本發(fā)明涉及一種具有外部光譜選擇性反饋的二極管激光器。

背景技術(shù)：

邊緣發(fā)射二極管激光器的輻射在垂直于波導平面(垂直方向，“快光軸”)的方向上是高度發(fā)散的，并且具有相對寬的波長譜。此外，波長譜典型地取決于其他參數(shù)，例如溫度。因此，波長譜取決于激光器所提供的功率。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，波長可以通過內(nèi)部的或外部的波長選擇元件或結(jié)構(gòu)來限制和穩(wěn)定化。由于二極管激光器中發(fā)射的輻射的光譜選擇性反饋，實現(xiàn)了波長的外部限制和穩(wěn)定化。一個示例是所謂的外腔二極管激光器(ecdl)，其中通過例如表面光柵上的光譜選擇性反射完成反饋。然而，這具有需要額外的光學元件并且使得小型化變得困難的缺點。

實現(xiàn)光譜選擇性反饋的另一種方式是使用體布拉格光柵(也稱為vbg)。使用這種vbg的優(yōu)點是可以實現(xiàn)緊湊的、波長穩(wěn)定的激光束源。例如，de102011006198a1、us2005/0207466a1、us2006/0251143a1、us7,397,837b2和us7,545,844b2公開了如何在(準直)激光束中放置體布拉格光柵。然而，該布置的缺點在于，vbg被布置在主光路(即，激光輻射沿著其被耦合輸出的路徑)內(nèi)，從而接收高光能，這可能導致波長隨著更高輻射能量的漂移。鎖定的二極管激光器的峰值波長的這種小的偏移是由于vbg隨著導致鎖定波長輕微變化的漸增的功率而加熱引起。此外，現(xiàn)有技術(shù)的激光二極管系統(tǒng)使用為反饋信號提供固定的(反射率(reflectivity))百分比的vbg，導致對于各個(電流驅(qū)動的)激光二極管的大電流的高強度反饋電平。也就是說，反饋信號的電平高于(用于大的二極管驅(qū)動電流)所需的電平，以便實現(xiàn)波長穩(wěn)定，從而降低激光二極管系統(tǒng)的總輸出功率。另一方面，如果反饋對于大的二極管驅(qū)動電流進行優(yōu)化，則其對于低電流將太小。此外，現(xiàn)有技術(shù)中的vbg需要在它們的幾何布局中被調(diào)整，以便實現(xiàn)必要的(低)反射率，因而會引起不期望的不利影響例如衍射。此外，該激光二極管布置遭受總輸出功率的降低，因為所使用的激光二極管不產(chǎn)生完全偏振的輻射。事實上，實際的激光二極管對于主偏振方向展現(xiàn)的典型偏振度范圍是約80％至95％。也就是說，發(fā)射的激光輻射的非偏振部分在激光系統(tǒng)內(nèi)消失，例如在邊緣濾波器或偏振濾波器處消失。

因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有波長穩(wěn)定的二極管激光器，其克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷并且允許增加的總輸出功率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，公開了一種激光器(優(yōu)選地是一種外腔二極管激光器)，其包括被放置在內(nèi)部激光腔內(nèi)的有源媒介(例如，有源層)，該內(nèi)部激光腔包括被適配來用于輸出耦合的激光輻射的出射面；被放置在內(nèi)部激光腔外并且被適配來用于激光輻射的波長穩(wěn)定化的外部頻率選擇元件；被放置在內(nèi)部激光腔外并且被適配來用于將輸出耦合的激光輻射分成沿第一光束路徑延伸的第一光束和沿第二光束路徑延伸的第二光束的分束器，第一光束具有比第二光束高的輻射強度并且第一光束路徑不同于第二光束路徑；以及用于控制入射到頻率選擇元件的輻射強度的強度控制裝置；其中外部頻率選擇元件和強度控制裝置被布置在第二光束路徑中。

本發(fā)明的主要思想是在至少包括輸出耦合的激光輻射功率的大部分，即大于其50％的主光束路徑之外布置外部頻率選擇元件。因此，外部頻率選擇元件可以被放置在與主(即，第一)光束路徑不同的附加反饋(即，第二)光束路徑中，其中入射到頻率選擇元件的輻射強度由適合的強度控制裝置來控制，因此附加的反饋光束路徑具有較低的輻射強度，從而導致頻率選擇元件的較小的熱應(yīng)力。

