一種半導體激光器管芯的合束裝置制造方法
【專利摘要】一種半導體激光器管芯的合束裝置，包括多個半導體激光器的管芯（1）和設(shè)置在所述半導體激光管芯輸出光路上的快軸準直透鏡（2）、布拉格體光柵（3）、快慢軸準直透鏡（4）、全息光柵（5）和光束變換透鏡組（6），其特征在于：所述的布拉格體光柵（3）的背面放置有快慢軸準直透鏡（4），使來自各個半導體激光器管芯的激光束，在+1級衍射條紋上，衍射到同一個方向，實現(xiàn)多管芯（1）的半導體激光合束。本實用新型的合束技術(shù)提高了每個半導體激光器管芯的波長穩(wěn)定性，也提高了整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。該合束技術(shù)為實現(xiàn)高亮度、大功率的直接半導體激光器系統(tǒng)提供了新的方法和路徑。
【專利說明】一種半導體激光器管芯的合束裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種半導體激光器管芯的合束裝置，尤其涉及由體布拉格光柵穩(wěn)頻的波長線性的半導體激光器管芯的合束裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著大功率激光技術(shù)在工業(yè)、醫(yī)療和國防中的應用，越來越要求功率更大、亮度更高的激光光源。這些大功率激光光源包括第一代二氧化碳氣體激光光源，第二代以YAG為代表的固體激光光源，第三代光纖激光光源和第四代直接半導體光源。直接半導體需要將很多個半導體激光器單管聯(lián)合起來，產(chǎn)生大功率激光。因此半導體激光合束技術(shù)就顯得尤為重要?，F(xiàn)有的合束技術(shù)有空間合束，但其僅能提高功率不能提高亮度；偏振合束，可以提高亮度，但是只能合束兩路激光；波長合束，可以提高功率和亮度，但是它由統(tǒng)一的外反射提供給各個激光器單管，外部反射的波動會直接影響各個單管激光器的工作狀態(tài)和輸出功率。大功率半導體激光器合束需要一種新的技術(shù)來滿足大功率高亮度合束的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提出一種新型的通過外部波長線性啁啾的布拉格體光柵進行波長鎖定的多管芯半導體激光器合束技術(shù)，是將多個半導體激光器管芯分別進行波長鎖定，通過色散元件實現(xiàn)波長合束的裝置。
[0004]本實用新型所采用的技術(shù)方案為:一種半導體激光器管芯的合束裝置，包括多個半導體激光器的管芯和設(shè)置在所述半導體激光管芯輸出光路上的快軸準直透鏡、布拉格體光柵、快慢軸準直透鏡、全息光柵和光束變換透鏡組、多個中心波長為915nm的管芯呈直線排列、安裝在帶微通道水循環(huán)的熱沉上，在快軸準直透鏡的外部，安裝有布拉格體光柵，沿著管芯的排列方向，布拉格體光柵的中心反射波長呈線性啁啾排列；其特征在于:所述的布拉格體光柵背面放置有快慢軸準直透鏡，使來自各個半導體激光器管芯的激光束，經(jīng)過該透鏡后變?yōu)槠叫泄馐?，投射到全息光柵上，選擇全息光柵的光柵周期、旋轉(zhuǎn)方向和與管芯的空間距離，使得將來自各個管芯的不同波長的激光束，在+1級衍射條紋上，衍射到同一個方向，實現(xiàn)多管芯的半導體激光合束。
[0005]所述的布拉格體光柵的波長分布范圍為20nm，中心波長為915_10nm，最大波長的管芯的中心波長為915+10nm，中間的各個管芯波長按照其空間位置以及線性啁啾的原則進行選擇。
[0006]所述的每個半導體激光器的管芯與其對應的布拉格體光柵組成所形成的聯(lián)合激光器，其輸出的激光波長由其對應的布拉格體光柵的中心反射波長決定，每個管芯對應一個體布拉格光柵。
[0007]所述的多個半導體激光器的管芯可以是分離的管芯，也可以是激光器巴條。
[0008]所述的多個布拉格體光柵的中心反射波長沿著長度方向呈線性變化，中心反射波長在700?1100納米范圍內(nèi)，中心反射率為5%?50%。
[0009]所述的半導體激光器的管芯一端鍍了高反膜，另一端鍍了增透膜，以抑制管芯F-P腔模式引起的激射，有利于布拉格體光柵通過外部光反饋而實現(xiàn)波長鎖定。
