專利名稱：激光二極管陣列雙反饋外腔激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及外腔激光器，特別是一種激光二極管陣列雙反饋外腔激光器，該激光器可以獲得高功率、窄線寬、高亮度的激光輸出。
背景技術(shù)：
高功率激光二極管陣列由于其價格低廉，結(jié)構(gòu)緊湊，易于操作得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于激光二極管陣列的典型的線寬2-4nm，且光束質(zhì)量也比較差，使諸多的應(yīng)用受到限制。
采用外腔反饋來窄化譜線寬度，是一種有效的方法。各種外腔設(shè)計(jì)大多是針對單個小功率激光二極管[Opt.Lett.27，1995(2002)]，對高功率激光二極管陣列的外腔基本都采用色散元件(光柵)的反饋來實(shí)現(xiàn)[Opt.Lett.25，1352(2000)]。這種采用色散元件的單反饋，只能改善輸出激光的光譜特性，而無法改善其空間特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種激光二極管陣列雙反饋外腔激光器，以使激光二極管陣列激光器獲得高功率、高亮度和窄線寬的激光輸出。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種激光二極管陣列雙反饋外腔激光器，包括激光二極管陣列，其特征是在所述的激光二極管陣列的快軸方向設(shè)有快軸準(zhǔn)直鏡和透鏡，在所述的透鏡之后的上方是平凹透鏡和光柵，下方為球面反射鏡，該透鏡將向下傳播的一路光會聚于球面反射鏡的焦點(diǎn)，所述的透鏡和球面反射鏡構(gòu)成向下傳播的一路光的反饋腔；所述的透鏡、平凹透鏡和光柵構(gòu)成了向上傳播一路光的反饋腔，透鏡將向上播的一路光會聚于平凹透鏡的焦點(diǎn)上，經(jīng)過平凹透鏡后光束平行地耦合到光柵上，其中光柵的1階衍射光提供給反饋，0階衍射光用作激光輸出，光柵反饋實(shí)現(xiàn)選模的功能。
所述的光柵是利特羅裝置。
所述的快軸準(zhǔn)直鏡是焦距小于1mm的短焦距的柱面鏡，或非球面鏡。
所述的透鏡為雙凸球面透鏡。
本發(fā)明是利用球面反射鏡和色散元件(光柵)構(gòu)成的雙反饋外腔，使激光二極管陣列實(shí)現(xiàn)高亮度，窄線寬的激光輸出。
本發(fā)明的工作過程激光二極管陣列發(fā)出的光首先經(jīng)過一快軸準(zhǔn)直鏡，對快軸方向進(jìn)行準(zhǔn)直。經(jīng)過快軸準(zhǔn)直后的光，分兩路傳播，向上傳播的一路形成了上遠(yuǎn)場瓣，向下傳播的一路形成了下遠(yuǎn)場瓣，透鏡和平凹透鏡組成了一個準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，對向上傳播的一路光進(jìn)行準(zhǔn)直，準(zhǔn)直后的光耦合到光柵，光柵的一階衍射沿原路返回提供反饋，光柵的零階衍射作為激光輸出。所述的透鏡將向下傳播的光會聚到一個球面反射鏡的焦點(diǎn)上，被球面反射鏡沿原路返回，并注入激光二極管陣列被放大。這樣就形成了球面反射鏡和光柵構(gòu)成的雙反饋外腔。
本發(fā)明的技術(shù)效果與在先的單反饋外腔技術(shù)相比，可以同時提高高功率激光二極管陣列激光的空間特性和光譜特性。傳統(tǒng)的技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)其中一項(xiàng)的提高。或者是對單個小功率激光二極管同時實(shí)現(xiàn)好的空間和光譜特性。
利用球面反射鏡作反饋鏡，調(diào)節(jié)起來方便，簡單。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
先請參閱圖1，由圖可見，本發(fā)明激光二極管陣列雙反饋外腔激光器，包括一激光二極管陣列1，在所述的激光二極管陣列1的快軸方向設(shè)有快軸準(zhǔn)直鏡2和透鏡3，在所述的透鏡3之后的上方是凹透鏡4和光柵5，下方為球面反射鏡6，所述的透鏡3和球面反射鏡6構(gòu)成向下傳播的一路光的反饋腔，該透鏡3將向下傳播的一路光會聚于球面反射鏡6的焦點(diǎn)；所述的透鏡3、平凹透鏡4和光柵5構(gòu)成了向上傳播一路光的反饋腔，透鏡3將向上播的一路光會聚于凹透鏡4的焦點(diǎn)上，經(jīng)過凹透鏡4后光束平行地耦合到光柵5上，其中光柵5的1階衍射光提供給反饋，0階衍射光用作激光輸出，光柵反饋實(shí)現(xiàn)選模的功能。
所述的光柵5利特羅裝置。所述的快軸準(zhǔn)直鏡2是焦距小于1mm的短焦距的柱面鏡，或非球面鏡。所述的透鏡3為雙凸球面透鏡。
