一种小型化紧凑型光谱合束半导体激光装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种小型化紧凑型光谱合束半导体激光装置，包括半导体激光器、准直镜、转换透镜、光栅、腔镜、聚焦镜、耦合光纤，所述半导体激光器和光栅分别位于转换透镜两侧焦距f的位置，还包括若干组高反镜，半导体激光器发射的激光经过准直镜后经过一组高反镜发射后到达转换透镜，从转换透镜出来的激光再经过一组高反镜的发射到达光栅，由腔镜反射后反馈注入半导体激光器形成光谱锁定，再将合成输出光经过聚焦镜耦合进光纤；本实用新型采用反射式的负柱透镜作为转换透镜，将光路折叠起来，提高半导体激光光谱合成光路的紧凑性，从而有效减小光谱合束半导体激光装置的体积。
【专利说明】一种小型化紧凑型光谱合束半导体激光装置
【技术领域】
[0001]本实用新型发明涉及半导体激光【技术领域】，特别涉及高亮度半导体激光器光谱合束、光纤激光泵浦、工业加工、光通信及光谱测量领域。
【背景技术】
[0002]近年来高功率半导体激光器发展十分迅速，已有报道的实验室最高连续半导体激光器输出光功率可达千瓦以上，光电效率最高可达80%以上,相比于固体、气体等激光器具有光电转换效率高、体积小、可靠性高和寿命长等优点，在工业加工、军事和光通信等领域有着重要的应用。但由于其波导结构及器件封装等因素的限制，普通宽发射面半导体激光器快慢轴方向上的光束质量极不均衡，对于单个发光单元慢轴方向的光束质量是快轴方向的数十倍，对于标准bar条，慢轴方向的光束质量是快轴方向的上千倍，导致输出光束的光束质量变差、功率密度低，很难作为高功率的直接光源应用。因此如何同时获得高功率、高光束质量的半导体激光输出已成为国际上的半导体激光方面的研究热点。
[0003]光谱合束技术是实现高亮度半导体激光输出的有效方法之一，先利用外腔与半导体激光器后腔面组成外腔半导体激光器，将不同的合束单元锁定在不同的波长，再利用光栅或其他色散元件的色散作用，将各个发光单元激光束空间重叠成一束输出，这样合束之后的光束质量得到了极大的改善，于是实现了高功率输出条件下实现高光束质量输出，极大地提高了半导体激光器输出亮度。
实用新型内容
[0004]本发明的目的是为了提升光谱合束半导体激光装置的结构紧凑性，提出一种基于反射式转换透镜的方法来有效减小光谱合束半导体激光装置的体积。
[0005]本发明采用的技术方案:
[0006]一种小型化紧凑型光谱合束半导体激光装置，包括半导体激光器、准直镜、转换透镜、光栅、腔镜、聚焦镜、耦合光纤，所述半导体激光器和光栅分别位于转换透镜两侧焦距f的位置，还包括若干组高反镜，半导体激光器发射的激光经过准直镜后经过一组高反镜发射后到达转换透镜，从转换透镜出来的激光再经过一组高反镜的发射到达光栅，由腔镜反射后反馈注入半导体激光器形成光谱锁定，再将合成输出光经过聚焦镜耦合进光纤。
[0007]在上述技术方案中，所述一组高反镜为两个高反镜，所述高反镜相邻设置在光路传播路径上。
[0008]在上述技术方案中，所述半导体激光器为多个发光单元的空间线性排列，包含但不限于标准的CM bar条、Mini bar条，或为emitter与bar条在空间上排列成的线阵、叠阵。
[0009]在上述技术方案中，所述半导体激光器的前腔面采取镀增透膜处理，使得前腔面得透过率大于99%。
[0010]在上述技术方案中，所述转换透镜包括但不限于介质膜、金属膜反射式柱面透镜。
[0011]在上述技术方案中，所述腔镜为具有一定反射率的平面镜，其反射光波长随半导体激光器输出波长进行选择，反射率值为1%至50%。
