專利名稱：一種大功率半導(dǎo)體激光偏振耦合裝置及其耦合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是通過分光偏折棱鏡與渥拉斯頓棱鏡對大功率半導(dǎo)體激光器的輸出光束 進(jìn)行偏振耦合，改善輸出光束亮度和光束質(zhì)量的一種裝置，屬于激光光電子及其應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器因其體積小、光電轉(zhuǎn)換率高及壽命長等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng) 域。尤其是高光束質(zhì)量、高亮度的千瓦級大功率半導(dǎo)體激光器，在材料加工、泵浦固體激光 器以及在軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域，都有著廣泛的應(yīng)用和較大的發(fā)展前景。所以如何實(shí)現(xiàn)高光束質(zhì) 量、高亮度的千瓦級大功率半導(dǎo)體激光器就成為一個熱點(diǎn)問題。半導(dǎo)體激光陣列(這里包 括一維半導(dǎo)體激光陣列和二維半導(dǎo)體激光陣列即半導(dǎo)體激光疊層陣列——堆棧)是實(shí)現(xiàn)大 功率激光輸出的有效技術(shù)途徑。由于半導(dǎo)體激光陣列的各發(fā)光單元是非相干的，所以激光 器的輸出光在空間上也是非相干，導(dǎo)致其光束質(zhì)量差，從而限制了大功率半導(dǎo)體激光器的 應(yīng)用范圍。既要保證高亮度的激光輸出同時又要保證高光束質(zhì)量的半導(dǎo)體激光器的光束合 束技術(shù)是一難點(diǎn)問題，因此需要一種有效的半導(dǎo)體激光合束技術(shù)來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在通常采用對 半導(dǎo)體激光器光束的快慢軸準(zhǔn)直和光束整形的方法來改善大功率半導(dǎo)體激光器的輸出激 光的光束質(zhì)量，但是要進(jìn)一步壓縮大功率半導(dǎo)體激光器的輸光束的尺寸和提高壓縮大功率 半導(dǎo)體激光器的輸出激光的亮度和光束質(zhì)量很困難。采用壓縮大功率半導(dǎo)體激光器的輸出 光束尺寸的方法可以進(jìn)一步提高半導(dǎo)體激光器的的亮度和光束質(zhì)量，從而滿足不同的實(shí)際 應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了使大功率半導(dǎo)體激光器經(jīng)過快慢軸光束整形之后輸出更高亮度更小光束尺 寸的激光，本發(fā)明提出了一種新的半導(dǎo)體激光偏振耦合技術(shù)及輸出裝置。該發(fā)明采用二分 之一波片、分光偏折棱鏡以及渥拉斯頓棱鏡，半導(dǎo)體激光器輸出線偏振光，其中通過一片二 分之一波片后旋轉(zhuǎn)η/2的一半光束，與另一半未經(jīng)過二分之一波片、保持原來偏振方向的 光束垂直入射到分光偏折棱鏡再偏折輸出，然后以一定的角度入射到渥拉斯頓棱鏡的第一 面，設(shè)置分光偏折棱鏡的結(jié)構(gòu)角以及渥拉斯頓棱鏡的結(jié)構(gòu)角，根據(jù)斯涅爾定律以及渥拉斯 頓棱鏡的工作原理，實(shí)現(xiàn)兩部分光在渥拉斯頓棱鏡的同一端面平行出射，調(diào)整光路，可以實(shí) 現(xiàn)不同尺寸的光束輸出，以滿足實(shí)際應(yīng)用的不同要求。本發(fā)明提供了一種大功率半導(dǎo)體激光偏振耦合裝置，該裝置包括二分之一波片2， 分光偏折棱鏡3，渥拉斯頓棱鏡4，其中二分之一波片2，分光偏折棱鏡3，渥拉斯頓棱鏡4垂 直于光束傳播方向安放，分光偏折棱鏡3的頂角通過線偏振光的中心線。根據(jù)渥拉斯頓棱鏡使用的晶體類型的不同，該裝置中的二分之一波片2有四種不 同的安放位置，分別是a. 二分之一波片2安放于半導(dǎo)體激光器發(fā)出的線偏振光1的一半 光束I與分光偏折棱鏡3的側(cè)面I’之間，其中二分之一波片2的下端放置位置位于分光偏 折棱鏡3的中心線上；b. 二分之一波片2安放于半導(dǎo)體激光器發(fā)出的線偏振光1的一半光束II與分光偏折棱鏡3的側(cè)面II’之間，其中二分之一波片2的上端放置位置位于分光偏 折棱鏡3的中心線上；c. 二分之一波片2安放在分光偏折棱鏡3的側(cè)面I’與渥拉斯頓棱 鏡4之間，其中二分之一波片2的下端放置位置位于分光偏折棱鏡3的中心線上；d. 二分 之一波片2安放在分光偏折棱鏡3的側(cè)面II’與渥拉斯頓棱鏡4之間，其中二分之一波片 2的上端放置位置位于分光偏折棱鏡3的中心線上。根據(jù)斯涅爾定律以及渥拉斯頓棱鏡4的工作原理可知，
權(quán)利要求
