多對共用多組分光鏡平面排布單管合束半導體激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多對共用多組分光鏡平面排布單管合束半導體激光器，屬于半導體激光器技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著半導體激光器技術的發(fā)展，單管半導體激光器的輸出功率不斷提高，例如，100微米條寬單管輸出功率達24.6瓦，并且連續(xù)工作壽命長達數(shù)萬小時。為了進一步大幅提高半導體激光器的輸出功率，誕生了多單管合束技術，例如，1厘米bar激光陣列連續(xù)輸出功率已超過千瓦。
[0003]現(xiàn)有技術以多單管合束方式提高半導體激光器輸出功率，該方式將多個單管半導體激光器在空間上簡單拼合，形成一維或者三維陣列，實現(xiàn)多束激光的空間合束，遺憾的是，該方案在提高功率的同時，卻犧牲了光束質量，如輸出光的單色性、模式以及光斑光強分布(功率密度、分布均勻度)等不盡如人意，難以滿足工業(yè)、軍事、科研等領域的特別要求。另外，參與合束的單管數(shù)量不能過多。

【發(fā)明內容】

[0004]為了在提高多單管合束半導體激光器輸出功率的同時，提高光束質量，實現(xiàn)更多的單管半導體激光器的合束，我們發(fā)明了一種多對具有各自分光鏡階梯排布單管合束半導體激光器。
[0005]在本發(fā)明之多對共用多組分光鏡平面排布單管合束半導體激光器中，配備有快慢軸準直鏡的每個單管半導體激光器1均固定在熱沉上，其特征在于，如圖1?3所示，所述熱沉為兩個相同的平面熱沉2，波長相同的多對單管半導體激光器1分為兩列，分別安裝在兩個平面熱沉2上，并且，每對單管半導體激光器1中的兩個單管半導體激光器1發(fā)光方向相對且光軸重合，各對單管半導體激光器1的光軸彼此平行;在兩列單管半導體激光器1之間分布一個分光鏡3陣列，分光鏡3鏡面與單管半導體激光器1輸出光光軸呈45°角、與平面熱沉2所在平面垂直，一行分光鏡3中的相鄰兩個分光鏡3彼此垂直，一列分光鏡3中的各個分光鏡3彼此平行;在每對單管半導體激光器1中的兩個單管半導體激光器1之間都排列一行分光鏡3;在分光鏡3陣列同一方向反射光一側設置共用反射腔鏡4。
[0006]由所述方案可知，兩列單管半導體激光器1中的任何一個其輸出光由快慢軸準直鏡整形為一束光斑近乎圓形的平行光，該平行光進入分光鏡3陣列，由各個分光鏡3透射、反射，或多或少地進入兩列單管半導體激光器1中的其他任何一個單管半導體激光器1諧振腔中，成為這些諧振腔的一束種子光參與這些諧振腔中光的諧振，在被這些諧振腔的后腔面反射后出射，回到分光鏡3陣列中，再由各個分光鏡3透射、反射，或多或少地返回原單管半導體激光器1諧振腔中，如圖1?3所示，由各個單管半導體激光器1各自的諧振腔及分光鏡3陣列外諧振腔構成復合諧振腔，各個單管半導體激光器1的輸出光在所述復合諧振腔中諧振，也就是多對單管半導體激光器1共用多組也就是多行分光鏡3，這一諧振方式具有波長鎖定與線寬壓窄效果，使得最終的合束輸出光的單色性和模式大為改善，在合束輸出光功率提高的同時，光斑功率分布均勻，功率密度明顯提高。
[0007]在分光鏡3陣列的兩個列向上都有諧振光輸出，位于一個列向上的共用反射腔鏡4相當于單管合束半導體激光器的腔鏡，在它的反射下，諧振光返回分光鏡3陣列，再次重復復雜的諧振過程，基于相同的原理，合束輸出光的質量會因此再次得到提高。