優(yōu)選地，有源媒介由被形成為邊緣發(fā)射激光二極管的激光二極管構(gòu)成。優(yōu)選地，內(nèi)部激光腔由至少兩個相對的反射鏡形成?？商鎿Q地，有源媒介能夠由具有寬增益帶寬的固體激光器例如yb摻雜的材料或在具有接近彼此的若干離散線的固體激光器材料中的選線組成。優(yōu)選地，有源媒介被適配為發(fā)射具有其最大強度在400nm至2900nm范圍內(nèi)，優(yōu)選地在750nm至1100nm范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在1400nm至1600nm范圍內(nèi)或1700nm至2000nm范圍內(nèi)的波長的輻射。優(yōu)選地，有源媒介包括半導體材料。更優(yōu)選地，有源媒介由半導體材料組成。

優(yōu)選地，入射至頻率選擇元件的強度由強度控制裝置控制使得根據(jù)本發(fā)明的ecdl的總強度減弱或增強時其分別增強或減弱。更優(yōu)選地，反饋束路徑中的強度通過該強度控制裝置保持恒定或基本恒定。甚至更優(yōu)選地，反饋束路徑中的強度被控制來使得恒定的強度被反饋至內(nèi)部激光腔中，或更具體地，被反饋至內(nèi)部激光腔內(nèi)的有源媒介中。

優(yōu)選地，強度控制裝置可以是被布置在第二光束路徑中的單個元件。更優(yōu)選地，強度控制裝置由以集成方式被布置在第二光束路徑中的分束器和/或頻率選擇元件組成。甚至更優(yōu)選地，強度控制裝置由被布置在第二光束路徑中的單個元件和集成元件的組合組成。強度控制裝置可以被形成為無源強度控制裝置或有源強度控制裝置。

優(yōu)選地，第一光束的輻射強度大于輸出耦合的激光輻射的輻射強度的60％，而第二光束的輻射強度小于輸出耦合的激光輻射的輻射強度的40％，更優(yōu)選地，第一光束的輻射強度大于輸出耦合的激光輻射的輻射強度的70％，而第二光束的輻射強度小于輸出耦合的激光輻射的輻射強度的30％，更優(yōu)選地，第一光束的輻射強度大于輸出耦合的激光輻射的輻射強度的80％，而第二光束的輻射強度小于輸出耦合的激光輻射的輻射強度的20％，再更優(yōu)選地，第一光束的輻射強度大于輸出耦合的激光輻射的輻射強度的90％，而第二光束的輻射強度小于輸出耦合的激光輻射的輻射強度的10％。

優(yōu)選地，外部頻率選擇元件被形成為反射器。更優(yōu)選地，該反射器被形成為體布拉格光柵，體布拉格光柵也被稱為vbg。優(yōu)選地，反射器的(最大)反射比(reflectance)在特定波長處——所述外部頻率選擇元件被設(shè)計用于該特定波長——為對于該特定波長大于60％，優(yōu)選地大于70％，更優(yōu)選地大于80％，更優(yōu)選地大于90％，更優(yōu)選地大于95％，以及再更優(yōu)選地大于99％。優(yōu)選地，反射器的在不同于該特定波長(在該波長處反射比最大)且大5nm(更優(yōu)選地大4nm，更優(yōu)選地大3nm，更優(yōu)選地大2nm，再更優(yōu)選地大1nm)的第二波長處的反射比小于最大反射比的60％，更優(yōu)選地小于最大反射比的40％，更優(yōu)選地小于最大反射比的20％，更優(yōu)選地小于最大反射比的10％，再更優(yōu)選地小于最大反射比的5％。換言之，反射器在小波長范圍內(nèi)表現(xiàn)出高的最大反射比，從而產(chǎn)生波長特定的反饋信號，該反饋信號被耦合回到內(nèi)部激光腔中，從而使激光發(fā)射波長穩(wěn)定。對于反射比為最大反射比的50％或更高的反射器的反射帶寬優(yōu)選地小于2nm，更優(yōu)選地小于1nm，更優(yōu)選地小于0.5nm，再更優(yōu)選地小于0.2nm。

優(yōu)選地，為了獲得緊湊的設(shè)計，內(nèi)部激光腔的出射面和分束器之間的距離相對較小。換言之，內(nèi)部激光腔的出射面和分束器之間的距離優(yōu)選地小于100cm，更優(yōu)選地小于50cm，更優(yōu)選地小于25cm，更優(yōu)選地小于10cm，再更優(yōu)選地小于5cm。優(yōu)選地，也為了獲得緊湊的設(shè)計，分束器和外部頻率選擇元件之間的距離相對較小。換言之，分束器和外部頻率選擇元件之間的距離優(yōu)選地小于100cm，更優(yōu)選地小于50cm，更優(yōu)選地小于25cm，更優(yōu)選地小于10cm，再更優(yōu)選地小于5cm。

