本发明涉及半导体激光的合束技术领域，更具体地说，尤其涉及一种半导体激光器合束装置。
背景技术：
随着科学技术的不断发展，半导体激光器已广泛应用于人们的日常生活以及工作中，为人们的生活带来了极大的便利。
半导体激光器在效率、体积、寿命以及集成化等方面具有显著的优点，在工业以及军事等领域有着很大的应用前景，但是半导体激光器往往功率低、发散角大以及光束质量差等问题不能满足民用、工业以及军事等领域的需求。
现有的半导体激光器合束方法有很多种，例如，空间合束、波导合束、光谱合束、相干合束以及偏振合束等。其中，相干合束和光谱合束在改善光束质量方面有明显的优势，但是也未能超越单管的衍射极限。
那么，如何提供一种用于提高光束质量的半导体激光器合束装置，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供了一种半导体激光器合束装置，该合束装置实现了超越单管衍射极限的光束质量，且实现了选择性的反馈外腔离轴合束的方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种半导体激光器合束装置，所述合束装置包括：半导体激光器组、快轴准直镜组、慢轴准直镜组、快轴慢轴转换装置、傅里叶变换透镜、光栅、扩束装置、激光模式选择装置、滤波器和输出耦合镜；
所述半导体激光器组发射出方向相同的光束组，所述光束组依次通过所述快轴准直镜组、所述慢轴准直镜组、所述快轴慢轴转换装置、所述傅里叶变换透镜、所述光栅和所述扩束装置后射出；
其中，所述快轴准直镜组用于减小所述光束组的快轴方向发散角，所述慢轴准直镜组用于减小所述光束组的慢轴方向发散角；所述快轴慢轴交换装置用于交换所述光束组的快轴方向和慢轴方向；所述傅里叶变换透镜用于将所述光束组进行傅立叶变换且聚焦；所述光栅用于对聚焦后的光进行衍射；所述扩束装置用于将衍射后的光进行扩束处理；所述激光模式选择装置用于将扩束处理后的光束进行第一次激光模式选择，以选择部分低阶的光模式沿路反射；所述滤波器用于将所述激光模式选择装置处理后的光束进行第二次激光模式选择，以使部分低阶模式的光束通过所述滤波器入射至所述输出耦合镜进行输出。
优选的，在上述合束装置中，所述半导体激光器组包括至少两个半导体激光器；所述快轴准直镜组包括至少两个快轴准直镜，且每个所述快轴准直镜与每个半导体激光器相对应设置；所述慢轴准直镜组包括至少两个慢轴准直镜，且每个慢轴准直镜与每个快轴准直镜相对应设置。
优选的，在上述合束装置中，所述半导体激光器组为单管半导体激光器组合或线阵半导体激光器组合或迭阵半导体激光器组合。
优选的，在上述合束装置中，所述扩束装置为望远扩束装置。
优选的，在上述合束装置中，所述激光模式选择装置为激光模式选择反射镜。
优选的，在上述合束装置中，所述滤波器为空间滤波器。
优选的，在上述合束装置中，所述快轴准直镜组中的每个快轴准直镜均设置有减反膜。
优选的，在上述合束装置中，所述慢轴准直镜组中的每个慢轴准直镜均设置有减反膜。
优选的，在上述合束装置中，所述光栅为透射型衍射光栅。
优选的，在上述合束装置中，所述光栅为反射型衍射光栅。
通过上述描述可知，本发明提供的一种半导体激光器合束装置，所述合束装置包括：半导体激光器组、快轴准直镜组、慢轴准直镜组、快轴慢轴转换装置、傅里叶变换透镜、光栅、扩束装置、激光模式选择装置、滤波器和输出耦合镜；其中，所述快轴准直镜组用于减小所述光束组的快轴方向发散角，所述慢轴准直镜组用于减小所述光束组的慢轴方向发散角；所述快轴慢轴交换装置用于交换所述光束组的快轴方向和慢轴方向；所述傅里叶变换透镜用于将所述光束组进行傅立叶变换且聚焦；所述光栅用于对聚焦后的光进行衍射；所述扩束装置用于将衍射后的光进行扩束处理；所述激光模式选择装置用于将扩束处理后的光束进行第一次激光模式选择，以选择部分低阶的光模式沿路反射；所述滤波器用于将所述激光模式选择装置处理后的光束进行第二次激光模式选择，以使部分低阶模式的光束通过所述滤波器入射至所述输出耦合镜进行输出。
