基于光譜組合的寬帶泵浦方式的激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域,具體為一種基于光譜組合的寬帶泵浦方式的激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]由于半導(dǎo)體激光陣列本身結(jié)構(gòu)的原因,整體的光束質(zhì)量不高,空間亮度不高,限制了半導(dǎo)體激光器在很多方面的應(yīng)用。光譜組合是提高半導(dǎo)體激光器陣列的光束質(zhì)量的方法之一,將半導(dǎo)體激光陣列放置于一個由變換透鏡、衍射光柵和輸出鏡構(gòu)成的外腔中,陣列的每一個發(fā)光單元的波長通過外腔反饋被鎖定,陣列的每一個發(fā)光單元的光束在輸出耦合鏡上重疊,并按相同的方向輸出。理想情況下,組合輸出光束質(zhì)量在組束的方向為單一發(fā)光單元的光束質(zhì)量,輸出功率按陣列單元數(shù)累加。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明基于光譜組合的方法,提供了一種寬帶泵浦方式,將激光晶體置于光譜組合腔內(nèi),利用半導(dǎo)體激光器陣列直接泵浦。傳統(tǒng)泵浦方式將半導(dǎo)體激光器陣列經(jīng)過復(fù)雜整形后再用于泵浦,往往已損失較多能量。本發(fā)明優(yōu)化半導(dǎo)體激光器陣列的光束質(zhì)量,提高泵浦效率,泵浦耦合結(jié)構(gòu)簡單;同時,本發(fā)明中泵浦光可在光譜組合腔內(nèi)多次經(jīng)過激光晶體,光光轉(zhuǎn)換效率高;而且光譜鎖定后輸出光譜寬,為寬帶泵浦方式。本發(fā)明具有簡單有效、易于調(diào)節(jié)、工作穩(wěn)定可靠、實用性強、適用范圍廣的優(yōu)勢。
[0004]本發(fā)明提供一種基于光譜組合的寬帶泵浦方式的激光器,包含:
[0005]一半導(dǎo)體激光器陣列;
[0006]—親合透鏡組,該親合透鏡組位于半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光路上;
[0007]一光學(xué)鏡片,在耦合透鏡組之后,位于半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光路上;
[0008]一激光晶體,在光學(xué)鏡片之后,位于半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光路上;
[0009]一衍射光柵,該衍射光柵位于激光晶體之后,位于半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光路上,該衍射光柵與半導(dǎo)體激光器陣列輸出光路成一預(yù)定夾角;
[0010]—第一輸出鏡,該輸出鏡位于衍射光柵衍射的光路上;
[0011]—第二輸出鏡,在第一輸出鏡之后,位于衍射光柵衍射的光路上。
[0012]本發(fā)明的有益效果是,具有簡單有效、易于調(diào)節(jié)、工作穩(wěn)定可靠、實用性強、適用范圍廣的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0013]為進一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容,以下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明做進一步說明,其中:
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0015]圖2是圖1中耦合透鏡組的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0016]圖3是半導(dǎo)體激光器陣列自由運轉(zhuǎn)時的輸出光譜,帶寬(半峰寬FWHM位置)為2nm ;
[0017]圖4是半導(dǎo)體激光器陣列在光譜組合時作為泵浦源的輸出光譜,帶寬展寬至14nm0
具體實施例
[0018]請參閱圖1、2所示,本發(fā)明涉及一種基于光譜組合的寬帶泵浦方式的激光器,包括:
[0019]一半導(dǎo)體激光器陣列1,作為泵浦源,發(fā)射808nm波長,經(jīng)過快軸準直。半導(dǎo)體激光器陣列I的后腔面反射率多95%,前腔面鍍增透膜(反射率< 0.5% )。半導(dǎo)體激光器陣列I包括19個發(fā)光單元,填充因子為20 %,發(fā)光單元條寬為100 μ m,空間周期為500 μ m,快慢軸發(fā)散角為63° X8°。