優(yōu)選地，出射面(也稱為前面)包括對于所發(fā)射的激光輻射范圍從0.1％至12％，更優(yōu)選地從0.1％至6％，再更優(yōu)選地從0.1％至3％的反射率。優(yōu)選地，后面包括對于所發(fā)射的激光輻射范圍從80％至99.999％，更優(yōu)選地從95％至99.99％，再更優(yōu)選地從99.0％至99.9％的反射率。

優(yōu)選地，分束器是選自偏振分束器、薄膜偏振器和格蘭激光偏振器(又名“格蘭-泰勒偏振器(glan-taylorpolarizer)”)中的一種。也就是，根據(jù)本發(fā)明的一個方面的激光二極管旨在通過采用激光二極管的這些非偏振的發(fā)射光的部分來增加總輸出功率，以實現(xiàn)頻率穩(wěn)定。在常規(guī)的激光二極管系統(tǒng)中，發(fā)射的激光輻射的非偏振部分在激光系統(tǒng)中消失，例如在邊緣濾波器或偏振濾波器處消失，然而，根據(jù)本發(fā)明，發(fā)射的激光輻射的非偏振部分被輸出耦合到第二光束路徑中來被(頻率選擇性地)反射回到內(nèi)部激光腔中用于頻率(或波長)穩(wěn)定化。為了獲得用于頻率穩(wěn)定化的足夠的反饋信號，優(yōu)選利用不產(chǎn)生完全偏振輻射的激光二極管。優(yōu)選地，激光二極管被形成為使得(對于主偏振方向)偏振程度范圍為60％至99％,更優(yōu)選地為70％至97％，更優(yōu)選地為80％至95％，再更優(yōu)選地為85％至92％。

優(yōu)選地,偏振修改裝置被布置在分束器和外部頻率選擇元件之間的第二光束路徑中，其中偏振器位于偏振修改裝置和外部頻率選擇元件之間的第二光束路徑中。這個優(yōu)選實施例的優(yōu)點是可以控制波長特定的反饋信號(其被耦合回到內(nèi)部激光腔中)的強度。也就是說，激光二極管的總體強度可以通過泵浦能量來控制，例如通過控制激光二極管的驅(qū)動電流來控制。第二光束路徑中的輻射強度(以及相應(yīng)地反饋信號的強度)與從激光二極管輸出耦合的輻射強度相關(guān)。因此，當整個激光二極管發(fā)射強度增加時，這可能意味著例如被形成為vgb的外部頻率選擇元件的熱應(yīng)力，反饋信號的強度增加。然而，反饋信號的強度僅需要高于某一(絕對)閾值。因此，改編偏振修改裝置使得vbg處的輻射的強度獨立于激光二極管的總強度是有利的，更具體地控制第二光束路徑中的偏振使得通過偏振器的輻射的強度范圍在激光二極管的穩(wěn)定激光操作所必需的(最小)閾值的100％和200％之間，更優(yōu)選地在100％和150％之間，再更優(yōu)選地在100％和120％之間,是有利的。偏振修改裝置優(yōu)選地被形成為光電偏振器。更優(yōu)選地，偏振修改裝置被形成為普克爾斯盒(pockelscell)。位于偏振修改裝置和頻率選擇元件之間的第二光束路徑中的偏振器優(yōu)選地形成為相對于第二光束路徑中的主光束傳播方向以布魯斯特角(brewsterangle)布置的薄膜偏振器。

優(yōu)選地，偏振修改裝置被連接到(電流驅(qū)動的)激光二極管(的控制單元)。優(yōu)選地，偏振修改裝置被連接到用于檢測(或確定)激光二極管或其等同物的總輻射強度的裝置。

根據(jù)可替換的優(yōu)選實施例,偏振修改裝置被布置在分束器和內(nèi)部激光腔的出射面之間的第一光束路徑中，其中偏振器位于分束器和外部頻率選擇元件之間的第二光束路徑中。根據(jù)這個優(yōu)選的實施例，還可能獲得用于(基本上)發(fā)射完全偏振輻射的激光二極管的受控反饋信號。

