多对各具有分光镜组阶梯排布单管合束半导体激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多对各具有分光镜组阶梯排布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、波长相同或者不同的单管半导体激光器的合束，我们发明了一种多对各具有分光镜组阶梯排布单管合束半导体激光器。
[0005]在本发明之多对各具有分光镜组阶梯排布单管合束半导体激光器中，配备有快慢轴准直镜的每个单管半导体激光器1均固定在热沉上，其特征在于，如图1所示，所述热沉为两个相同的阶梯热沉2，在两个阶梯热沉2的每个台阶上均安装有一个单管半导体激光器1，并且，在两个阶梯热沉2高度相同台阶上的一对单管半导体激光器1发光方向相对且光轴重合，各对单管半导体激光器1的光轴彼此平行;在每对单管半导体激光器1之间光路中都安置有一个分光镜组，各对单管半导体激光器1之间光路中的各分光镜组构成一个分光镜3阶梯阵列，其中的分光镜3镜面与单管半导体激光器1输出光光轴呈45°角、与阶梯热沉2台阶平面垂直，一个分光镜组中的相邻两个分光镜3彼此垂直，分光镜3阶梯阵列中的一列分光镜3中的各个分光镜3彼此平行;每对单管半导体激光器1波长相同，各对单管半导体激光器1波长相同或者不同；两个阶梯热沉2的各个台阶的阶高相同，并且，在该阶高下，上下相邻台阶上的单管半导体激光器1的输出光边缘交叠;在各个分光镜3同一方向反射光一侧设置共用反射腔镜4，如图2?图4所示。
[0006]由所述方案可知，每只单管半导体激光器1的工作状态是，输出光由快慢轴准直镜整形为一束较粗的平行光，照射到分光镜组后最终分为三部分。一部分透射各分光镜3进入与该只单管半导体激光器1成对的另一只单管半导体激光器1谐振腔中，如图1所示，成为该谐振腔的一束种子光参与该谐振腔中光的谐振，在被该谐振腔的后腔面反射后出射，沿原光路回到分光镜组。另外两部分由分光镜组的反射所产生，这两部分反射光的方向相反，光轴与分光镜3阶梯阵列的列向平行，其中，一部分反射光直接成为单管合束半导体激光器的合束输出光的组成部分，如图1?图4所示，另一部分照射到单管合束半导体激光器的共用反射腔镜4，如图2?图4所示，照射到共用反射腔镜4的光被反射后沿原光路回到分光镜组。所述三部分光沿原光路回到分光镜组后总会有一部分回到原单管半导体激光器1谐振腔中再次参与谐振，这一过程相当于一束光是在由一对单管半导体激光器1各自的谐振腔及该对单管半导体激光器1之间的外谐振腔构成的复合谐振腔内谐振，这一方式的谐振能够使最终的合束输出光的单色性和模式大为改善。
[0007]由于每对单管半导体激光器1在两个阶梯热沉2上阶梯排布，这使得每对单管半导体激光器1的工作状态不同之处在于各自的合束输出光的高度位置不同，各个高度的光斑呈条带状的合束输出光再次合束，形成具有较大功率密度、功率分布均匀、光斑呈长宽比更接近1的矩形形状的合束输出光。
[0008]本发明将参与合束的多只单管半导体激光器1划分为具有各自分光镜组的多对单管半导体激光器，并且，所述多对单管半导体激光器分布在阶梯热沉2不同的台阶上，这一技术措施使得本发明突破了现有空间合束和偏振对合束单元数量的限制，输出功率大幅提高，同时还获得一个附带效果，即单管合束半导体激光器的散热状况明显改善。
[0009]再有，由于各对单管半导体激光器1波长可以相同，还可以不同，因此，本发明既能够实现相同波长激光的合束，也能够实现不同波长激光的合束。
【附图说明】
[0010]图1是本发明之多对各具有分光镜组阶梯排布单管合束半导体激光器主要部分结构及工作状态立体示意图，该图同时作为摘要附图。图2?图4是自图1中A-A方向剖面的右视图，该三幅图是本发明之多对各具有分光镜组阶梯排布单管合束半导体激光器合束输出形态示意图，其中图2中的共用反射腔镜为平面镜，图3、图4中的共用反射腔镜为等腰直角三棱镜。
【具体实施方式】
[0011]在本发明之多对各具有分光镜组阶梯排布单管合束半导体激光器中，配备有快慢轴准直镜的每个单管半导体激光器1均固定在热沉上，如图1所示。
[0012]所述热沉为两个相同的阶梯热沉2，在两个阶梯热沉2的每个台阶上均安装有一个单管半导体激光器1，并且，在两个阶梯热沉2高度相同台阶上的一对单管半导体激光器1发光方向相对且光轴重合，各对单管半导体激光器1的光轴彼此平行。
[0013]在每对单管半导体激光器1之间光路中都安置有一个分光镜组，各对单管半导体激光器1之间光路中的各分光镜组构成一个分光镜3阶梯阵列，其中的分光镜3镜面与单管半导体激光器1输出光光轴呈45°角、与阶梯热沉2台阶平面垂直，一个分光镜组中的相邻两个分光镜3彼此垂直，分光镜3阶梯阵列中的一列分光镜3中的各个分光镜3彼此平行。分光镜3的反射率为30%?90%范围内的某一值。分光镜组中的分光镜3的数量为偶数，如此设计使得分光镜组能够自我修正因分光镜3的厚度原因造成的透射光束侧向偏移。