[0020]一耦合透鏡組2:包括依序排列的快軸準直鏡21、慢軸準直鏡22和聚焦透鏡23,該耦合透鏡組對半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出的激光進行匯聚,使其聚焦點位于(后敘的)衍射光柵5上。對半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出的激光器進行匯聚,使其聚焦點位于光柵5上。半導(dǎo)體激光器陣列I和衍射光柵5分別位于耦合透鏡組的前后焦平面上,耦合透鏡組的有效焦距 f ~ 240mm。
[0021]一光學(xué)鏡片3,對半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出的激光波長具有高透過率,對激光晶體4產(chǎn)生的激光波長具有高反射率。
[0022]一激光晶體4,為激光增益晶體,作為諧振腔(光學(xué)鏡片3和光學(xué)鏡片7)內(nèi)的激光工作物質(zhì)。增益晶體為Nd:YAG。泵浦后產(chǎn)生波長為1064nm。
[0023]一衍射光柵5為閃耀光柵,作用是實現(xiàn)光譜合束,將上述不同角度入射的激光束經(jīng)光柵衍射后沿同一方向出射,采用衍射光柵的一級衍射。
[0024]一第一輸出鏡6,對半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出的激光波長具有一定的反射率(反射率10% ),對增益晶體4產(chǎn)生的激光波長具有高透射率。輸出半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出的激光波長。
[0025]一第二輸出鏡7,對半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出的激光波長具有高反射率,對激光晶體4產(chǎn)生的激光波長具有一定的反射率(反射率15% )。增益晶體4產(chǎn)生的激光波長。
[0026]該半導(dǎo)體激光器陣列I的光譜組合外腔由半導(dǎo)體激光器陣列I的前腔面、耦合透鏡組2、光柵5、第一輸出鏡6構(gòu)成。
[0027]該光學(xué)鏡片3、晶體4、第二輸出鏡7構(gòu)成激光振蕩腔。
[0028]該半導(dǎo)體激光器陣列I作為泵浦源,發(fā)出976nm的波長I,經(jīng)過耦合透鏡組2匯聚于衍射光柵5上,其中經(jīng)過光學(xué)鏡片3和晶體4.激光器陣列I上不同位置的每個發(fā)光單元以不同角度入射到光柵5。衍射光柵作用是實現(xiàn)光譜合束,將上述不同角度入射的激光束經(jīng)光柵衍射后沿同一方向出射。選擇和設(shè)計光柵時,使其對激光器陣列I的一級衍射效率最大,利用其一級衍射效率進行光譜組合。
[0029]所述的泵浦源發(fā)出的波長在光學(xué)鏡3、晶體4、第二輸出鏡7構(gòu)成激光振蕩腔中多次折返,對晶體4進行泵浦。晶體4發(fā)出波長II在光學(xué)鏡3、輸出鏡7構(gòu)成的腔內(nèi)振蕩,從輸出鏡7中輸出。
[0030]工作過程為:
[0031]半導(dǎo)體激光器陣列I的光譜組合外腔由半導(dǎo)體激光器陣列I的前腔面、耦合透鏡組2、衍射光柵5、第一輸出鏡6構(gòu)成。
[0032]激光振蕩腔由光學(xué)鏡片3、激光晶體4、第二輸出鏡7構(gòu)成。
[0033]半導(dǎo)體激光器陣列I作為泵浦源,發(fā)出波長,經(jīng)過耦合透鏡組2匯聚于衍射光柵5上,其中經(jīng)過光學(xué)鏡片3和激光晶體4.半導(dǎo)體激光器陣列I上不同位置的每個發(fā)光單元以不同角度入射到衍射光柵5。衍射光柵作用是實現(xiàn)光譜合束,將上述不同角度入射的激光束經(jīng)光柵衍射后沿同一方向出射。選擇和設(shè)計光柵時,使其對激光器陣列I的一級衍射效率最大,利用其一級衍射效率進行光譜組合。
[0034]然后波長在光學(xué)鏡3、晶體4、輸出鏡7構(gòu)成激光振蕩腔中多次折返,對晶體4進行泵浦。晶體4發(fā)出波長II在光學(xué)鏡3、輸出鏡7構(gòu)成的腔內(nèi)振蕩,從輸出鏡7中輸出。