根據(jù)可替換的優(yōu)選實施例，為了改編反饋信號的強度以獨立于激光二極管的總強度，外部頻率選擇元件包括具有強度依賴反射系數(shù)的反射鏡。這種具有強度依賴反射系數(shù)的反射鏡在本領(lǐng)域是已知的，例如來自michel等人的“thermo-opticallydrivenadaptivemirrorforlaserapplications(用于激光應(yīng)用的熱光驅(qū)動的自適應(yīng)反射鏡)”(appl.phys.b,pp.721-724(2004))。優(yōu)選地，具有強度依賴反射系數(shù)的反射鏡被適配為使得不論激光二極管的總體強度如何，反饋信號的強度變化小于的30％，更優(yōu)選地小于20％，更優(yōu)選地小于10％，再更優(yōu)選地小于5％。

優(yōu)選地，具有強度依賴反射系數(shù)的反射鏡被連接到(電流驅(qū)動的)激光二極管(的控制單元)。優(yōu)選地，具有強度依賴反射系數(shù)的反射鏡被連接到用于檢測激光二極管或其等同物的總輻射強度的裝置。

根據(jù)可替換的優(yōu)選實施例，分束器是非偏振分束器。根據(jù)這個優(yōu)選的實施例，還可能獲得用于發(fā)射完全偏振輻射的激光二極管的受控反饋信號。

優(yōu)選地，(非偏振)分束器包括具有不同部分反射率的多個部分，該多個部分被并排地布置(但不是必須直接鄰接)。優(yōu)選地，激光二極管裝置還包括用于(優(yōu)選地相對于輸出耦合的激光輻射的傳播方向)(優(yōu)選橫向地)移動分束器的裝置。優(yōu)選地，激光二極管裝置還包括用于控制分束器的(橫向)移動的裝置。優(yōu)選地，用于控制分束器的(橫向)移動的裝置被適配來用于根據(jù)輸出耦合的激光輻射的強度控制分束器的移動。優(yōu)選地，用于控制分束器的橫向移動的裝置被適配來控制分束器的移動以使得不論激光二極管的總體強度如何，反饋信號的強度變化小于的30％，更優(yōu)選地小于20％，更優(yōu)選地小于10％，再更優(yōu)選地小于5％。優(yōu)選地，具有不同部分反射率的多個部分彼此直接鄰接或直接鄰接其等同物。

優(yōu)選地，用于控制分束器的橫向移動的裝置被連接到(電流驅(qū)動的)激光二極管(的控制單元)。優(yōu)選地，用于控制分束器的移動的裝置被連接到用于檢測激光二極管或其等同物的總輻射強度的裝置。

根據(jù)優(yōu)選的實施例(代替用于移動分束器的裝置以及用于控制分束器的移動的裝置)，該激光二極管還包括多部分反射鏡，該多部分反射鏡包括具有不同反射率的多個部分，該多個部分被并排地布置(但不必要直接地鄰接，例如在圓上直接地鄰接)，該多部分反射鏡被布置在(優(yōu)選地，非偏振)分束器和外部頻率選擇元件之間的第二光束路徑中，其中偏轉(zhuǎn)裝置被布置在分束器和該多部分反射鏡之間的第二光束路徑中，其中該偏轉(zhuǎn)裝置被適配來根據(jù)輸出耦合的激光輻射的強度使第二光束路徑中的輻射偏轉(zhuǎn)至多部分反射鏡的不同部分上。優(yōu)選地，多個具有不同部分反射率的部分彼此直接地鄰接。

根據(jù)本發(fā)明的部分，激光二極管裝置包括多個具有內(nèi)部激光腔的二極管激光器，每個內(nèi)部激光腔包括被適配來用于輸出耦合激光輻射的出射面，其中該內(nèi)部激光腔被布置為使得多個堆疊的激光束指向共同的分束器上。優(yōu)選地，該多個堆疊的激光束被布置為彼此平行。

優(yōu)選地，該共同的分束器包括多個階梯式部分，該階梯式部分中的每一個部分被適配來將該多個堆疊的平行激光束中的一束激光分成沿第一光束路徑延伸的第一光束和沿第二光束路徑延伸的第二光束，各第一光束具有比各第二光束高的輻射強度并且各第一光束路徑不同于各第二光束路徑。

