專利名稱：閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器及其準(zhǔn)直方法
閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器及其準(zhǔn)直方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明設(shè)計半導(dǎo)體激光器的光束準(zhǔn)直領(lǐng)域，尤其涉及均勻度與平行度好、需要 自適應(yīng)同軸調(diào)節(jié)以及能量轉(zhuǎn)換效率高的閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器的準(zhǔn)直。
背景技術(shù)：
單管半導(dǎo)體激光器輸出光束在空間中是呈現(xiàn)發(fā)散的橢圓分布，在很多應(yīng)用領(lǐng)域 中，都需要將輸出的光束進行整形，使其成為均勻圓形平行光束。半導(dǎo)體激光器的腔長 短，所以本征線寬較寬，很容易造成模式不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響了輸出激光的光譜特性。作 為改進方法，在半導(dǎo)體激光器的諧振腔外在加一個反饋元件(閃耀光柵)，形成外腔，將 部分輸出光反饋回有源區(qū)進行耦合。這種外腔結(jié)構(gòu)可以成倍地加大有效腔長，從而大幅 度壓窄線寬。但是，激光器發(fā)出的光需要先進行準(zhǔn)直，然后入射到閃耀光柵。一般常僅 采用非球面透鏡或正透鏡與雙膠合彎月透鏡構(gòu)成準(zhǔn)直系統(tǒng)直接進行準(zhǔn)直。但是，激光發(fā) 出的光進過這些準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直后，光強度的均勻性不高，仍然無法解決光強均勻性的問 題。而且激光器與準(zhǔn)直透鏡的同軸性調(diào)節(jié)很困難，該準(zhǔn)直系統(tǒng)不穩(wěn)定。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明主要在于提供一種閃耀光柵半導(dǎo)體激光器中的準(zhǔn)直方法，以 使發(fā)射光強度進行均勻化、平行化處理，同時由于采用的準(zhǔn)直系統(tǒng)，使同軸性調(diào)節(jié)更加 容易，并且準(zhǔn)直系統(tǒng)穩(wěn)定，仍然保持了高能量轉(zhuǎn)換效率。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明一種閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器，包括
一激光器；
—準(zhǔn)直系統(tǒng)，該準(zhǔn)直系統(tǒng)的輸入端與激光器的輸出端連接；
一閃耀光柵，該閃耀光柵接收準(zhǔn)直系統(tǒng)發(fā)出的均勻平行光，經(jīng)閃耀光柵的反 射，形成1級衍射光和0級光，將1級衍射光沿入射光路反饋至準(zhǔn)直系統(tǒng)，將0級光輸出O
其中準(zhǔn)直系統(tǒng)2包括一自聚焦透鏡；一準(zhǔn)直透鏡；該聚焦透鏡與準(zhǔn)直透鏡之 間用光纖連接。
其中激光器為半導(dǎo)體激光器。
其中光纖的芯徑為大于50微米，長度大于30毫米。
其中準(zhǔn)直透鏡為非球面透鏡，所述光纖輸出端在準(zhǔn)直透的后方焦點處。
本發(fā)明一種閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器中的準(zhǔn)直方法，該方法是采用如權(quán)利要 求1所述的閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器，包括如下步驟
步驟1 將一激光器發(fā)出的光，通過自聚焦透鏡耦合進入光纖中；
步驟2:通過光波在光纖內(nèi)進行傳輸，經(jīng)過光纖內(nèi)壁的無規(guī)律的全反射前進， 經(jīng)過光纖的傳輸后，輸出為均勻的圓形光斑；
步驟3:將輸出的圓形光斑，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡變?yōu)閺姸染鶆虻钠叫泄猓?br> 步驟4:該閃耀光柵接收準(zhǔn)直系統(tǒng)中的準(zhǔn)直透鏡發(fā)出的均勻平行光，經(jīng)閃耀光 柵的反射，形成1級衍射光和0級光，將1級衍射光沿入射光路反饋至準(zhǔn)直系統(tǒng)，將0級 光輸出。
其中激光器為半導(dǎo)體激光器。
其中所述使用自聚焦透鏡將半導(dǎo)體激光器發(fā)射的光束會聚到光纖。
其中光纖的芯徑為大于50微米，長度大于30毫米。
其中準(zhǔn)直透鏡為非球面透鏡，所述光纖輸出端在準(zhǔn)直透的后方焦點處。