[0012]本实用新型还提供一种小型化紧凑型光谱合束半导体激光装置，包括半导体激光器、准直镜、转换透镜、光栅、聚焦镜、耦合光纤，所述半导体激光器和光栅分别位于转换透镜两侧焦距f的位置；还包括若干组高反镜和波长啁啾体布拉格光栅，半导体激光器发射的激光经过准直镜和波长啁啾体布拉格光栅后经过一组高反镜发射后到达转换透镜，从转换透镜出来的激光再经过一组高反镜的发射到达光栅，通过聚焦镜直接耦合进光纤。
[0013]半导体激光器输出的光束经过准直镜准直后在转换透镜的作用下，将不同位置合束单元的子光束转化成不同倾角且收敛的子光束入射到光栅上，光栅的色散作用将不同波长λ 1、λ 2……λ η(各子光束的波长由该阵列单元的位置和光栅方程严格确定)、不同入射角的子光束以相同的出射角衍射，衍射光束经腔镜部分反射，原沿光路反馈回各自的半导体激光中实现反馈锁定，使每个半导体激光器发出有着和注入反馈激光相同波长的激光。
[0014]由于需要将半导体激光器与光栅分别置于转换透镜的两侧焦距f处，这会造成光谱合束装置过长过大的问题，特别是要求合束输出光束光谱宽度较窄的前提下，增加转换透镜的焦距f可以有效压缩合束输出光束的谱宽。但同时也会进一步增大装置的体积。
[0015]因此采用反射式的转换透镜，将光路沿另一个方向折叠起来(如果有需要，还可以加入数个高反射率透镜进一步折叠)，可以有效提高整个装置的紧凑性。
[0016]与传统的技术相比，本实用新型的优点在于:采用反射式的负柱透镜作为转换透镜，将光路折叠起来，提高半导体激光光谱合成光路的紧凑性，从而有效减小光谱合束半导体激光装置的体积。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为普通反射式光栅光谱合束装置的结构示意图；
[0018]图2为普通透射式光栅光谱合束装置的结构示意图；
[0019]图3为本实用新型紧凑型反射式光栅闭环光谱合束的结构示意图；
[0020]图4为本实用新型紧凑型反射式光栅开环光谱合束的结构示意图；
[0021]图5为本实用新型紧凑型透射式光栅闭环光谱合束的结构示意图；
[0022]图6为本实用新型紧凑型透射式光栅开环光谱合束的结构示意图；
[0023]图7为本实用新型带高反镜的紧凑型透射式光栅闭环光谱合束的结构示意图；
[0024]图8为本实用新型带高反镜的紧凑型透射式光栅开环光谱合束的结构示意图；
[0025]其中:1是半导体激光器、2是准直镜、3是波长啁啾体布拉格光栅、4是高反镜、5是转换透镜、6是光栅、7是腔镜、8是聚焦镜、9是耦合光纤。
【具体实施方式】
[0026]如图1、图2所示，为传统的反射式、透射式光栅光谱合束装置的结构示意图，半导体激光器和光栅分别位于转换透镜两侧焦距f的位置，这样的设置直接导致最终的设备非常庞大，不利于装置小型化设计。
[0027]本实用新型为实现小型化设备，将光路进行折叠，同样的满足半导体激光器和光栅分别位于转换透镜两侧焦距f的位置，让转换透镜和光栅进行光路进行反射，通过调整转换透镜和光栅的位置实现整个装置的空间上的减小，如图3、图5所示；图中的腔镜(7)为具有一定反射率的平面镜，其反射光波长随半导体激光器输出波长进行选择，反射率值为1%至50%，如果半导体激光器前放置了波长啁啾体布拉格光栅，则可将不同空间位置的输出光分别锁定在不同的波长上，因此可不需要腔镜直接通过光栅完成合束，如图4、图6所
/Jn ο
[0028]同样的道理，根据实际需求，需要进一步压缩空间，可采用若干个高反射率透镜进一步折置，如图7、图8所不。
[0029]为了实现上述原理，采用以下过程实施。
[0030](I)将半导体激光器封装在热沉上，组成线阵、叠阵等形式，并对其快轴与慢轴光束进行准直；
[0031](2)反射式转换透镜将半导体激光的不同空间位置转化为不同的入射角度打入光栅，且所有半导体激光器单元的光斑在光栅上重叠为一个光斑；
[0032](3)光栅将所有激光束以相同的衍射角衍射至腔镜；