優(yōu)選地，所有階梯式部分相對于該多個堆疊的激光束的傳播方向具有相同的傾角。優(yōu)選地，該階梯式部分被布置為彼此等距。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，該激光二極管裝置還包括被布置在分束器和外部頻率選擇元件之間的第二光束路徑中的偏轉(zhuǎn)裝置，其中該偏轉(zhuǎn)裝置被適配來使第二光束路徑中的輻射偏轉(zhuǎn)從而僅輻射在第二光束路徑中的部分被引導至外部頻率選擇元件的有源區(qū)域上，該輻射部分的量取決于輸出耦合的激光輻射的強度。優(yōu)選地，沒有其他元件被布置在偏轉(zhuǎn)裝置和外部頻率選擇元件之間的第二光束路徑中。優(yōu)選地，該偏轉(zhuǎn)裝置被形成為聲光調(diào)制器(aom)或空間光調(diào)制器(slm)。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，該激光二極管裝置還包括被布置在分束器和外部頻率選擇元件之間的第二光束路徑中的強度適應(yīng)的聚焦透鏡，其中該聚焦透鏡被適配來使第二光束路徑中的輻射聚焦在外部頻率選擇元件的有源區(qū)域上，該聚焦透鏡的聚焦能力取決于輸出耦合的激光輻射的強度。這種強度依賴的聚焦透鏡是現(xiàn)有技術(shù)中已知的，例如來自r.koch的“self-adaptiveopticalelementsforcompensationofthermallensingeffectsindiodeend-pumpedsolidstatelasers-proposalandpreliminaryexperiments(用于補償二極管端泵浦固體激光器中的熱透鏡效應(yīng)的自適應(yīng)光學元件——建議和初步實驗)”(opticscommunications140(1997),158-164)。優(yōu)選地，沒有其他元件被布置在聚焦透鏡和外部頻率選擇元件之間的第二光束路徑中。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，公開了一種激光器(優(yōu)選地一種二極管激光器)，其包括被放置在激光腔內(nèi)的有源媒介(例如，有源層)，該激光腔包括被適配來用于輸出耦合的激光輻射的出射面；被放置在激光腔外并且被適配來用于激光輻射的波長穩(wěn)定化的外部頻率選擇元件，以及被適配來用于將輸出耦合的激光輻射分成沿第一光束路徑延伸的第一光束和沿第二光束路徑延伸的第二光束的分束器，第一光束具有比第二光束高的輻射強度并且第一光束路徑不同于第二光束路徑，其中外部頻率選擇元件被布置在第二光束路徑中。

本發(fā)明的這個方面的主要思想是在至少包括輸出耦合的激光輻射功率的大部分，即大于其50％的主光束路徑之外布置外部頻率選擇元件。因此，外部頻率選擇元件可以被放置在與主(即，第一)光束路徑不同的附加反饋(即，第二)光束路徑中，附加的反饋光束路徑具有較低的輻射強度，從而導致頻率選擇元件的較小的熱應(yīng)力。

附圖說明

在下文中本發(fā)明將進行更詳細的描述。給出的示例適合于描述本發(fā)明，但任何情況下都不限制本發(fā)明。具體地，本發(fā)明并不限于包括有源媒介和內(nèi)部激光腔的二極管激光腔。有源媒介和/或內(nèi)部激光腔可以被包括在任何合適的激光系統(tǒng)。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的激光二極管裝置的示意性剖視圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的激光二極管裝置的示意性剖視圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例的激光二極管裝置的示意性剖視圖；

圖4a至圖4d示出了根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選實施例的激光二極管裝置的示意性剖視圖；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第五優(yōu)選實施例的激光二極管裝置的示意性剖視圖；

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第六優(yōu)選實施例的激光二極管裝置的示意性剖視圖；

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第七優(yōu)選實施例的激光二極管裝置的示意性剖視圖。

具體實施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的激光二極管裝置的示意性剖視圖。

二極管激光腔被用于泵浦固體激光器并且服務(wù)于塑料焊接、釬焊、熔覆和熱傳導焊接的應(yīng)用，這些都是主要市場。由于其有限的功率和光束質(zhì)量，用常規(guī)二極管激光器系統(tǒng)的深熔焊接以及更重要地切割不是成本有效的。深熔焊接需要功率在1kw至6kw和更大的范圍內(nèi)的質(zhì)量在10mm*mrad至20mm*mrad范圍內(nèi)的光束。切割需要質(zhì)量小于10mm*mrad且功率水平在2kw至4kw范圍內(nèi)的光束，具體地用于薄規(guī)格的材料切割至數(shù)毫米為約3mm*mrad和2kw至3kw，對于較厚規(guī)格的材料的切割為約7mm*mrad。

光學堆疊對于功率縮放是已知的，并且許多不同的配置可用于激光棒和單發(fā)射器。光譜堆疊允許亮度和功率的縮放。對于具有不同波長的多個二極管的后續(xù)光譜組合，需要單個二極管的窄且穩(wěn)定的光譜。多個單發(fā)射器，每個例如額定功率為12w，可能在例如具有單片慢軸準直器(sac)陣列的快軸中進行堆疊。盡管本發(fā)明的最優(yōu)選實施例涉及單發(fā)射器二極管，但是應(yīng)當理解，光學堆疊和/或光譜堆疊可以有利地部署在本發(fā)明的所有實施例中。