[0035]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已,并不用于限制本發(fā)明,對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于光譜組合的寬帶泵浦方式的激光器,包含: 一半導(dǎo)體激光器陣列; 一耦合透鏡組,該耦合透鏡組位于半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光路上; 一光學(xué)鏡片,在耦合透鏡組之后,位于半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光路上; 一激光晶體,在光學(xué)鏡片之后,位于半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光路上; 一衍射光柵,該衍射光柵位于激光晶體之后,位于半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光路上,該衍射光柵與半導(dǎo)體激光器陣列輸出光路成一預(yù)定夾角; 一第一輸出鏡,該輸出鏡位于衍射光柵衍射的光路上; 一第二輸出鏡,在第一輸出鏡之后,位于衍射光柵衍射的光路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光譜組合的寬帶泵浦方式的激光器,其中半導(dǎo)體激光器陣列作為泵浦源,輸出波長10nm-1O μ m,工作方式為連續(xù)波輸出和脈沖輸出,半導(dǎo)體激光器陣列的后腔面鍍增透膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光譜組合的寬帶泵浦方式的激光器,其中耦合透鏡組包括:依序排列的快軸準直鏡、慢軸準直鏡和聚焦透鏡,該耦合透鏡組對半導(dǎo)體激光器陣列發(fā)出的激光進行匯聚,使其聚焦點位于衍射光柵上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光譜組合的寬帶泵浦方式的激光器,其中光學(xué)鏡片對半導(dǎo)體激光器陣列發(fā)出的激光波長具有高透過率,對激光晶體產(chǎn)生的激光波長具有高反射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光譜組合的寬帶泵浦方式的激光器,其中激光晶體為增益晶體,該激光晶體的材料為 Nd:YAG、Yb:YAG、Er:YAG、Cr:YAG、Nd:glass、Yb:glass、Er:glass 或 Ti:sapphireo
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光譜組合的寬帶泵浦方式的激光器,其中衍射光柵為閃耀光柵,作用是實現(xiàn)光譜合束,將上述不同角度入射的激光束經(jīng)光柵衍射后沿同一方向出射,光柵為透射式光柵或反射式光柵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光譜組合的寬帶泵浦方式的激光器,其中第一輸出鏡對半導(dǎo)體激光器陣列發(fā)出的激光波長的反射率為0.0001% 99.9999%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光譜組合的寬帶泵浦方式的激光器,其中第二輸出鏡對半導(dǎo)體激光器陣列發(fā)出的激光波長的反射率為0.0001% -99.9999%。
【專利摘要】一種基于光譜組合的寬帶泵浦方式的激光器,包含:一半導(dǎo)體激光器陣列;一耦合透鏡組,該耦合透鏡組位于半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光路上;一光學(xué)鏡片,在耦合透鏡組之后,位于半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光路上;一激光晶體,在光學(xué)鏡片之后,位于半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光路上;一衍射光柵,該衍射光柵位于激光晶體之后,位于半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光路上,該衍射光柵與半導(dǎo)體激光器陣列輸出光路成一預(yù)定夾角;一第一輸出鏡,該輸出鏡位于衍射光柵衍射的光路上;一第二輸出鏡,在第一輸出鏡之后,位于衍射光柵衍射的光路上。本發(fā)明具有簡單有效、易于調(diào)節(jié)、工作穩(wěn)定可靠、實用性強、適用范圍廣的優(yōu)勢。
【IPC分類】H01S5-06, H01S5-14, H01S5-065, H01S5-40
【公開號】CN104617488
【申請?zhí)枴緾N201410837008
【發(fā)明人】楊盈瑩, 林學(xué)春, 趙亞平, 王麗榮, 汪楠, 牛奔
【申請人】中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月29日