[0010]本實用新型的有益效果是:1、本實用新型對每個半導體激光器管芯提供一個外部布拉格體光柵進行波長鎖定，可以對各個激光器管芯進行單獨調(diào)節(jié)，增強了工藝的可操作性。2、外部的布拉格體光柵對每個半導體激光器管芯進行了較強的波長鎖定。3、少數(shù)半導體激光器管芯工作狀態(tài)發(fā)生改變的情況下，不會破壞整個系統(tǒng)的工作。在色散元件偏離線性的情況下，仍然可以通過調(diào)節(jié)外部布拉格體光柵的中心波長，或者體布拉格光柵的水平位置，來進行矯正。4系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性提高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是各個半導體激光器管芯輸出波長的分布圖。
[0013]圖3 (a)是全息光柵正向色散的原理不意圖。
[0014]圖3 (b)是全息光柵反向色散的原理示意圖。
[0015]圖中:1管芯，2快軸準直透鏡，3布拉格體光柵，4快慢軸準直透鏡，5全息光柵，6光束變換透鏡組。
[0016]實施例1:
[0017]由圖1知，是本實用新型的多半導體激光器的合束裝置示意圖。將多個名義中心波長為915nm的半導體激光器的管芯I安裝在帶微通道水循環(huán)的熱沉上，多個管芯呈直線排列。對每個管芯安裝快軸準直透鏡2進行快軸準直。在快軸準直透鏡2的外部，安裝布拉格體光柵3。沿著管芯I這列的排列方向，布拉格體光柵3的中心反射波長呈線性啁啾排列。選擇其波長的分布范圍為20nm,也就是最小波長的管芯的中心波長為915-10nm,最大波長的管芯的中心波長為915+10nm。中間的各個管芯波長按照其空間位置以及線性啁啾的原則進行選擇。在布拉格體光柵3之后放置快慢軸準直透鏡4，使得來自各個半導體激光器管芯的激光束，經(jīng)過該透鏡后變?yōu)槠叫泄馐渡涞饺⒐鈻?上。適當選擇全息光柵5的光柵周期、旋轉(zhuǎn)方向和與半導體激光器管芯的空間距離，使得它能夠恰好將來自各個管芯I的不同波長的激光束，在+1級衍射條紋上，衍射到同一個方向。
[0018]快軸準直透鏡2的快軸自然輸出發(fā)散角為70度。快軸準直透鏡2先將管芯I的輸出光束發(fā)散角準直到與慢軸自然輸出的光束發(fā)散角相同，在這里為15度?？炻S準直透鏡4再將光束準直為近似平行光束，投射到全息光柵5上。該全息光柵5為對+1級衍射的閃耀光柵(Blazedgrating)。全息光柵輸出的光束，經(jīng)過光束變換透鏡組6進行光束變換，成為半徑更細的平行光束。將半導體激光器陣列的管芯每六個分為一組，用恒流電源進行驅(qū)動。
[0019]本實用新型的合束原理說明如下:先說明一下布拉格體光柵3鎖定波長的原理。半導體激光器管芯I的一端鍍了高反膜，另一端鍍了增透膜。HR膜和VBG聯(lián)合構(gòu)成了激光諧振腔，HR沒有波長選擇性，VBG具有波長選擇性，最終激光器的輸出波長由VBG確定下來。這就是外部體光柵進行波長鎖定的原理。
[0020]如圖2所示。是各個半導體激光器管芯輸出波長的分布圖。按照直線方向排列的一組體光柵的中心反射波長，該波長是沿直線方向線性變化的，見圖2中的“反射率-波長”曲線。由于波長鎖定作用，按照直線方向排列的一組半導體激光器管芯的輸出波長，也是沿直線方向線性變化的。見圖2中的“光功率-波長”曲線。
[0021]如圖3 (a)所示，再說明一下正向色散和反向色散的原理。這是通常的正向色散。當一束平行光以一定角度斜入射到全息光柵5上的時候，會發(fā)生O級，±1級、±2級衍射。我們這里只使用O級衍射，可以使用對O級衍射加強的閃耀光柵，提高了 O級衍射效率。當入射角度一定的時候，不同的入射波長，會產(chǎn)生不同的輸出衍射角度。在中心角度附近一級近似的情況下，衍射角度與入射波長呈線性關(guān)系。
[0022]如圖3 (b)所示，稱之為反向色散。將以上光路反過來，我們用和上述相同的多路不同波長的光束射向全息光柵，根據(jù)光路可逆性，我們會發(fā)現(xiàn)這時候所有這些光束經(jīng)過衍射后，都會合并到一個光束上去。這個光束里面包含了所有的入射波長成分。