這些系統(tǒng)的功率和亮度使得能夠使用二極管激光器進行切割和焊接。該技術(shù)可以轉(zhuǎn)移到包括793nm和1980nm的其它波長。優(yōu)化的光譜組合使光譜亮度和功率方面的進一步改善成為可能?？焖倏刂齐娮釉托⌒突_關(guān)電源使脈沖上升時間小于10μs，具有可連續(xù)調(diào)節(jié)的脈沖寬度從20μs至cw成為可能。

在優(yōu)選實施例中，外部布置的體布拉格光柵使波長穩(wěn)定并且將線寬度變窄到小于1nm。采用外部頻率選擇元件例如vbg的波長穩(wěn)定化將具有期望波長的發(fā)射光的部分反射回至二極管中。外部諧振器的設(shè)計，即二極管前面反射率(即外耦合面反射率)以及外部頻率選擇元件的反射率和尺寸確定所得到的線寬度和鎖定范圍。典型地，線寬被從5nm(fwhm)變窄至0.3nm(fwhm)光譜，相當于小于1nm內(nèi)的功率的95％。利用適當?shù)闹C振器設(shè)計，驅(qū)動電流從閾值(例如0.5a)改變到全功率(例如12a)，峰值波長幾乎恒定。諧振器設(shè)計確定鎖定范圍并且更高的鎖定范圍以更高的反射率來實現(xiàn)，但是功率損耗增加。

根據(jù)本發(fā)明的如圖1中所示的第一優(yōu)選實施例，一種激光二極管包括有源層和內(nèi)部激光腔10，包括出射面12，激光二極管的激光輻射b0通過其耦合輸出。

激光二極管典型地基于一種用于9xxnm區(qū)的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)以夾層方式建立，由具有砷化鋁(alxga(1-x)as)的砷化鎵(gaas)組成。在本實施例的10a驅(qū)動電流下的輸出功率為12w和發(fā)射波長為970nm的寬帶二極管激光器中，發(fā)射表面具有約96×4μm的區(qū)域，該區(qū)域具有3％的面涂層。發(fā)射區(qū)域的小高度和激光材料與空氣的折射率之間的高差異導致高達23°的高發(fā)散度，即所謂的快軸。慢軸上的發(fā)散是僅4°。

偏振度由波導內(nèi)的增益來確定，其對于pi(te)和sigma(tm)偏振光是不同的，并且對于sigma偏振光稍微大些。偏振度取決于嵌入的量子阱的張力。通過在量子阱結(jié)構(gòu)中的壓縮或拉伸應(yīng)變，偏振可以從te切換到tm。這種張力的變化不同地影響重孔增益和輕孔增益。但這也對激光二極管的性能有影響，這意味著在最佳性能下存在固定偏振。

激光二極管對于主偏振方向展現(xiàn)約93％的偏振度，該主偏振方向在本實施例中為平行偏振。輸出耦合的激光輻射b0被指向至將具有平行偏振的所有輻射傳輸?shù)降谝还馐窂絧1中的偏振分束器16，從而形成第一光束b1。第一光束b1的強度是輸出耦合的激光束b0的強度的約95％。此外，偏振分束器16將輻射b0的不同于平行偏振的部分偏轉(zhuǎn)到第二光束路徑p2中，從而形成第二光束b2。本發(fā)明的第一實施例的優(yōu)點在于，輻射b0的不同于主偏振方向(平行)的部分可以被用于第二光束路徑中的波長穩(wěn)定化，該第二光束路徑僅具有輸出耦合的激光束b0的強度的約5％的強度，從而使被形成為vbg的頻率選擇元件14的熱應(yīng)力最小化。vbg14僅將光束b2的0.3nm(fwhm)的窄部分反射回激光二極管，從而使輸出耦合的激光束b0的波長穩(wěn)定。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的激光二極管裝置的示意性剖視圖。圖2的實施例類似于圖1的實施例，但是還包括位于第二路徑p2中的偏振修改裝置18和偏振器20。該實施例的另一個優(yōu)點是可以(在到達vbg14之前)調(diào)節(jié)第二光束b2的強度，使得第二光束b2的強度低于預(yù)定值，該預(yù)定值被設(shè)置為使得被反射回到激光二極管中的第二光束b2的強度足以使得能夠在vbg14被設(shè)計的期望波長上進行穩(wěn)定的激光操作。同時，該預(yù)定值被設(shè)置為使得被指向到vbg14上的第二光束b2的強度足夠低以避免vbg14處的熱應(yīng)力。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例的激光二極管裝置的示意性剖視圖。圖3的實施例類似于圖1的實施例，但是還包括具有四個不同的部分16-1、16-2、16-3和16-4的分束器16，部分16-1、16-2、16-3和16-4中的每個部分對于輸出耦合的激光輻射b0具有不同的反射比。優(yōu)選地，分束器16是非偏振分束器。根據(jù)第三優(yōu)選實施例的激光二極管裝置還包括用于沿著由箭頭所示的縱向軸線移動分束器16的裝置16-5。這個實施例的優(yōu)點在于，被反射回激光二極管中的第二光束b2的強度可以通過移動分束器16來控制，使得僅部分16-1、16-2、16-3和16-4中的一個部分被選擇來將光束b0分成第一光束b1和第二光束b2，使得第二光束b2的強度足夠高以實現(xiàn)穩(wěn)定的激光操作并且足夠低以避免vbg14處的熱應(yīng)力。為了改編第二光束b2的強度使其獨立于輸出耦合的激光束b0的強度，用于移動分束器16的裝置16-5優(yōu)選地被連接到用于檢測輸出耦合的激光束b0的強度的裝置。

