一种利用半导体激光器光谱组束的不对称结构的系统的制作方法

本实用新型属于半导体激光器技术领域，尤其涉及一种半导体激光器光谱组束的不对称结构。

背景技术：

半导体激光器具有效率高、体积小、直接调制能力高、使用寿命长等突出优点。这些特性决定了半导体激光器在光通信、激光加工、泵浦源、生物与医学等领域得到广泛的应用。但是半导体激光阵列存在固有缺陷，其整体的光束质量不高，空间亮度不高。因此改善半导体激光阵列的光束质量，提高其空间亮度在应用中显得尤为重要。

改善半导体激光器光束质量的方法包括相干合束和非相干合束，非相干合束中光谱组束可以有效提高半导体激光器的整体光束质量，可以实现与单个发光单元光束质量相近的激光输出，同时可以实现大功率输出。光谱组束的方法比相干合束结构简单、调制方便、更容易实现。

半导体激光器光谱组束技术是近年来的研究难点：(1)光纤通信利用波分复用增大传输容量，要求半导体激光光源有非常窄的线宽，利用半导体激光器可以实现窄线宽输出；(2)利用更多发光单元的光谱组束技术可以实现半导体激光器的高功率输出，增加参与光谱组束发光单元数目的难点是压缩光谱组束输出光谱的线宽。

因此，现有技术的上述问题亟待解决。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，本实用新型针对现有技术的难点，提供一种半导体激光器光谱组束的不对称结构。该结构可以压缩半导体激光器光谱组束的腔长近一半，进而压缩半导体激光器光谱组束的输出线宽；因此该结构可为大功率半导体激光器光谱组束提供有效方法。

本实用新型请求保护一种半导体激光器光谱组束的不对称结构的系统，该系统包括依次摆放的半导体激光阵器，传输透镜，衍射光栅，准直透镜、输出耦合镜：

所述半导体激光阵器为多个发光单元线性阵列；

所述传输透镜采用平凸透镜，用于将光束聚焦到衍射光栅上；

所述衍射光栅采用透射光栅，该光栅中心衍射峰值波长对应半导体激光阵器的波长；

所述准直透镜采用平凸透镜；所述输出耦合镜为部分反射平面镜。

本实用新型所设计的半导体激光器光谱组束的不对称结构分离传统结构传输透镜的准直作用和聚焦作用，分别由两个透镜来实现。有如下特点：

(1)对比于传统结构，所述不对称结构的激光外腔的腔长缩短近一倍，整个光谱组束的整体结构较小；(2)进一步讲，所述不对称结构与传统结构在腔长接近时，不对称结构的传输透镜的焦距是传统结构的近2倍，光谱组束输出光束的线宽更窄。

附图说明

图1为半导体激光器光谱组束的不对称结构的系统示意图。

图2为传统半导体激光器光谱组束的结构的系统。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

如图1所示，为本实用新型请求保护的半导体激光器光谱组束的不对称结构的结构的系统示意图。该半导体激光器光谱组束的不对称结构的系统包括依次摆放的半导体激光阵器101，传输透镜102，衍射光栅103，准直透镜104、输出耦合镜105；

所述半导体激光阵器为多个发光单元线性阵列；包含但不限于标准的CM bar条、Mini bar条、或为emitter与bar条在空间上排列成的线阵、叠阵。

所述半导体激光阵器前端面镀增透膜，镀膜后的透过滤大于99％；所述半导体激光阵器前端面安装了光束整形原件，其作用是对出射光束快满轴进行准直。

所述传输透镜采用平凸透镜，对不同发光单元发出的光束聚焦到光栅上；各端面都镀有增透膜，放置在半导体器出光处尽可能近的位置；

所述衍射光栅采用透射光栅，该光栅中心衍射峰值波长对应半导体激光器的波长；峰值衍射率为99％以上，放置在传输透镜的后焦平面上。

所述准直透镜采用平凸透镜；各端面都镀有增透膜，放置在透射光栅后合适位置，对单个发光单元发出的光束起准直作用。

所述输出耦合镜为部分反射平面镜；其反射率为4％。

所述传输透镜仅实现对不同发光单元光束的聚焦功能，不再实现对单个发光单元的光束的准直功能；所述准直透镜放置在光栅后对单个发光单元的光束进行准直。所述传输透镜、衍射光栅、准直透镜、输出耦合镜构成的外腔，半导体激光阵列的光束进行光谱组束。

所述半导体激光阵器发出的多光束经过传输透镜的聚焦作用汇聚到衍射光栅上某一点，经光栅衍射后的光束入射到准直透镜上，经准直透镜准直后的光束入射到输出耦合镜上，输出耦合镜反馈部分光回到对应的发光单元，形成波长锁定。对比传统结构，该结构可以压缩半导体激光器光谱组束的腔长近一半，等效于在腔长不变的情况下，增大传输透镜的焦距，进而实现半导体激光器窄线宽输出，进一步为多个半导体激光阵列光谱组束提供有效方法。

压缩光谱线宽的原理：

半导体激光器出射的光束，经过快慢轴准之后，经过光束压缩装置的压缩光宽，经过传输透镜的聚焦到光栅上同一点，经过光栅的衍射，将特定波长光束反馈回各自发光单元，实现波长锁定；波长不同的不同发光单元的光束利用光栅的色散特性合为一束光，完成光谱组束。

不同发光单元的光束入射到光栅上，满足光栅方程：

d(sinα+sinβ)＝mλ (1)

其中d是光栅常数，α是光束在光栅上的入射角，β是衍射角，λ是入射光束的波长，m是衍射级，这里m＝-1或m＝1。

根据光栅方程(1)和变换透镜的聚焦作用，光谱组束输出光束光谱线宽的表达式：

其中D在传输透镜上入射光宽，d是光栅常数，θ是对应中心波长的信号光在光栅上的入射角，f是变换透镜的焦距，Δλ是光谱组束输出光束的线宽。

根据(2)式，可以得出，可以通过压缩光宽D，增大传输透镜的焦距f来压缩半导体激光器光谱组束的输出线宽。

本使用新型的不对称结构对比于传统结构，等效于在腔长一定的情况增大传输透镜的焦距，传输透镜焦距增大一倍，即传输透镜f增大一倍，代入(2)式得出，输出光束的线宽Δλ也缩小一倍，即光谱组束的输出线宽被压缩了一倍。

本实用新型中应用具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想，对于本领域的一般技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护的范围。