该半导体激光器合束装置，通过激光模式选择装置使边缘的光没有被反馈回去，只有部分几个主要的激光模式被反馈，并且通过滤波器再一次进行模式选择，使慢轴光束两侧的边缘光都被过滤掉，只允许几个主要的激光模式通过，入射至输出耦合镜上实现激光整体的谐振、相位锁定和输出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种半导体激光器合束装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种半导体激光器合束装置中虚线框部分的原理示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种半导体激光器合束装置中虚线框部分的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种半导体激光器合束装置的结构示意图。
所述合束装置包括：半导体激光器组1、快轴准直镜组2、慢轴准直镜组3、快轴慢轴转换装置4、傅里叶变换透镜5、光栅6、扩束装置7、激光模式选择装置8、滤波器9和输出耦合镜10。
所述半导体激光器组1发射出方向相同的光束组，所述光束组依次通过所述快轴准直镜组2、所述慢轴准直镜组3、所述快轴慢轴转换装置4、所述傅里叶变换透镜5、所述光栅6和所述扩束装置7后射出。
其中，所述快轴准直镜组2用于减小所述光束组的快轴方向发散角，所述慢轴准直镜组3用于减小所述光束组的慢轴方向发散角；所述快轴慢轴交换装置4用于交换所述光束组的快轴方向和慢轴方向；所述傅里叶变换透镜5用于将所述光束组进行傅立叶变换且聚焦；所述光栅6用于对聚焦后的光进行衍射；所述扩束装置7用于将衍射后的光进行扩束处理；所述激光模式选择装置8用于将扩束处理后的光束进行第一次激光模式选择，以选择部分低阶的光模式沿路反射；所述滤波器9用于将所述激光模式选择装置处理后的光束进行第二次激光模式选择，只允许几个低阶模式的光束通过所述滤波器9入射至所述输出耦合镜10进行输出。
进一步的，所述半导体激光器组1包括至少两个半导体激光器，如图1所示，所述半导体激光器组包括1、1、….、n个半导体激光器，其中，n为大于或等于2的正整数，所述半导体激光器组1用于发射出方向相同的光束组。
可选的，每个半导体激光器的前腔面均设置有减反膜或设置代替减反膜的衍射光学元件，例如反射镜等。需要说明的是，该减反膜的反射率和膜系相对于半导体激光器的激射波长而定，在本发明实施例中并不作限定。
可选的，所述半导体激光器组1为单管半导体激光器组合。
可选的，所述半导体激光器组1为线阵半导体激光器组合。
可选的，所述半导体激光器组1为迭阵半导体激光器组合。
进一步的，所述快轴准直镜组2包括至少两个快轴准直镜，且每个所述快轴准直镜与每个半导体激光器相对应设置，如图1所示，所述快轴准直镜组包括1、2、….、m个快轴准直镜，并且，在每个半导体激光器的光路输出前端设置相对应的快轴准直镜，所述快轴准直镜的数量与所述半导体激光器的数量相匹配，其中，m为大于或等于2的正整数。所述快轴准直镜组2用于减小半导体激光器组1发射出的光束组的快轴方向发散角，实现快轴方向近平行光输出的作用。
可选的，每个快轴准直镜均设置有减反膜，用于减少光束的反射。需要说明的是，该减反膜的反射率和膜系相对于半导体激光器的激射波长而定，在本发明实施例中并不作限定。