圖4a至圖4d示出了根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選實施例的激光二極管裝置的示意性剖視圖。圖4a至圖4d的實施例類似于圖1的實施例，但是每個實施例具有非偏振分束器16代替偏振分束器，并且還包括偏轉(zhuǎn)裝置24以及可以是多部分反射鏡22或曲面鏡28的反射鏡22和28。該實施例的優(yōu)點在于，偏轉(zhuǎn)裝置24和(多部分)反射鏡22、28在這個實施例中是固定的，而第三實施例的分束器16(其也是局部的多部分反射鏡)被布置為可沿著其縱向軸線移動。偏轉(zhuǎn)裝置24例如被形成為aom。aom24可以被控制來根據(jù)第二光束b2的強度使光束b2偏轉(zhuǎn)。

如圖4a中的實施例所示，彎曲的多部分反射鏡28使通過aom24在不同角度下偏轉(zhuǎn)和在不同位置28-1、28-2和28-3處撞擊在曲面鏡28上的光束能夠被準直和被偏轉(zhuǎn)至vbg14上。多部分反射鏡28可以包括對于第二光束路徑p2(光束b2)的各輸出耦合的激光輻射各自具有不同的反射比的不同的部分28-1、28-2和28-3。然后，vbg14將光束反射回至激光二極管中以用于波長穩(wěn)定化。aom24能夠被調(diào)整來使光束b2偏轉(zhuǎn)使得第二光束b2的在vbg14處的強度足夠高以實現(xiàn)穩(wěn)定的激光操作并且足夠低以避免vbg14處的熱應(yīng)力。為了改編第二光束b2的強度使其獨立于輸出耦合的激光束b0的強度，aom24優(yōu)選地被連接到用于檢測輸出耦合的激光束b0的強度的裝置。

代替使用曲面鏡28，可替換地，可以有利地利用如圖4b所示的具有多個平面部分22-1、22-2和22-3的階梯式反射鏡22。該平面部分22-1、22-2和22-3相對于vbg14具有不同的角度，以便準直來自aom24并且撞擊在階梯式反射鏡22上的發(fā)散輻射。不同的部分22-1、22-2和22-3可以對于第二光束路徑p2(光束b2)的各輸出耦合的激光輻射各自具有不同的反射比。

如圖4c的實施例所示，vbg14可以被利用和被放置為使得來自aom24的發(fā)散輻射撞擊在vbg14上。vbg14被形成為包括具有不同反射比的多個部分的多部分vbg。例如如圖4c中所示，vbg14可以具有沿位于其截面中的軸x的逐漸增加的反射比。在這個實施例中，利用了被適配來用于將撞擊輻射反射回至激光二極管10中的曲面鏡28，即，曲面鏡28被形成來使得來自vbg14的所有射線被反射回到其自身端部。在這種情況下，曲面鏡28可以沿著其內(nèi)表面具有均勻的反射比。

