專利名稱：一種超大功率半導(dǎo)體列陣外腔形變補償量全量獲取技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超大功率半導(dǎo)體列陣鎖相運行的穩(wěn)定技術(shù)，涉及超大功率半導(dǎo)體列陣通過偏轉(zhuǎn)適配角度的 外腔鏡選擇基超模震蕩后，對殘余熱效應(yīng)等引起外腔形變導(dǎo)致適配角度的偏離，涉及防止與外腔形變相關(guān) 的非基超模起振，涉及外腔形變測量和補償量獲取，涉及保障列陣穩(wěn)定地震蕩于基超模運行。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體列陣量子效率高，輸出波長范圍涵蓋570 nm至1600nm，工作壽命可達(dá)數(shù)百萬小時，疊層列 陣可提供超高功率激光輸出，在諸如工業(yè)、醫(yī)學(xué)等很多領(lǐng)域具有非常廣闊和良好的應(yīng)用前景，但是由于自 由運行的半導(dǎo)體列陣各個發(fā)光單元發(fā)出的光是不相干的，其輸出質(zhì)量較差，特別是慢軸多模輸出的發(fā)散角 大、光譜寬，在干擾、色散、方向性等方面特性極差，既無法通過光學(xué)系統(tǒng)聚焦到小尺寸，又無法實現(xiàn)遠(yuǎn) 距離傳輸，嚴(yán)重阻礙了其在機械加工、表面處理、高功率密度泵浦、空間高速光通信等領(lǐng)域中獲得有效應(yīng) 用。因而，采取空間鎖相措施使得各個單元運行于相同的波長并使得它們之間具有固定的相位差，就變得 至關(guān)重要。實現(xiàn)各個單元相干運行方法包括內(nèi)部耦合和外部耦合。內(nèi)部耦合通過控制折射率、增益區(qū)分布、構(gòu)造 適當(dāng)?shù)挠性磳印⒁r底和覆蓋層等措施來使位相得到鎖定，但是此種機制相應(yīng)的發(fā)光單元寬度大大限制了半 導(dǎo)體列陣能夠輸出的功率，另外，其相應(yīng)的系統(tǒng)不穩(wěn)定性會隨著發(fā)光單元的增多和驅(qū)動電流的增大而增大。外部耦合通過在半導(dǎo)體列陣外部采用位相共軛鏡反饋注入鎖定技術(shù)、主從激光器注入鎖定技術(shù)、外腔鏡技 術(shù)實現(xiàn)鎖相輸出。對于相鄰發(fā)光單元距離達(dá)數(shù)百微米的大功率半導(dǎo)體列陣，特別適宜采用基于模式耦合理論和Talbot腔 理論的外腔耦合鎖相，相應(yīng)功率耦合主要發(fā)生在緊鄰單元之間，非相鄰單元耦合可以忽略不計，相應(yīng)系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡單而功效良好。利用工作中心波長為人，慢軸列陣周期為d,腔長為Lc^d"2X，外腔鏡法線方向垂直于慢軸的1/4 Talbot 外腔鏡技術(shù)能夠成功地鎖定大功率半導(dǎo)體列陣相位，但相應(yīng)遠(yuǎn)場分布為雙瓣結(jié)構(gòu)，標(biāo)明相應(yīng)震蕩模式為最 高階超模；按照分?jǐn)?shù)Talbot腔場分布規(guī)律，為使系統(tǒng)震蕩于基超模，以得到遠(yuǎn)場分布為單瓣結(jié)構(gòu)、接近衍 射極限的極佳輸出，必須將此1/4 Talbot外腔鏡在慢軸方向適當(dāng)?shù)仄D(zhuǎn)一定角度，這是二維半導(dǎo)體疊層列 陣采用外腔技術(shù)選擇基超模震蕩的方式，己成功地獲得工程實現(xiàn)，然而，在此項技術(shù)應(yīng)用于超大功率二維 半導(dǎo)體列陣鎖相時，在傾斜適配角度的外腔鏡使列陣選擇基超模震蕩后，雖然冷卻子系統(tǒng)能夠保障列陣持 續(xù)工作，但殘余熱效應(yīng)仍然會使得外腔形變不斷加劇，再加上平臺震動等，導(dǎo)致最高階超模震蕩。