进一步的，所述慢轴准直镜组3包括至少两个慢轴准直镜，且每个慢轴准直镜与每个快轴准直镜相对应设置，如图1所示，所述慢轴准直镜组包括1、2、….、p个慢轴准直镜，并且，所述快轴准直镜的数量和所述半导体激光器的数量和所述慢轴准直镜的数量相匹配，其中，p为大于或等于2的正整数。所述慢轴准直镜组3用于减小半导体激光器组1发射出的光束组的慢轴方向发散角，实现慢轴方向近平行光输出的作用。
可选的，每个慢轴准直镜均设置有减反膜，用于减少光束的反射。需要说明的是，该减反膜的反射率和膜系相对于半导体激光器的激射波长而定，在本发明实施例中并不作限定。
进一步的，所述快轴慢轴交换装置4用于转换快轴方向和慢轴方向，可选为BTS(Beam Transformation System)装置，实现光斑在快轴方向上的叠加。
进一步的，所述傅立叶变换透镜5用于将所述光束组进行傅立叶变换且聚焦，需要说明的是，所述半导体激光器合束装置也可以通过调整所述半导体激光器组的位置关系，使所述半导体激光器组发出的光束组直接聚焦。
进一步的，所述光栅6为透射型衍射光栅或反射型衍射光栅，在本发明实施例中并不作限定。
进一步的，所述扩束装置7为望远扩束装置，用于将慢轴方向的光束进行放大，其包括但不限定于开普勒型或伽利略型等，可根据半导体激光器合束装置的情况而定。
进一步的，所述激光模式选择装置8包括但不限定于激光模式选择反射镜。
具体的，激光模式选择反射镜的反射率和波长在本发明实施例中并不作限定，可根据半导体激光器合束装置的具体情况而定。
进一步的，所述滤波器9包括但不限定于空间滤波器，其可以为单刀口狭缝的空间滤波器，也可以为双刀口狭缝的空间滤波器，其具体形式在本发明实施例中也不作限定，可根据具体情况而定。
进一步的，所述输出耦合镜10的反射率和波长在本发明实施例中并不作限定，可根据半导体激光器合束装置的具体情况而定。
基于本发明上述半导体激光器合束装置，下面对其具体工作原理进行阐述。
如图1所示，半导体激光器组包括1、2、….、n个半导体激光器，可选的，每个半导体激光器的前腔面均镀减反射膜，由半导体激光器组发出的光束组经过快轴准直镜组和慢轴准直镜组，以使光束组近平行光输出，再经过快轴慢轴转换装置，实现快轴方向和慢轴方向的转换，再在傅里叶变换透镜的作用下入射至透射型光栅上，根据光栅方程2dsinθLittrow＝mλ，m为衍射级次，一般的，衍射级次取-1级，不同的激光器的波长被锁在λ1、λ2、….、λn1，也具有改善半导体激光器模式的作用，θLittrow为透射型光栅的闪耀角，n1为正整数，d为光栅周期，透射型光栅的衍射光入射到扩束装置上，实现慢轴方向光束的扩大，如图2所示，一部分光经过激光模式选择装置上，以使其光束沿路反射，形成部分主要的激光模式反馈，边缘的光并没有被反馈回去，且通过滤波器再一次的激光模式选择，将慢轴方向光束两侧的边缘光都过滤掉，只允许几个主要的激光模式透过，入射至输出耦合镜上实现激光整体的谐振、相位锁定和输出。如图3所示，通过改变激光模式选择装置在慢轴方向的位置，实现主要模式的选择和反馈，其中，1201表示激光模式选择装置在光斑比较边缘的位置，半导体激光器合束装置并没有实现锁定，1301表示激光模式选择装置在一个比较优化的位置，半导体激光器合束装置实现锁定。
通过上述描述可知，本发明提供的一种半导体激光器合束装置，通过激光模式选择装置使边缘的光没有被反馈回去，只有部分低阶的主要的激光模式被反馈，并且通过滤波器再一次进行模式选择，使慢轴光束两侧的边缘光都被过滤掉，只允许部分低阶的激光模式通过，入射至输出耦合镜上实现激光整体的谐振、相位锁定和输出。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。