[0033](4)激光束经过腔镜反馈后再经光栅沿原光路反馈回各自的半导体激光器腔内，使每个半导体激光器发出有着和注入反馈激光相同波长的激光；
[0034](5)光栅将所有半导体激光器经过反馈注入后锁定波长的激光合为一束，实现光谱合束；
[0035]( 6 )将光谱合束激光耦合进传输光纤。
[0036]在上述过程中，步骤(I) (2) (4) (5)中所述的半导体激光器，包含但不限于标准的CM bar条、Mini bar条,或为emitter与bar条在空间上排列成的线阵、叠阵。并且半导体激光器的前腔面采取镀增透膜处理，使得前腔面得透过率大于99%，输出光谱范围可以根据使用需求进行选择。
[0037]在上述过程中，步骤(6)中所提到的传输光纤，其芯径、数值孔径、波长等参数根据半导体激光器输出光的光束质量、波长参数进行选择。
[0038]本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。
[0039]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种小型化紧凑型光谱合束半导体激光装置，包括半导体激光器、准直镜、转换透镜、光栅、腔镜、聚焦镜、耦合光纤，所述半导体激光器和光栅分别位于转换透镜两侧焦距/的位置，其特征在于包括若干组高反镜，半导体激光器发射的激光经过准直镜后经过一组高反镜发射后到达转换透镜，从转换透镜出来的激光再经过一组高反镜的发射到达光栅，由腔镜反射后反馈注入半导体激光器形成光谱锁定，再将合成输出光经过聚焦镜耦合进光纤。
2.根据权利要求1所述的一种小型化紧凑型光谱合束半导体激光装置，其特征在于所述一组高反镜为两个高反镜，所述高反镜相邻设置在光路传播路径上。
3.根据权利要求1所述的一种小型化紧凑型光谱合束半导体激光装置，其特征在于所述半导体激光器为多个发光单元的空间线性排列，包含但不限于标准的CM bar条、Minibar条，或为emitter与bar条在空间上排列成的线阵、叠阵。
4.根据权利要求3所述的一种小型化紧凑型光谱合束半导体激光装置，其特征在于所述半导体激光器的前腔面采取镀增透膜处理，使得前腔面得透过率大于99%。
5.根据权利要求1所述的一种小型化紧凑型光谱合束半导体激光装置，其特征在于所述转换透镜包括但不限于介质膜、金属膜反射式柱面透镜。
6.根据权利要求1所述的一种小型化紧凑型光谱合束半导体激光装置，其特征在于所述腔镜为具有一定反射率的平面镜，其反射光波长随半导体激光器输出波长进行选择，反射率值为1%至50%。
7.—种小型化紧凑型光谱合束半导体激光装置，包括半导体激光器、准直镜、转换透镜、光栅、聚焦镜、耦合光纤，所述半导体激光器和光栅分别位于转换透镜两侧焦距/的位置；其特征在于包括若干组高反镜和波长啁啾体布拉格光栅，半导体激光器发射的激光经过准直镜和波长啁啾体布拉格光栅后经过一组高反镜发射后到达转换透镜，从转换透镜出来的激光再经过一组高反镜的发射到达光栅，通过聚焦镜直接耦合进光纤。
8.根据权利要求7所述的一种小型化紧凑型光谱合束半导体激光装置，其特征在于所述一组高反镜为两个高反镜，所述高反镜相邻设置在光路传播路径上。
9.根据权利要求7所述的一种小型化紧凑型光谱合束半导体激光装置，其特征在于所述半导体激光器的前腔面采取镀增透膜处理，使得前腔面得透过率大于99%。
10.根据权利要求7所述的一种小型化紧凑型光谱合束半导体激光装置，其特征在于所述转换透镜包括但不限于介质膜、金属膜反射式柱面透镜。
【文档编号】H01S5/14GK204103247SQ201420608420
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】谭昊, 孟慧成, 杜维川, 余俊宏, 王昭, 吴华玲, 高松信, 武德勇 申请人:中国工程物理研究院应用电子学研究所