因此， 必須對超大功率二維半導(dǎo)體列陣采取穩(wěn)模措施，以使列陣能夠穩(wěn)定地震蕩于基超模，輸出高質(zhì)量激光束， 為此，本發(fā)明給出了一種超大功率半導(dǎo)體列陣外腔形變補償量獲取技術(shù)，發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對的技術(shù)問題描述當(dāng)半導(dǎo)體列陣采用1/4Talbot外腔鏡技術(shù)鎖相時，在其外腔鏡由垂直于發(fā) 光單元的位置偏轉(zhuǎn)p-X/2d后，外腔鏡將發(fā)光單元發(fā)出的最高階超模光反射并成像于發(fā)光單元間，從而， 腔內(nèi)損耗極大，同時，將發(fā)光單元發(fā)出的基超模光反射并成像于發(fā)光單元內(nèi)，因而列陣將選擇基超模震蕩， 列陣及相應(yīng)光場分布如圖1所示。但是，對于超大功率二維半導(dǎo)體列陣，在采用此技術(shù)鎖相時，雖然列陣 的冷卻子系統(tǒng)能夠保障列陣持續(xù)工作，隨著列陣輸出功率的增加，由于殘余熱效應(yīng)等作用于外腔鏡，將引 起P漂移，對于光發(fā)區(qū)慢軸寬度為S的任意一個發(fā)光單元，當(dāng)p漂移超過SX/2d2時，超過一半的基超模反 射光將成像于發(fā)光單元之間，導(dǎo)致最高階超模占優(yōu)；當(dāng)P漂移超過((d-S)人)/2(12時,超過一半的最高階超模 反射光將成像于發(fā)光孔中，也將導(dǎo)致最高階超模占優(yōu)，為保障列陣恒定不變地震蕩于基超模，必須及時地 補償外腔鏡形變引起的P漂移，而外腔形變補償量獲取是成功補償?shù)南到y(tǒng)輸入源泉，對于補償操作而言， 是決定成敗的關(guān)鍵第一步。本發(fā)明針對的技術(shù)問題解決辦法隨著列陣輸出基超模激光功率的增大，由于殘余熱效應(yīng)、以及運行
環(huán)境等給列陣鎖相帶來的影響，引起1/4Talbot外腔鏡技術(shù)鎖相半導(dǎo)體列陣的外腔鏡形變，導(dǎo)致p發(fā)生近似 對稱性的雙向漂移，本發(fā)明針對性地采用雙路鎖相穩(wěn)定伺服系統(tǒng)，即與CCD1相關(guān)鎖相穩(wěn)定伺服子系統(tǒng)和 與CCD2相關(guān)鎖相穩(wěn)定伺服子系統(tǒng)，各實時測量P—個方向的漂移量，并分別適時補償之，克服p—個方 向漂移對鎖相穩(wěn)定性的影響。兩路探測補償子系統(tǒng)聯(lián)合探測補償，使列陣穩(wěn)定地與運行于基超模。圖2為本發(fā)明超大功率二維半導(dǎo)體鎖相列陣雙路自適應(yīng)傳感補償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、構(gòu)成元素、及運行示 意圖，各發(fā)光單元發(fā)出的激光傳送至外腔鏡的傳輸長度為1/4Talbot腔長，即Lc-d2/2、，外腔鏡在慢軸對 應(yīng)方向偏轉(zhuǎn)角度|} = ^/2山由He-Ne激光器發(fā)出的激光束，經(jīng)匹配擴束鏡擴束，再由分光鏡反射，投射到 傾斜P的1/4Talbot外腔鏡反射面上，爾后，經(jīng)外腔鏡反射的He-Ne激光束將穿透分光鏡，射向反射鏡Rl.l 