[0008]雖然此時合束輸出光的光斑形狀為條帶狀，但是，采用現(xiàn)有光束整形技術，如采用光束壓縮鏡或者采用兩個半柱透鏡，通過對所述條帶狀的長邊進行壓縮，能夠獲得接近正方形的光斑。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明之多對共用多組分光鏡平面排布單管合束半導體激光器整體結構及諧振光光路立體示意圖，該圖同時作為摘要附圖。圖2、圖3是本發(fā)明之多對共用多組分光鏡平面排布單管合束半導體激光器整體結構及諧振光光路平面示意圖，其中，圖2中的共用反射腔鏡為平面鏡，圖3中的共用反射腔鏡為等腰直角三棱鏡。
【具體實施方式】
[0010]在本發(fā)明之多對共用多組分光鏡平面排布單管合束半導體激光器中，配備有快慢軸準直鏡的每個單管半導體激光器1均固定在熱沉上，如圖1?3所示。
[0011]所述熱沉為兩個相同的平面熱沉2，波長相同的多對單管半導體激光器1分為兩列，分別安裝在兩個平面熱沉2上，并且，每對單管半導體激光器1中的兩個單管半導體激光器1發(fā)光方向相對且光軸重合，各對單管半導體激光器1的光軸彼此平行。所述單管半導體激光器1為F-P腔邊發(fā)射激光器，工作波長為350?2000nm范圍內的某一個波長。單管半導體激光器1后腔面鍍有工作波長全反膜，前腔面鍍有工作波長增透膜，透射率為70?99 %范圍內的某一值。
[0012]在兩列單管半導體激光器1之間分布一個分光鏡3陣列，分光鏡3鏡面與單管半導體激光器1輸出光光軸呈45°角、與平面熱沉2所在平面垂直，一行分光鏡3中的相鄰兩個分光鏡3彼此垂直，一列分光鏡3中的各個分光鏡3彼此平行。一行分光鏡3中分光鏡3的數(shù)量為偶數(shù)，如此設計使得一行分光鏡3能夠自我修正因分光鏡3的厚度原因造成的透射光束側向偏移。一行分光鏡3中的每個分光鏡3的反射率相同；從分光鏡3陣列的合束輸出光一側到共用反射腔鏡4一側，各行分光鏡3的反射率不同且逐行增大，反射率變化范圍為10%?30%，分光鏡3陣列中分光鏡3反射率的這種分布有利于諧振光在一個列向上出光和合束。
[0013]當本發(fā)明之單管合束半導體激光器包含兩列4對單管半導體激光器1時，所述分光鏡3陣列由4行、8列分光鏡3構成，從分光鏡3陣列的合束輸出光一側到共用反射腔鏡4 一側，4行分光鏡3的反射率依次為10%、15%、20%、30%。
[0014]在每對單管半導體激光器1中的兩個單管半導體激光器1之間都排列一行分光鏡3。
[0015]在分光鏡3陣列同一方向反射光一側設置共用反射腔鏡4。所述共用反射腔鏡4為平面鏡或者等腰直角三棱鏡，如圖2、圖3所示。平面鏡鏡面與分光鏡3陣列的列向垂直，如圖2所示。如圖3所示，等腰直角三棱鏡的底面鏡面與分光鏡3陣列的列向垂直;等腰直角三棱鏡的兩個腰面鏡面為反射鏡面;等腰直角三棱鏡的中垂面與平面熱沉2所在平面垂直、與分光鏡3陣列的列向中線重合。如圖3所示，在這種方案中，入射等腰直角三棱鏡的光被兩個腰面先后反射，經過兩次反射的光再次進入分光鏡3陣列，重復此前復雜的諧振，光的諧振腔腔長大幅延長，合束輸出光的質量再次得到提高。
【主權項】
