專利名稱：一種超大功率半導(dǎo)體列陣外腔形變補(bǔ)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(yùn)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(duì)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(cè)量和補(bǔ)償量獲取，涉及保障列陣穩(wěn)定地震蕩于基超模運(yùn)行。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體列陣量子效率高，輸出波長(zhǎng)范圍涵蓋570 nm至1600nm，工作壽命可達(dá)數(shù)百萬小時(shí)，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(yùn)行的半導(dǎo)體列陣各個(gè)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 距離傳輸，嚴(yán)重阻礙了其在機(jī)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(gè)單元運(yùn)行于相同的波長(zhǎng)并使得它們之間具有固定的相位差，就變得 至關(guān)重要。實(shí)現(xiàn)各個(gè)單元相干運(yùn)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?、襯底和覆蓋層等措施來使位相得到鎖定，但是此種機(jī)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(huì)隨著發(fā)光單元的增多和驅(qū)動(dòng)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?zhàn)⑷腈i定技術(shù)、主從激光器注入鎖定技術(shù)、外腔鏡技 術(shù)實(shí)現(xiàn)鎖相輸出。對(duì)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(jì)，相應(yīng)系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而功效良好。利用工作中心波長(zhǎng)為人，慢軸列陣周期為d,腔長(zhǎng)為L(zhǎng)c^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(chǎng)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(chǎng)分布規(guī)律，為使系統(tǒng)震蕩于基超模，以得到遠(yuǎn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)，然而，在此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于超大功率二維 半導(dǎo)體列陣鎖相時(shí)，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(huì)使得外腔形變不斷加劇，再加上平臺(tái)震動(dòng)等，導(dǎo)致最高階超模震蕩。因此， 必須對(duì)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(bǔ)償量獲取技術(shù)，發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)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(shí)，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(shí)，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(chǎng)分布如圖1所示。但是，對(duì)于超大功率二維半導(dǎo)體列陣，在采用此技術(shù)鎖相時(shí)，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(duì)于光發(fā)區(qū)慢軸寬度為S的任意一個(gè)發(fā)光單元，當(dāng)p漂移超過SX/2d2時(shí)，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(shí),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(shí)地 補(bǔ)償外腔鏡形變引起的P漂移，而外腔形變補(bǔ)償量獲取是成功補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)輸入源泉，對(duì)于補(bǔ)償操作而言， 是決定成敗的關(guān)鍵第一步。本發(fā)明針對(duì)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(yùn)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(duì)稱性的雙向漂移，本發(fā)明針對(duì)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(shí)時(shí)測(cè)量P—個(gè)方向的漂移量，并分別適時(shí)補(bǔ)償之，克服p—個(gè)方 向漂移對(duì)鎖相穩(wěn)定性的影響。兩路探測(cè)補(bǔ)償子系統(tǒng)聯(lián)合探測(cè)補(bǔ)償，使列陣穩(wěn)定地與運(yùn)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(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、構(gòu)成元素、及運(yùn)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(zhǎng)度為1/4Talbot腔長(zhǎng)，即Lc-d2/2、，外腔鏡在慢軸對(duì) 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(kuò)束鏡擴(kuò)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(duì)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(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)感測(cè)此光 斑質(zhì)心的變化，獲取與之對(duì)應(yīng)的的校正斜率，再通過運(yùn)行全量補(bǔ)償量獲取法，獲取補(bǔ)償相應(yīng)外腔形變所需 補(bǔ)償量，再由相應(yīng)補(bǔ)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(dòng)模塊按相關(guān)壓電補(bǔ)償器所需驅(qū)動(dòng)電 壓值等驅(qū)動(dòng)R1.1上的壓電補(bǔ)償器膨脹，補(bǔ)償p在此方向的漂移(參見具體實(shí)施方式
)；與克服P—個(gè)方向 漂移的上述CCD1相關(guān)鎖相穩(wěn)定伺服子系統(tǒng)同時(shí)操作，其余的He-Ne激光束，即對(duì)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(dòng)相關(guān)壓電補(bǔ)償器所需驅(qū)動(dòng)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(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)R1,2的壓電補(bǔ)償器PZT膨脹，使外腔鏡另外一個(gè)方向的形變得到補(bǔ)償(參見具體 實(shí)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(chǎng)分布示意圖，p = V2d;圖2為運(yùn)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(bǔ)償技術(shù)前，超大功率半導(dǎo)體列陣鎖相運(yùn)行的典型輸出場(chǎng)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(chǎng)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(bǔ)償技術(shù)后，超大功率半導(dǎo)體列陣鎖相運(yùn)行的典型輸出場(chǎng)分布，為單瓣結(jié)構(gòu)，可見，p漂移被校正，外腔形變感測(cè)補(bǔ)償子系統(tǒng)能夠保障列陣穩(wěn)定地運(yùn)行于基超模，本發(fā)明能夠很好地伺服列陣穩(wěn)定鎖相運(yùn)行。下面通過實(shí)例具體說明本