和R1.2,經(jīng)反射鏡2反射后，對應(yīng)Rl.l的那部分He-Ne激光束將經(jīng)變焦光學(xué)器件l調(diào)節(jié)，以匹配透鏡l， 成像于CCD1上，經(jīng)處理器l處理，獲知此激光束光斑質(zhì)心，標(biāo)定后，在鎖相列陣運行時，實時感測此光 斑質(zhì)心的變化，獲取與之對應(yīng)的的校正斜率，再通過運行全量補償量獲取法，獲取補償相應(yīng)外腔形變所需 補償量，再由相應(yīng)補償外腔形變的子系統(tǒng)各單元協(xié)同，經(jīng)相應(yīng)高壓驅(qū)動模塊按相關(guān)壓電補償器所需驅(qū)動電 壓值等驅(qū)動R1.1上的壓電補償器膨脹，補償p在此方向的漂移(參見具體實施方式
)；與克服P—個方向 漂移的上述CCD1相關(guān)鎖相穩(wěn)定伺服子系統(tǒng)同時操作，其余的He-Ne激光束，即對應(yīng)R1.2的那部分，將 經(jīng)變焦光學(xué)器件2調(diào)節(jié)，以匹配透鏡2，成像于CCD2上，相應(yīng)光斑質(zhì)心標(biāo)定及由外腔形變引起的變化量 直至驅(qū)動相關(guān)壓電補償器所需驅(qū)動電壓值等的獲取由處理器2及相關(guān)設(shè)備完成，然后再配合相應(yīng)D/A、相 應(yīng)高壓驅(qū)動模塊，驅(qū)動R1,2的壓電補償器PZT膨脹，使外腔鏡另外一個方向的形變得到補償(參見具體 實施方式)。與CCD1相關(guān)鎖相穩(wěn)定伺服子系統(tǒng)和與CCD2相關(guān)鎖相穩(wěn)定伺服子系統(tǒng)兩路完全等同，不但 兩路子系統(tǒng)可互換，而且在軟硬件、操作上，二者各功能等同部分亦可互換。


圖l為傾斜p的l/4Talbot外腔鏡技術(shù)鎖相半導(dǎo)體列陣及相應(yīng)光場分布示意圖，p = V2d;圖2為運行本發(fā)明的雙路可互換超大功率二維半導(dǎo)體列陣鎖相穩(wěn)定技術(shù)系統(tǒng)示意圖；圖3為采用本發(fā)明所給出技術(shù)及其配套外腔形變補償技術(shù)前，超大功率半導(dǎo)體列陣鎖相運行的典型輸出場分布，由于外腔鏡受殘余熱效應(yīng)等影響而變形，導(dǎo)致非基超模振蕩，遠(yuǎn)場變成了三瓣結(jié)構(gòu)。圖4為采用本發(fā)明所給出技術(shù)及其配套外腔形變補償技術(shù)后，超大功率半導(dǎo)體列陣鎖相運行的典型輸出場分布，為單瓣結(jié)構(gòu)，可見，p漂移被校正，外腔形變感測補償子系統(tǒng)能夠保障列陣穩(wěn)定地運行于基超模，本發(fā)明能夠很好地伺服列陣穩(wěn)定鎖相運行。下面通過實例具體說明本

發(fā)明內(nèi)容
具體實施方式
傳感探測光源發(fā)出的He-Ne激光，經(jīng)匹配擴束鏡擴束，再由分光鏡反射，投射到傾斜^的1/4Talbot 外腔鏡反射面上，爾后，被外腔鏡反射的激光束將穿透分光鏡，射向反射鏡Rl.l和R1.2,經(jīng)反射鏡2反 射后，變焦光學(xué)器件1調(diào)節(jié)來自R2.1的激光束，使得透鏡1聚焦自身入射光束于CCD1上，與此同時， 變焦光學(xué)器件2調(diào)節(jié)來自R2.2的激光束，使得透鏡2將另一半入射光束成像于CCD2上。CCD上光斑質(zhì)心為(;Cc,^c)，通過<formula>formula see original document page 4</formula>