代替使用曲面(均勻反射)鏡28，可替換地，可以有利地利用如圖4d所示的具有多個平面部分22-1、22-2和22-3的階梯式反射鏡22。該平面部分22-1、22-2和22-3相對于vbg14具有不同的角度，使得來自vbg14的所有射線被反射回到其自身端部。不同的部分22-1、22-2和22-3可以對于第二光束路徑p2(光束b2)的各輸出耦合的激光輻射具有相同的反射比。aom24能夠被調(diào)整來使光束b2偏轉(zhuǎn)使得第二光束b2的在vbg14處的強度足夠高以實現(xiàn)穩(wěn)定的激光操作并且足夠低以避免vbg14處的熱應(yīng)力。為了改編第二光束b2的強度使其獨立于輸出耦合的激光束b0的強度，aom24優(yōu)選地被連接到用于檢測輸出耦合的激光束b0的強度的裝置。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第五優(yōu)選實施例的激光二極管裝置的示意性剖視圖。圖5的實施例類似于圖4的實施例，但是不包括位于偏轉(zhuǎn)裝置24和頻率選擇元件14之間的多部分反射鏡22。這個實施例的優(yōu)點在于，能夠利用簡化的裝置，該簡化的裝置能夠控制第二光束b2的在vbg14處的強度使其足夠高以實現(xiàn)穩(wěn)定的激光操作并且足夠低以避免vbg14處的熱應(yīng)力。詳細地，aom24被相對于vbg14的位置進行布置，使得僅對于第二光束b2的足夠低以避免在vbg14處的熱應(yīng)力的相對低的強度，第二光束b2完全指向vbg14。當輸出耦合的激光輻射b0的強度增加導致第二光束b2的強度增加時，aom24被控制來使得光束b2被偏轉(zhuǎn)，使得僅第二光束b2的部分b4到達vbg14，而第二光束b2的其它部分b3通過vbg14而不撞擊vbg14的有源(反射)區(qū)域。因此，在vbg24處的光束b4的強度能夠通過aom24來控制以使其足夠高以實現(xiàn)穩(wěn)定的激光操作并且足夠低以避免vbg14處的熱應(yīng)力。為了改編第二光束b4的強度使其獨立于輸出耦合的激光束b0的強度，aom24優(yōu)選地被連接到用于檢測輸出耦合的激光束b0的強度的裝置或用于檢測第二光束b2的強度的裝置。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第六優(yōu)選實施例的激光二極管裝置的示意性剖視圖。根據(jù)這個實施例，強度適應(yīng)的聚焦透鏡26被布置在第二光束路徑p2中，其具有取決于第二光束b2的強度的聚焦特性。也就是，透鏡26被相對于vbg14的位置進行布置，使得第二光束b2僅以足夠低而避免在vbg14處的熱應(yīng)力的相對低的強度完全指向vbg14，，。當輸出耦合的激光輻射b0的強度增加導致第二光束b2的強度增加時，透鏡26被控制來使得光束b2在穿過透鏡26之后具有高發(fā)散度，例如通過改造透鏡26的焦距使其比透鏡26和vbg14之間的距離小得多。在這種情況下，僅第二光束b2的部分到達vbg14，而第二光束b2的另一部分通過vbg14而由于高發(fā)散沒有撞擊vbg14的有源(反射)區(qū)。因此，在vbg14處的光束的強度能夠通過透鏡26來控制以使其足夠高以實現(xiàn)穩(wěn)定的激光操作并且足夠低以避免vbg14處的熱應(yīng)力。為了改編第二光束b2的強度使其獨立于輸出耦合的激光束b0的強度，透鏡優(yōu)選地被連接到用于檢測輸出耦合的激光束b0的強度的裝置或用于檢測第二光束b2的強度的裝置。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第七優(yōu)選實施例的激光二極管裝置的示意性剖視圖。在這個實施例中，光學堆疊通過使用堆疊在一起的多個單發(fā)射器激光二極管來實現(xiàn)，以產(chǎn)生平行的激光束b01、b02、b03和b04。分束器16包括多個階梯式部分，每個部分具有將激光束b01、b02、b03和b04中的每束分成沿著第一(部分)光束路徑p1延伸的第一光束和沿著第二光束路徑p2延伸的第二(部分)光束的部分反射表面。分束器16的階梯式部分被形成為使得從每個激光二極管的出射面12到vbg14的光路對于所有激光束b01、b02、b03和b04都是相同的。這些激光束b01、b02、b03和b04能夠有利地使用共同的vbg14，從而降低堆疊激光二極管裝置的總成本。

參考符號列表

10內(nèi)部激光腔

12出射面

14頻率選擇元件

16分束器

18偏振修改裝置

20偏振器

22多部分反射鏡

24偏轉(zhuǎn)裝置

26聚焦透鏡

28曲面鏡

b0輸出耦合的激光輻射

b1第一光束

b2第二光束

b3第二光束的部分光束

b4第二光束的部分光束

b01激光束

b02激光束

b03激光束

b04激光束

p1第一光束路徑

p2第二光束路徑