1.一種大功率半導(dǎo)體激光偏振耦合裝置，其特征在于，該裝置包括二分之一波片0)， 分光偏折棱鏡( ，渥拉斯頓棱鏡(4)，其中二分之一波片( ，分光偏折棱鏡( ，渥拉斯頓 棱鏡(4)垂直于光束傳播方向安放，分光偏折棱鏡(3)的頂角通過線偏振光的中心線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率半導(dǎo)體激光偏振耦合裝置，其特征在于，所述的 二分之一波片(2)有四種不同的安放位置，分別是a. 二分之一波片(2)安放于半導(dǎo)體激 光器發(fā)出的線偏振光(1)的一半光束(I)與分光偏折棱鏡(3)的側(cè)面(I’)之間，其中二分 之一波片O)的下端放置位置位于分光偏折棱鏡(3)的中心線上；b. 二分之一波片(2)安 放于半導(dǎo)體激光器發(fā)出的線偏振光(1)的一半光束(II)與分光偏折棱鏡C3)的側(cè)面(II’) 之間，其中二分之一波片( 的上端放置位置位于分光偏折棱鏡(3)的中心線上；c. 二分 之一波片( 安放在分光偏折棱鏡(3)的側(cè)面(I’)與渥拉斯頓棱鏡(4)之間，其中二分之 一波片( 的下端放置位置位于分光偏折棱鏡(3)的中心線上；d. 二分之一波片( 安放 在分光偏折棱鏡(3)的側(cè)面(II’ )與渥拉斯頓棱鏡(4)之間，其中二分之一波片O)的上 端放置位置位于分光偏折棱鏡(3)的中心線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大功率半導(dǎo)體激光偏振耦合裝置，其特征在于，所述 的分光偏折棱鏡(3)的結(jié)構(gòu)角％,%根據(jù)下列公式確定φ2 = arcsin <j ne sinθ 一 arcsinsin (9ncη sin φ0 = sin(^0 + φ2)φ2 = arcsm < η0 sinarcsinsin汐-θη sin φ0 ‘ = sin(外'+ φ2')式中約,約為上下兩半光束經(jīng)過分光偏折棱鏡C3)后到達(dá)渥拉斯頓棱鏡(4)第一面的入 射角，η為分光偏折棱鏡C3)材料的折射率，％，科為分光偏折棱鏡C3)上下兩個結(jié)構(gòu)角，θ 為渥拉斯頓棱鏡(4)結(jié)構(gòu)角，n。，ne分別為渥拉斯頓棱鏡的常光、非常光的折射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大功率半導(dǎo)體激光偏振耦合裝置，其特征在于，所采用 的二分之一波片( 和分光偏折棱鏡C3)的輸入輸出端面以及渥拉斯頓棱鏡(4)的兩片鏡 子的膠合面鍍有大功率半導(dǎo)體激光波段的增透膜；渥拉斯頓棱鏡(4)的晶體材料為正單軸 晶體或負(fù)單軸晶體。
5.利用權(quán)利要求1所述大功率半導(dǎo)體激光偏振耦合裝置進(jìn)行激光偏振耦合的方法，其 特征在于，包括以下步驟A.半導(dǎo)體激光器輸出一束線偏振激光(1)，其偏振方向?yàn)棣逊较蚧騭方向，一半光束 (I)，一半光束(II)；B.二分之一波片( 將半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光的一半光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)η/2，半 導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光的另外一半光束偏振方向不變；C.光束⑴和光束(II)分別進(jìn)入分光偏折棱鏡(3)；D.光束(I)和光束(II)繼續(xù)傳播至渥拉斯頓棱鏡(4)后合成一束平行光出射。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光偏振耦合裝置，屬于激光光電子及其應(yīng)用領(lǐng)域。該裝置包括二分之一波片(2)，分光偏折棱鏡(3)，渥拉斯頓棱鏡(4)。半導(dǎo)體激光器發(fā)出的線偏振光(1)通過該裝置，一半光束經(jīng)過二分之一波片(2)偏振方向旋轉(zhuǎn)π/2，另一半光束偏振方向不變，兩半光束經(jīng)過分光偏折棱鏡(3)發(fā)生偏折出射，到達(dá)渥拉斯頓棱鏡(4)，光束繼續(xù)發(fā)生偏折，分光棱鏡的結(jié)構(gòu)角和渥拉斯頓棱鏡的結(jié)構(gòu)角滿足平行光出射的條件，調(diào)整光路，輸出一束部分偏振平行光，可實(shí)現(xiàn)壓縮半導(dǎo)體激光光束的尺寸，提高其亮度和光束質(zhì)量。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)千瓦量級以上功率的高亮度高光束質(zhì)量激光輸出，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低廉，可以滿足不同的應(yīng)用需求。
文檔編號G02B27/28GK102082394SQ201010577688
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者劉友強(qiáng), 曹銀花, 王智勇, 高靜 申請人:山西飛虹激光科技有限公司