計算得出，式中M是CCD像素陣列式中的行數(shù)，N是CCD像素陣列式中的列數(shù)， 是像素(i,y)的;c坐標(biāo)，& 是像素(z，y)的r坐標(biāo)，/y對應(yīng)像素(, ，/)的輸出光強值。如果在外腔鏡未發(fā)生形變時， 一光斑質(zhì)心為 (^:。，3^0)，那么，外腔鏡發(fā)生形變后，相應(yīng)光斑質(zhì)心要發(fā)生一定偏移而變?yōu)?Xn,;v。),如果相應(yīng)透鏡的
焦距為/，則所需校正斜率為Sx =0C1—xc。)//， Sy=Ocl—_yC())//; 引發(fā)(3漂移的是外腔Z軸向形變，故而，當(dāng)漂移量為A"時，對外腔鏡反射面上任意一點而言，如果 其至雙向漂移的對稱中心線的距離為《，則僅需使反射面在對應(yīng)z軸向逆向轉(zhuǎn)動就可補償一個方向的漂移，這使得處理器可在獲得所需參數(shù)，并實時計算出&和&后，按《=(—* + v s》計算所需補償量，式中，2flt為X方向外腔鏡長度，A、 ％、 w。為分別對應(yīng)s^ 、 a的性能精度加權(quán)值，與外腔鏡兩個方向的形變量及其補償交聯(lián)相關(guān)，此為全量補償量獲取法獲知補償量，從而能夠 適時補償P漂移的關(guān)鍵。對于辨票移擾動頻率而言，壓電補償器的傳輸函數(shù)i^按常數(shù)處理就能很好地滿足區(qū)域感測補償穩(wěn)模自適應(yīng)控制的精度和速度需求，相應(yīng)補償器為補償相關(guān)本發(fā)明有益效果雙路自適應(yīng)傳感補償穩(wěn)模系統(tǒng)通過 兩路測量子系統(tǒng)和補償子系統(tǒng)聯(lián)合測量和補償，能夠很好地伺服于傾斜V2d的1/4 Talbot外腔鏡技術(shù)，克服 外腔鏡形變給超大功率二維半導(dǎo)體列陣鎖相帶來的影響，使列陣能夠穩(wěn)定地震蕩于基超模。外腔鏡形變所 需驅(qū)動電壓據(jù)此，相關(guān)處理器在適時計算出驅(qū)動電壓后，配合D/A、高壓驅(qū)動模塊等，驅(qū)動壓電補償器的PZT膨脹，補 償外腔鏡形變。為補償P雙向漂移，外腔鏡對應(yīng)R1.1那個方向形變的探測、運算、補償?shù)奶幚?，由Rl.l、 CCD1、處理器l、 配套D/A、高壓驅(qū)動模塊l、配套壓電補償器協(xié)同完成操作；同時，外腔鏡另一個方向，即對應(yīng)111.2的那個 方向形變的探測、運算、補償?shù)奶幚恚蒖1.2、 CCD2、處理器2、配套D/A、高壓驅(qū)動模塊2、配套壓電 補償器協(xié)同完成操作。本發(fā)明有益效果本發(fā)明給出的超大功率半導(dǎo)體列陣外腔形變補償量獲取技術(shù)，其與配套外腔形變補償技 術(shù)一道，能夠很好地伺服于傾斜V2d的1/4 Talbot外腔鏡技術(shù)，克服外腔鏡形變給超大功率二維半導(dǎo)體列陣 鎖相帶來的影響，使列陣能夠穩(wěn)定地震蕩于基超模，穩(wěn)定地獲得高質(zhì)量輸出，使列陣對工作環(huán)境的適應(yīng)性 得到增強。
權(quán)利要求
1、服務(wù)于超大功率半導(dǎo)體列陣選擇同相模運行的穩(wěn)定性控制的外腔形變補償量獲取技術(shù)，其特征在于在外腔內(nèi)構(gòu)建探測補償子系統(tǒng)通過全量補償量獲取法獲知補償量。