本發(fā)明的實(shí)施例之一的具體參數(shù)如下激光二極管陣列1的中心波長為808nm，發(fā)出的光首先經(jīng)過一快軸準(zhǔn)直鏡2，對快軸方向進(jìn)行準(zhǔn)直。快軸準(zhǔn)直鏡2一般為短焦距(焦距小于1mm)的柱面鏡，或非球面鏡，將快軸方向(圖中的y方向)的激光可以準(zhǔn)直到衍射極限，大約為1度左右的發(fā)散角。經(jīng)過快軸準(zhǔn)直后的光，在慢軸方向(x方向)分兩路傳播，向上傳播的一路形成了上遠(yuǎn)場瓣，如圖中的a，c光線所示，向下傳播的一路形成了下遠(yuǎn)場瓣，如圖中的b，d光線所示。上、下光路與光軸的夾角為θm=±mλ2D]]>其中m＝N±1，N為陣列中的激光二極管的個數(shù)，此時的發(fā)射角為最優(yōu)發(fā)射角，沿此方向反饋可得到最佳效果，其中D為單個發(fā)射面的全孔徑，m為模階數(shù)。透鏡3和球面反射鏡6構(gòu)成了向下傳播的一路光的反饋腔，透鏡3將向下傳播的一路光會聚于球面反射鏡6的焦點(diǎn)。球面反射鏡6將其沿原路返回，并注入激光二極管陣列1被放大。透鏡3、凹透鏡4以及光柵5構(gòu)成了向上傳播一路光的反饋腔，透鏡3將向上播的一路光會聚于凹透鏡4的焦點(diǎn)上，經(jīng)過凹透鏡4后光束平行地耦合到光柵5上，光柵5是利特羅裝置，槽沿y方向，光柵5的一階衍射沿原路返回提供反饋，光柵5的零階衍射作為激光輸出，光柵5的反饋可以實(shí)現(xiàn)選模的功能。調(diào)整球面反射鏡6和光柵5，使球面反射鏡6單獨(dú)反饋得到的遠(yuǎn)場單瓣和球面反射鏡6和光柵5雙反饋得到的單瓣輸出相重合。這樣，球面反射鏡6和光柵5形成了一個共振腔選模。將會實(shí)現(xiàn)激光二極管陣列的窄線寬、高亮度輸出。其中，快軸準(zhǔn)直鏡2、透鏡3、凹透鏡4鍍有波長808nm的增透膜，而光柵5、球面反射鏡6鍍有波長808nm的增反膜。在雙反饋外腔的工作中，其中下路反饋腔將下瓣光返回，使激光二極管陣列只有單瓣輸出，因此其空間發(fā)散角變小，亮度提高，同時上路反饋中的光柵5對上瓣光進(jìn)行了選模，使輸出的譜線變窄了，這樣就能得到高亮度，窄線寬的激光輸出。
權(quán)利要求
1.一種激光二極管陣列雙反饋外腔激光器，包括激光二極管陣列(1)，其特征是在所述的激光二極管陣列(1)的快軸方向設(shè)有快軸準(zhǔn)直鏡(2)和透鏡(3)，在所述的透鏡(3)之后的上方是平凹透鏡(4)和光柵(5)，下方為球面反射鏡(6)，所述的透鏡(3)和球面反射鏡(6)構(gòu)成向下傳播的一路光的反饋腔，該透鏡(3)將向下傳播的一路光會聚于球面反射鏡(6)的焦點(diǎn)；所述的透鏡(3)、平凹透鏡(4)和光柵(5)構(gòu)成了向上傳播一路光的反饋腔，透鏡(3)將向上播的一路光會聚于平凹透鏡(4)的焦點(diǎn)上，經(jīng)過平凹透鏡(4)后光束平行地耦合到光柵(5)上，其中光柵(5)的1階衍射光提供給反饋，0階衍射光用作激光輸出，光柵反饋實(shí)現(xiàn)選模的功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管陣列雙反饋外腔激光器，其特征是所述的光柵(5)利特羅裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管陣列雙反饋外腔激光器，其特征是所述的快軸準(zhǔn)直鏡(2)是焦距小于1mm的短焦距的柱面鏡，或非球面鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管陣列雙反饋外腔激光器，其特征是所述的透鏡(3)為雙凸球面透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的激光二極管陣列雙反饋外腔激光器，其特征是所述的快軸準(zhǔn)直鏡(2)、透鏡(3)、凹透鏡(4)鍍有工作波長的增透膜，而所述的光柵(5)、球面反射鏡(6)鍍有工作波長的反射膜。
全文摘要
一種激光二極管陣列雙反饋外腔激光器，它將激光二極管陣列輸出的光經(jīng)過快軸準(zhǔn)直后，在慢軸方向分兩路傳播，球面反射鏡和色散元件構(gòu)成的雙反饋外腔對這兩路光分別進(jìn)行空間濾波和選模，所述的球面反射鏡和色散元件構(gòu)成一個共振腔。本發(fā)明提高了激光二極管陣列輸出激光的光譜和空間特性，可實(shí)現(xiàn)高功率、窄線寬、高亮度的激光輸出。
文檔編號H01S5/40GK1829015SQ20061002535
公開日2006年9月6日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者樓祺洪, 蘇宙平, 董景星, 周軍, 魏運(yùn)榮 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所