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明提供的閃耀光柵半導(dǎo)體激光器中的準(zhǔn)直方法，采用光纖對發(fā)射光強度進 行均勻化處理，同時采用非球面準(zhǔn)直透鏡對均勻化后的光斑進行平行化處理，從而得到 均勻化的平行光。
本發(fā)明提供的閃耀光柵半導(dǎo)體激光器中的準(zhǔn)直方法，同軸性調(diào)節(jié)方便、簡單、 穩(wěn)定性好、可行。
本發(fā)明提供的閃耀光柵半導(dǎo)體激光器中的準(zhǔn)直方法，均勻化、平行化處理的同 時，仍然保持了高能量轉(zhuǎn)換效率。


為進一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及附圖詳細說明如后， 其中
圖1是本發(fā)明閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器的簡化外腔結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并 參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
如圖1所示，其中，激光器1為單端輸出的半導(dǎo)體激光器；準(zhǔn)直系統(tǒng)2的輸入端 與激光器1的輸出端連接；其中準(zhǔn)直系統(tǒng)2包括自聚焦透鏡3，光纖4，準(zhǔn)直透鏡5; 其中該聚焦透鏡3與準(zhǔn)直透鏡5之間用光纖4連接，該光纖4的芯徑為大于50微米，長 度大于30毫米；其中準(zhǔn)直透鏡5為非球面透鏡；6為閃耀光柵，該閃耀光柵6接收準(zhǔn)直 系統(tǒng)2發(fā)出的均勻平行光，經(jīng)閃耀光柵6的反射，形成1級衍射光和0級光，將1級衍射 光沿入射光路反饋至準(zhǔn)直系統(tǒng)2，將0級光輸出。
請再參閱圖1所示，本發(fā)明一種閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器中的準(zhǔn)直方法，包 括如下步驟
步驟1:將半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的光經(jīng)過自聚焦透鏡3會聚進入光纖4中，它的 輸入端放置在自聚焦透鏡3的焦點附近，該光纖4的芯徑為大于50微米，長度大于30毫 米；
步驟2 光波在光纖4內(nèi)進行傳輸，經(jīng)過光纖4內(nèi)壁的無規(guī)律的全反射前進傳輸 后，輸出為均勻的圓形光斑；
步驟3:輸出的均勻圓形光斑再經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡5變?yōu)閺姸染鶆虻膱A形平行光；所 述光纖4的輸出端在準(zhǔn)直透鏡5后方焦點處；該準(zhǔn)直透鏡5為非球面鏡；
步驟4:該閃耀光柵6接收準(zhǔn)直系統(tǒng)2中的準(zhǔn)直透鏡5發(fā)出的均勻平行光，經(jīng)閃 耀光柵6的反射，形成1級衍射光和0級光，將1級衍射光沿入射光路反饋至準(zhǔn)直系統(tǒng) 2，將0級光輸出。
如圖2所示，為本發(fā)明閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器的簡化外腔結(jié)構(gòu)示意圖，其 中單端輸出的半導(dǎo)體激光器1的輸出端鍍反射率小于0.05%的膜系，這樣的話，可以大大 增加半導(dǎo)體激光器發(fā)射光束的透過率，半導(dǎo)體激光器管芯發(fā)出的光就能很好的耦合進外 腔中，外腔對半導(dǎo)體激光器管芯反饋極大的提高。在半導(dǎo)體激光器的工作電流以內(nèi)，對 于鍍有這種膜系管芯的內(nèi)腔不會達到閾值，內(nèi)腔不能激發(fā)輻射。這對于整個激光系統(tǒng)是 一個必要條件。
光纖4選擇多模光纖，該多模光纖的芯徑為大于50微米，長度大于30毫米；纖 芯4的直徑由入射光波波長和光纖的數(shù)值孔徑?jīng)Q定，光纖4的數(shù)值孔徑表示光纖接收入射 光的能力；數(shù)值孔徑越大，則光纖4接收光的能力也越強，但是數(shù)值孔徑太大時，光纖 4的模畸變加大，會影響光纖4的帶寬；通常為了最有效地把半導(dǎo)體激光器發(fā)射的光入射 到光纖4中去，應(yīng)采用其數(shù)值孔徑與光纖數(shù)值孔徑相同的自聚焦透鏡進行集光，光纖4的 長度不能太短，否則起不到均勻光斑的作用。本系統(tǒng)中，光纖4主要起傳輸和均勻化光 束的作用，不起選模的作用，所以，不需要選擇只能傳輸一種模式的光的單模光纖。
準(zhǔn)直透鏡5為非球面透鏡。由正透鏡與雙膠合彎月透鏡等組成的組合透鏡，對 于光束的損耗過大，耦合效率低。采用單個非球面透鏡可以減少損耗，提高耦合效率。 在非球面鏡的鏡面鍍上與半導(dǎo)體激光器響應(yīng)相應(yīng)的膜系，這樣就能增加我們需要波長光 的透過率。這樣就可以大大提高耦合效率。準(zhǔn)直透鏡5的焦距可根據(jù)從光纖4輸出光束 的發(fā)散角和需要準(zhǔn)直后的光斑直徑來確定，一般準(zhǔn)直透鏡的焦距選擇從4.5到7mm。