2、 對于全量補償量獲取法，其工程應(yīng)用需特定的運行環(huán)境，其特征在于與CCD1相關(guān)的一路測量 外腔形變的子系統(tǒng)利用反射鏡R2.1、反射鏡3、變焦光學(xué)器件l、透鏡l，聚焦經(jīng)外腔反射的一半 He-Ne激光束成像于CCDl上，獲得一個光斑，并由處理器1計算光斑質(zhì)心、以及計算相應(yīng)標(biāo)定 后的變化量，從而獲取外腔鏡一個方向的形變信息，并在其達(dá)到門限時，通過全量補償量獲取法 獲知補償量，然后再配合相應(yīng)D/A、相應(yīng)高壓驅(qū)動模塊，驅(qū)動安裝在外腔鏡末端位置的相應(yīng)壓電 補償器PZT膨脹,從而適時補償p在一個方向的漂移；與CCD2相關(guān)的另一路測量外腔形變的子系 統(tǒng)利用反射鏡R2.2、反射鏡3、變焦光學(xué)器件2、透鏡2，聚焦經(jīng)外腔反射的另一半He-Ne激光束 成像于CCD2上，獲得另一個光斑，并由處理器2計算光斑質(zhì)心、以及計算標(biāo)定后的變化量，從 而獲取外腔鏡另一個方向的形變信息，并在其達(dá)到門限時，通過全量補償量獲取法獲知補償量， 然后再配合相應(yīng)D/A、相應(yīng)高壓驅(qū)動模塊，驅(qū)動安裝在112.2上末端位置的相應(yīng)壓電補償器？21 膨脹,從而適時補償P在另一個方向的漂移。
3、 對于全量補償量的獲取，其特征在于以與CCD相關(guān)的校正斜率加權(quán)后的全值為輸入，獲取補償雖 里。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超大功率半導(dǎo)體列陣中，克服外腔形變影響鎖相質(zhì)量，為避免降低鎖相質(zhì)量而補償形變所需補償量獲取技術(shù)。與CCD1相關(guān)的一路測量外腔形變的子系統(tǒng)利用反射鏡R2.1、反射鏡3、變焦光學(xué)器件1、透鏡1，聚焦經(jīng)外腔反射的一半He-Ne激光束成像于CCD1上，由處理器1計算光斑質(zhì)心、以及計算標(biāo)定后的變化量，從而獲取外腔鏡一個方向的形變信息，并在其達(dá)到門限時，通過全量補償量獲取法獲知補償量，然后再配合相應(yīng)D/A、相應(yīng)高壓驅(qū)動模塊，驅(qū)動安裝在外腔鏡末端位置的相應(yīng)壓電補償器PZT膨脹，補償，從而適時補償β在一個方向的漂移；與CCD2相關(guān)的一路測量外腔形變的子系統(tǒng)利用反射鏡R2.2、反射鏡3、變焦光學(xué)器件2、透鏡2，聚焦經(jīng)外腔反射的另一半He-Ne激光束成像于CCD2上，由處理器2計算光斑質(zhì)心、以及計算標(biāo)定后的變化量，從而獲取外腔鏡一個方向的形變信息，并在其達(dá)到門限時，通過全量補償量獲取法獲知補償量，然后再配合相應(yīng)D/A、相應(yīng)高壓驅(qū)動模塊，驅(qū)動安裝在R2.2上末端位置的相應(yīng)壓電補償器PZT膨脹，補償，從而適時補償β在另一個方向的漂移。從而，適時補償由殘余熱效應(yīng)等引起的外腔鏡隨機形變，使得采用傾斜匹配角度的外腔鏡鎖相的超大功率二維半導(dǎo)體列陣穩(wěn)定地震蕩于同相模，保障列陣穩(wěn)定輸出的高質(zhì)量。
文檔編號H01S5/06GK101127436SQ20071004947
公開日2008年2月20日 申請日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月9日
發(fā)明者然 蔡 申請人:蔡 然;榮 健;鐘曉春