦合透镜组2:耦合透镜组2中依序包含快轴准直镜21、慢轴准直镜22和聚焦透镜23。半导体激光器阵列I和衍射光栅4分别位于耦合透镜组2的前后焦平面上，耦合透镜组2的有效焦距f ^ 240mm。对半导体激光器阵列I发出的激光器进行汇聚，使其聚焦点位于衍射光栅4上。
[0042]调制装置3为倍频元件，采用二倍频晶体:LB0。镀976nm和488nm的高透膜。
[0043]衍射光栅4为闪耀光栅，作用是实现光谱合束，将上述不同角度入射的激光束经光栅衍射后沿同一方向出射。可利用衍射光栅的一级、二级或三级衍射效率。
[0044]输出镜5对半导体激光器阵列I发出的激光波长I具有一定的反射率(反射率10% )。
[0045]半导体激光器阵列I发出激光，经过耦合透镜组2和调制装置3照射于衍射光栅4上，半导体激光器阵列I上不同位置的每个发光单元以不同角度入射到衍射光栅4。衍射光栅作用是实现光谱合束，将上述不同角度入射的激光束经光栅衍射后沿同一方向出射。选择和设计光栅时，使其对激光器阵列I的一级衍射效率最大，利用其一级衍射效率进行光谱组束。
[0046]然后半导体激光器阵列I发出的激光由耦合透镜组2、调制装置3、衍射光栅4、输出镜5构成激光振荡腔中多次折返，倍频晶体在腔内工作，使激光基频变为倍频激光输出，最后输出镜5输出调制后的倍频激光。
【权利要求】
1.一种基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，包括: 一半导体激光器阵列； 一耦合透镜组，该耦合透镜组位于半导体激光器阵列的输出光路上； 一调制装置，该调制装置位于耦合透镜组之后，位于半导体激光器阵列的输出光路上； 一衍射光栅，该衍射光栅位于调制装置之后，位于半导体激光器阵列的输出光路上，该衍射光栅与半导体激光器阵列输出光路成一预定夹角； 一输出镜，该输出镜位于衍射光栅折射的光路上。
2.根据权利要求1所述的基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，其中半导体激光器阵列的输出波长为10nm-1O μ m,工作方式为连续波输出。
3.根据权利要求1所述的基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，其中耦合透镜组包括:依序排列的快轴准直镜、慢轴准直镜和聚焦透镜，该耦合透镜组对半导体激光器阵列发出的激光进行汇聚，使其聚焦点位于衍射光栅上。
4.根据权利要求1所述的基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，其中调制装置为调Q元件或倍频元件；该调Q元件为主动调Q元件或被动调Q元件，该调Q元件3的工作方式为电光调Q、声光调Q、可饱和吸收调Q或机械转镜调Q ;该倍频元件作用是对基频光进行N倍的频率变换,N为整数,该倍频元件的材料为磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氘钾、砷酸二氘铯、砷酸二氢铯、铌酸锂、铌酸钡钠、铌酸钾或周期性极化铌酸锂。
5.根据权利要求4所述的基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，其中被动调Q元件是可饱和吸收体或半导体可饱和吸收体镜。
6.根据权利要求5所述的基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，其中可饱和吸收体为Cr4+:YAG、Co =Spinel或V:YAG。
7.根据权利要求1所述的基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，其中衍射光栅为闪耀光栅，作用是锁定半导体激光器阵列的输出光谱，将上述不同角度入射的激光束经光栅衍射后沿同一方向出射。
8.根据权利要求7所述的基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，其中衍射光栅是米用透射式光栅或反射式光栅。
9.根据权利要求1所述的基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，其中输出镜对半导体激光器阵列发出的激光波长具有反射功能，其反射率为0.0001% -99.9999% O
10.根据权利要求2所述的基于半导体激光器阵列的对输出光进行调制的激光器，其中半导体激光器阵列的后腔面镀增透膜。
【文档编号】H01S5/10GK104466672SQ201410837009
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】杨盈莹, 林学春, 赵亚平, 王丽荣, 汪楠, 牛奔 申请人:中国科学院半导体研究所