閃耀光柵6可以為平面刻劃光柵或平面全息光柵，閃耀波長與半導(dǎo)體激光器的 輸出波長相對應(yīng)。光柵線數(shù)可以為600、1200或者更大。光柵刻線數(shù)越大，光柵的色分 辨本領(lǐng)越強，輸出激光的單色性越好，同時輸出激光的能量卻相對下降?？梢愿鶕?jù)實際 情況，選擇合適的光柵。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步 詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā) 明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在 發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器，包括一激光器；一準(zhǔn)直系統(tǒng)，該準(zhǔn)直系統(tǒng)的輸入端與激光器的輸出端連接；一閃耀光柵，該閃耀光柵接收準(zhǔn)直系統(tǒng)發(fā)出的均勻平行光，經(jīng)閃耀光柵的反射，形 成1級衍射光和0級光，將1級衍射光沿入射光路反饋至準(zhǔn)直系統(tǒng)，將0級光輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器，其中準(zhǔn)直系統(tǒng)2包括一自聚焦透鏡；一準(zhǔn)直透鏡；該聚焦透鏡與準(zhǔn)直透鏡之間用光纖連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器，其中激光器為半導(dǎo)體激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器，其中光纖的芯徑為大于50微 米，長度大于30毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器，其中準(zhǔn)直透鏡為非球面透鏡， 所述光纖輸出端在準(zhǔn)直透的后方焦點處。
6.一種閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器中的準(zhǔn)直方法，該方法是采用如權(quán)利要求1所述的 閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器，包括如下步驟步驟1:將一激光器發(fā)出的光，通過自聚焦透鏡耦合進入光纖中；步驟2:通過光波在光纖內(nèi)進行傳輸，經(jīng)過光纖內(nèi)壁的無規(guī)律的全反射前進，經(jīng)過 光纖的傳輸后，輸出為均勻的圓形光斑；步驟3:將輸出的圓形光斑，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡變?yōu)閺姸染鶆虻钠叫泄?；步驟4:該閃耀光柵接收準(zhǔn)直系統(tǒng)中的準(zhǔn)直透鏡發(fā)出的均勻平行光，經(jīng)閃耀光柵的 反射，形成1級衍射光和0級光，將1級衍射光沿入射光路反饋至準(zhǔn)直系統(tǒng)，將0級光輸 出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器中的準(zhǔn)直方法，其中激光器為半 導(dǎo)體激光器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器中的準(zhǔn)直方法，其中所述使用自 聚焦透鏡將半導(dǎo)體激光器發(fā)射的光束會聚到光纖。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器中的準(zhǔn)直方法，其中光纖的芯徑 為大于50微米，長度大于30毫米。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器中的準(zhǔn)直方法，其中準(zhǔn)直透鏡 為非球面透鏡，所述光纖輸出端在準(zhǔn)直透的后方焦點處。
全文摘要
一種閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器及其準(zhǔn)直方法，該閃耀光柵外腔半導(dǎo)體激光器，包括一激光器；一準(zhǔn)直系統(tǒng)，該準(zhǔn)直系統(tǒng)的輸入端與激光器的輸出端連接；一閃耀光柵，該閃耀光柵接收準(zhǔn)直系統(tǒng)發(fā)出的均勻平行光，經(jīng)閃耀光柵的反射，形成1級衍射光和0級光，將1級衍射光沿入射光路反饋至準(zhǔn)直系統(tǒng)，將0級光輸出。
文檔編號H01S5/14GK102025105SQ20091009287
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者何軍, 何春九, 周燕, 曾華林 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所