發(fā)明內(nèi)容
具體實(shí)施方式
傳感探測(cè)光源發(fā)出的He-Ne激光，經(jīng)匹配擴(kuò)束鏡擴(kuò)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(shí)， 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(jì)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(duì)應(yīng)像素(, ，/)的輸出光強(qiáng)值。如果在外腔鏡未發(fā)生形變時(shí)， 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(shí)，對(duì)外腔鏡反射面上任意一點(diǎn)而言，如果 其至雙向漂移的對(duì)稱中心線的距離為《，則僅需使反射面在對(duì)應(yīng)z軸向逆向轉(zhuǎn)動(dòng)就可補(bǔ)償一個(gè)方向的漂移，這使得處理器可在獲得所需參數(shù)，并實(shí)時(shí)計(jì)算出&和&后，按《=(—* + v s》計(jì)算所需補(bǔ)償量，式中，2flt為X方向外腔鏡長(zhǎng)度，A、 ％、 w。為分別對(duì)應(yīng)s^ 、 a的性能精度加權(quán)值，與外腔鏡兩個(gè)方向的形變量及其補(bǔ)償交聯(lián)相關(guān)，此為全量補(bǔ)償量獲取法獲知補(bǔ)償量，從而能夠 適時(shí)補(bǔ)償P漂移的關(guān)鍵。對(duì)于辨票移擾動(dòng)頻率而言，壓電補(bǔ)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(cè)補(bǔ)償穩(wěn)模自適應(yīng)控制的精度和速度需求，相應(yīng)補(bǔ)償器為補(bǔ)償相關(guān)本發(fā)明有益效果雙路自適應(yīng)傳感補(bǔ)償穩(wěn)模系統(tǒng)通過 兩路測(cè)量子系統(tǒng)和補(bǔ)償子系統(tǒng)聯(lián)合測(cè)量和補(bǔ)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(dòng)電壓據(jù)此，相關(guān)處理器在適時(shí)計(jì)算出驅(qū)動(dòng)電壓后，配合D/A、高壓驅(qū)動(dòng)模塊等，驅(qū)動(dòng)壓電補(bǔ)償器的PZT膨脹，補(bǔ) 償外腔鏡形變。為補(bǔ)償P雙向漂移，外腔鏡對(duì)應(yīng)R1.1那個(gè)方向形變的探測(cè)、運(yùn)算、補(bǔ)償?shù)奶幚?，由Rl.l、 CCD1、處理器l、 配套D/A、高壓驅(qū)動(dòng)模塊l、配套壓電補(bǔ)償器協(xié)同完成操作；同時(shí)，外腔鏡另一個(gè)方向，即對(duì)應(yīng)111.2的那個(gè) 方向形變的探測(cè)、運(yùn)算、補(bǔ)償?shù)奶幚?，由R1.2、 CCD2、處理器2、配套D/A、高壓驅(qū)動(dòng)模塊2、配套壓電 補(bǔ)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(bǔ)償量獲取技術(shù)，其與配套外腔形變補(bǔ)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(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性 得到增強(qiáng)。
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(yùn)行的穩(wěn)定性控制的外腔形變補(bǔ)償量獲取技術(shù)，其特征在于在外腔內(nèi)構(gòu)建探測(cè)補(bǔ)償子系統(tǒng)通過全量補(bǔ)償量獲取法獲知補(bǔ)償量。
2、 對(duì)于全量補(bǔ)償量獲取法，其工程應(yīng)用需特定的運(yùn)行環(huán)境，其特征在于與CCD1相關(guān)的一路測(cè)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(gè)光斑，并由處理器1計(jì)算光斑質(zhì)心、以及計(jì)算相應(yīng)標(biāo)定 后的變化量，從而獲取外腔鏡一個(gè)方向的形變信息，并在其達(dá)到門限時(shí)，通過全量補(bǔ)償量獲取法 獲知補(bǔ)償量，然后再配合相應(yīng)D/A、相應(yīng)高壓驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)安裝在外腔鏡末端位置的相應(yīng)壓電 補(bǔ)償器PZT膨脹,從而適時(shí)補(bǔ)償p在一個(gè)方向的漂移；與CCD2相關(guān)的另一路測(cè)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(gè)光斑，并由處理器2計(jì)算光斑質(zhì)心、以及計(jì)算標(biāo)定后的變化量，從 而獲取外腔鏡另一個(gè)方向的形變信息，并在其達(dá)到門限時(shí)，通過全量補(bǔ)償量獲取法獲知補(bǔ)償量， 然后再配合相應(yīng)D/A、相應(yīng)高壓驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)安裝在112.2上末端位置的相應(yīng)壓電補(bǔ)償器？21 膨脹,從而適時(shí)補(bǔ)償P在另一個(gè)方向的漂移。
3、 對(duì)于全量補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償形變所需補(bǔ)償量獲取技術(shù)。與CCD1相關(guān)的一路測(cè)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(jì)算光斑質(zhì)心、以及計(jì)算標(biāo)定后的變化量，從而獲取外腔鏡一個(gè)方向的形變信息，并在其達(dá)到門限時(shí)，通過全量補(bǔ)償量獲取法獲知補(bǔ)償量，然后再配合相應(yīng)D/A、相應(yīng)高壓驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)安裝在外腔鏡末端位置的相應(yīng)壓電補(bǔ)償器PZT膨脹，補(bǔ)償，從而適時(shí)補(bǔ)償β在一個(gè)方向的漂移；與CCD2相關(guān)的一路測(cè)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(jì)算光斑質(zhì)心、以及計(jì)算標(biāo)定后的變化量，從而獲取外腔鏡一個(gè)方向的形變信息，并在其達(dá)到門限時(shí)，通過全量補(bǔ)償量獲取法獲知補(bǔ)償量，然后再配合相應(yīng)D/A、相應(yīng)高壓驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)安裝在R2.2上末端位置的相應(yīng)壓電補(bǔ)償器PZT膨脹，補(bǔ)償，從而適時(shí)補(bǔ)償β在另一個(gè)方向的漂移。從而，適時(shí)補(bǔ)償由殘余熱效應(yīng)等引起的外腔鏡隨機(jī)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(hào)H01S5/06GK101127436SQ20071004947
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)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(qǐng)人:蔡 然;榮 健;鐘曉春