1.一種多對共用多組分光鏡平面排布單管合束半導體激光器，配備有快慢軸準直鏡的每個單管半導體激光器(1)均固定在熱沉上，其特征在于，所述熱沉為兩個相同的平面熱沉(2)，波長相同的多對單管半導體激光器(1)分為兩列，分別安裝在兩個平面熱沉(2)上，并且，每對單管半導體激光器(1)中的兩個單管半導體激光器(1)發(fā)光方向相對且光軸重合，各對單管半導體激光器(1)的光軸彼此平行;在兩列單管半導體激光器(1)之間分布一個分光鏡(3)陣列，分光鏡(3)鏡面與單管半導體激光器(1)輸出光光軸呈45°角、與平面熱沉(2)所在平面垂直，一行分光鏡(3)中的相鄰兩個分光鏡(3)彼此垂直，一列分光鏡(3)中的各個分光鏡(3)彼此平行;在每對單管半導體激光器(1)中的兩個單管半導體激光器(1)之間都排列一行分光鏡(3);在分光鏡(3)陣列同一方向反射光一側設置共用反射腔鏡(4)。2.根據(jù)權利要求1所述的多對共用多組分光鏡平面排布單管合束半導體激光器，其特征在于，所述單管半導體激光器(1)為F-P腔邊發(fā)射激光器，工作波長為350?2000nm范圍內的某一個波長;單管半導體激光器(1)后腔面鍍有工作波長全反膜，前腔面鍍有工作波長增透膜，透射率為70?99%范圍內的某一值。3.根據(jù)權利要求1所述的多對共用多組分光鏡平面排布單管合束半導體激光器，其特征在于，一行分光鏡(3)中分光鏡(3)的數(shù)量為偶數(shù)。4.根據(jù)權利要求1所述的多對共用多組分光鏡平面排布單管合束半導體激光器，其特征在于，一行分光鏡(3)中的每個分光鏡(3)的反射率相同；從分光鏡(3)陣列的合束輸出光一側到共用反射腔鏡(4) 一側，各行分光鏡(3)的反射率不同且逐行增大，反射率變化范圍為 10%?30%。5.根據(jù)權利要求1所述的多對共用多組分光鏡平面排布單管合束半導體激光器，其特征在于，所述共用反射腔鏡(4)為平面鏡或者等腰直角三棱鏡;平面鏡鏡面與分光鏡(3)陣列的列向垂直，等腰直角三棱鏡的底面鏡面與分光鏡(3)陣列的列向垂直;等腰直角三棱鏡的兩個腰面鏡面為反射鏡面;等腰直角三棱鏡的中垂面與平面熱沉(2)所在平面垂直、與分光鏡(3)陣列的列向中線重合。
【專利摘要】多對共用多組分光鏡平面排布單管合束半導體激光器屬于半導體激光器技術領域?，F(xiàn)有技術光束質量差。本發(fā)明中的熱沉為兩個相同的平面熱沉，波長相同的多對單管半導體激光器分為兩列，分別安裝在兩個平面熱沉上，并且，每對單管半導體激光器中的兩個單管半導體激光器發(fā)光方向相對且光軸重合，各對單管半導體激光器的光軸彼此平行；在兩列單管半導體激光器之間分布一個分光鏡陣列，分光鏡鏡面與單管半導體激光器輸出光光軸呈45°角、與平面熱沉所在平面垂直，一行分光鏡中的相鄰兩個分光鏡彼此垂直，一列分光鏡中的各個分光鏡彼此平行；在每對單管半導體激光器中的兩個單管半導體激光器之間都排列一行分光鏡；在分光鏡陣列同一方向反射光一側設置共用反射腔鏡。
【IPC分類】H01S5/06, H01S5/40
【公開號】CN105449524
【申請?zhí)枴緾N201510962315
【發(fā)明人】鄒永剛, 田錕, 王海珠, 海一娜, 李洋, 郝永芹, 馬曉輝, 徐莉, 金亮, 魏志鵬, 范杰
【申請人】長春理工大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月21日