[0014]每对单管半导体激光器1波长相同，各对单管半导体激光器1波长相同或者不同。各单管半导体激光器1后腔面镀有工作波长全反膜，前腔面镀有工作波长增透膜，透射率为50?99%范围内的某一值。
[0015]两个阶梯热沉2的各个台阶的阶高相同，并且，在该阶高下，上下相邻台阶上的单管半导体激光器1的输出光边缘交叠。
[0016]在各个分光镜3同一方向反射光一侧设置共用反射腔镜4，如图2?图4所不。所述共用反射腔镜4为平面镜或者等腰直角三棱镜;平面镜镜面与被各分光镜组反射的光的光轴垂直，如图2所不;等腰直角三棱镜的底面镜面与被各分光镜组反射的光的光轴垂直，如图3、图4所示，等腰直角三棱镜的两个腰面镜面为反射镜面;等腰直角三棱镜的两个腰面与各个分光镜组相迎，如图3所示，在这种方案中，入射等腰直角三棱镜的光被两个腰面先后反射，经过两次反射的光回到不同的分光镜组中，其中一部分经分光镜组反射、透射后继续参与不同的单管半导体激光器1的谐振，光的谐振腔腔长大幅延长，合束输出光的质量再次得到提高;或者等腰直角三棱镜的一个腰面与各个分光镜组相迎，如图4所示，在这种方案中，虽然入射等腰直角三棱镜的光也被两个腰面先后反射，但是，第二次反射的光直接成为合束输出光的一半，与先前被各个分光镜组反射的合束输出光并列，总的合束输出光的矩形光斑高度尺寸增加一倍。
【主权项】
1.一种多对各具有分光镜组阶梯排布单管合束半导体激光器，配备有快慢轴准直镜的每个单管半导体激光器(1)均固定在热沉上，其特征在于，所述热沉为两个相同的阶梯热沉(2)，在两个阶梯热沉(2)的每个台阶上均安装有一个单管半导体激光器(1)，并且，在两个阶梯热沉(2)高度相同台阶上的一对单管半导体激光器(1)发光方向相对且光轴重合，各对单管半导体激光器(1)的光轴彼此平行;在每对单管半导体激光器(1)之间光路中都安置有一个分光镜组，各对单管半导体激光器(1)之间光路中的各分光镜组构成一个分光镜(3)阶梯阵列，其中的分光镜(3)镜面与单管半导体激光器(1)输出光光轴呈45°角、与阶梯热沉(2)台阶平面垂直，一个分光镜组中的相邻两个分光镜(3)彼此垂直，分光镜(3)阶梯阵列中的一列分光镜(3)中的各个分光镜(3)彼此平行;每对单管半导体激光器(1)波长相同，各对单管半导体激光器(1)波长相同或者不同;两个阶梯热沉(2)的各个台阶的阶高相同，并且，在该阶高下，上下相邻台阶上的单管半导体激光器(1)的输出光边缘交叠；在各个分光镜(3)同一方向反射光一侧设置共用反射腔镜(4)。2.根据权利要求1所述的多对各具有分光镜组阶梯排布单管合束半导体激光器，其特征在于，分光镜(3)的反射率为30%?90%范围内的某一值。3.根据权利要求1所述的多对各具有分光镜组阶梯排布单管合束半导体激光器，其特征在于，分光镜组中的分光镜(3)的数量为偶数。4.根据权利要求1所述的多对各具有分光镜组阶梯排布单管合束半导体激光器，其特征在于，各单管半导体激光器(1)后腔面镀有工作波长全反膜，前腔面镀有工作波长增透膜，透射率为50?99%范围内的某一值。5.根据权利要求1所述的多对各具有分光镜组阶梯排布单管合束半导体激光器，其特征在于，所述共用反射腔镜(4)为平面镜或者等腰直角三棱镜;平面镜镜面与被各分光镜组反射的光的光轴垂直;等腰直角三棱镜的底面镜面与被各分光镜组反射的光的光轴垂直，等腰直角三棱镜的两个腰面镜面为反射镜面;等腰直角三棱镜的两个腰面与各个分光镜组相迎，或者等腰直角三棱镜的一个腰面与各个分光镜组相迎。
【专利摘要】多对各具有分光镜组阶梯排布单管合束半导体激光器属于半导体激光器技术领域。现有技术光束质量低。本发明其特征在于，在两个阶梯热沉的每个台阶上均安装有一个单管半导体激光器，并且，在两个阶梯热沉高度相同台阶上的一对单管半导体激光器发光方向相对且光轴重合，各对单管半导体激光器的光轴彼此平行；在每对单管半导体激光器之间光路中都安置有一个分光镜组，各分光镜组构成一个分光镜阶梯阵列，其中的分光镜镜面与单管半导体激光器输出光光轴呈45°角、与阶梯热沉台阶平面垂直，一个分光镜组中的相邻两个分光镜彼此垂直，分光镜阶梯阵列中的一列分光镜中的各个分光镜彼此平行；在各个分光镜同一方向反射光一侧设置共用反射腔镜。
【IPC分类】H01S5/024
【公开号】CN105449513
【申请号】CN201510962341
【发明人】邹永刚, 田锟, 范杰, 海一娜, 马晓辉, 徐莉, 郝永芹, 李再金, 王勇, 徐英添
【申请人】长春理工大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月21日