[0023]本實用新型的核心是通過線性啁啾排列的外部體布拉格光柵，分別對相應的半導體激光器管芯進行波長鎖定，這些波長鎖定為線性啁啾的直線排列，通過全息光柵的反向色散將這些不同波長的光束合為一束。
[0024]本實用新型提出用一系列的緊鄰各個半導體激光器單管的布拉格體光柵，并且沿著直線方向排列，這些體光柵的中心波長呈線性變化，也稱為線性啁啾。經(jīng)過這些體光柵光反饋的各個半導體激光器單管輸出的激光波長也是呈線性啁啾分布，然后經(jīng)過全息光柵色散元件，將所有這些波長的激光合并到同一個方向上，實現(xiàn)多管芯的半導體激光合束。亮度和光功率都得到了大幅度地提高。
[0025]在光路上，依次為半導體激光器管芯、快軸準直透鏡、布拉格體光柵、快慢軸準直透鏡、全息光柵、聚焦和擴束/縮束光學透鏡組。在散熱方式上，每個半導體管芯都通過下面的熱沉和制冷裝置。在電路上，各個半導體激光器管芯可以進行單獨驅(qū)動，也可以幾個分成一組進行聯(lián)合驅(qū)動。
[0026]上面結(jié)合對本實用新型所優(yōu)選的實施例進行了說明，但是上述實施例并不能理解為對本實用新型保護范圍的限制，凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，例如推廣用于2維二極管疊陣等，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導體激光器管芯的合束裝置，包括多個半導體激光器的管芯(I)和設(shè)置在所述半導體激光管芯輸出光路上的快軸準直透鏡(2)、布拉格體光柵VBG (3)、快慢軸準直透鏡(4)、全息光柵(5)和光束變換透鏡組(6)，多個管芯(I)呈直線排列安裝在帶微通道水循環(huán)的熱沉上，在快軸準直透鏡(2)的外部，安裝有布拉格體光柵(3)，沿著管芯(I)的排列方向，布拉格體光柵(3)的中心反射波長呈線性啁啾排列；其特征在于:所述的布拉格體光柵(3)的背面放置有快慢軸準直透鏡(4)，使來自各個半導體激光器管芯的激光束，經(jīng)過該透鏡后變?yōu)槠叫泄馐?，投射到全息光?5)上,選擇全息光柵(5)的光柵周期、旋轉(zhuǎn)方向和與管芯(I)的空間距離，使得將來自各個管芯的不同波長的激光束，在+1級衍射條紋上，衍射到同一個方向，實現(xiàn)多管芯(I)的半導體激光合束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導體激光器管芯的合束裝置，其特征在于:所述的布拉格體光柵(3)的波長分布范圍為20nm,中心波長為915-10nm,最大波長的管芯的中心波長為915+10nm，中間的各個管芯(I)波長按照其空間位置以及線性啁啾的原則進行選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多波長激光器的合束裝置，其特征在于:所述的每個半導體激光器的管芯(I)與其對應的布拉格體光柵(3)組成聯(lián)合激光器，其輸出的激光波長由其對應的布拉格體光柵(3 )的中心反射波長決定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導體激光器管芯的合束裝置，其特征在于:所述的多個半導體激光器的管芯(I)可以是分離的管芯，也可以是激光器巴條bar。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導體激光器管芯的合束裝置，其特征在于:所述的多個布拉格體光柵(3)的中心反射波長沿著長度方向呈線性變化，中心反射波長在70(Γ1100納米范圍內(nèi)，中心反射率為5°/Γ50%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導體激光器管芯的合束裝置，其特征在于:半導體激光器管芯(I)的一端鍍了高反HR膜，另一端鍍了增透AR膜。
【文檔編號】G02B27/10GK204067850SQ201420068597
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月2日
【發(fā)明者】李豐, 談根林, 黃偉 申請人:江蘇天元激光科技有限公司