半导体激光器光谱合束倍频装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种半导体激光器光谱合束倍频装置，涉及激光设备领域。半导体激光器光谱合束倍频装置包括依次排列的半导体激光器、变换透镜、衍射光栅、倍频晶体和输出耦合镜，半导体激光器位于变换透镜的前焦面，衍射光栅的中心与变换透镜的后焦点重合，半导体激光器发出的多路平行光束经变换透镜聚焦至衍射光栅，并经衍射光栅耦合为合束光输出；输出耦合镜反射基频光、并增透倍频光，由衍射光栅输出的合束光经倍频晶体倍频并经输出耦合镜输出。本实用新型专利技术通过衍射光栅实现光谱合束，提高输出功率和亮度，以及倍频晶体内激光的功率密度和转换效率，并通过输出耦合镜反射基频光并增透倍频光，获得高功率和高效率的激光倍频输出。

Semiconductor Laser Spectral Beam Combining Frequency Doubling Device

【技术实现步骤摘要】
半导体激光器光谱合束倍频装置
本技术涉及激光设备领域，具体地说，涉及一种半导体激光器光谱合束倍频装置。
技术介绍
半导体激光器有着成本低，寿命长，体积小，可靠性高等优点，在工业加工，泵浦，医疗，通信等方面都有广泛的应用前景。能否进一步提高半导体激光器的亮度是制约半导体激光器未来发展的一个重要因素。激光光束的亮度由输出功率的大小和光束质量决定，功率越大，光束质量越好，亮度就越高，半导体激光器的应用领域也更加广泛。另外，对于一些特定波长的半导体激光器，其输出功率有限且价格十分高昂；且由于目前半导体技术的局限性，例如波长532nm或一些紫外短波长的半导体激光器还未能实现。因此，利用激光二极管合束提高功率及功率密度，再对合束激光进行倍频而获得倍频激光是一种理想选择。合束技术是当前实现高亮度半导体激光器的常用手段，常规合束技术包括偏振合束、波长合束和光纤合束等。偏振合束通过偏振相关器件将两个偏振方向的光合为一束，亮度只能提高到两倍，一般配合其他合束技术使用；波长合束受到镀膜技术的限制，合束单元数一般不超过5个，对功率和亮度的提高也有限；光纤合束对激光的NA存在限制，多束激光合束会降低效率且光纤耦合过程中存在一定损耗。对于激光倍频，倍频光的输出功率与基频光的功率、光束质量相关。对于半导体激光器的倍频，如何提高半导体激光功率与其光束质量成为获得更高倍频效率的关键因素。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供一种半导体激光器光谱合束倍频装置，将光谱合束技术与倍频技术结合，获得高功率和高效率的激光倍频输出。根据本技术的一个方面，提供一种半导体激光器光谱合束倍频装置，包括沿光束传播方向依次排列的用于发出多路平行光束的半导体激光器、用于聚焦各路光束的变换透镜、用于耦合各路光束的衍射光栅，所述半导体激光器位于所述变换透镜的前焦面，所述衍射光栅的中心与所述变换透镜的后焦点重合；以及用于倍频光束的倍频晶体和用于输出光束的输出耦合镜，所述倍频晶体位于所述衍射光栅的输出光路上，所述输出耦合镜位于所述倍频晶体的输出光路上，所述输出耦合镜镀有反射基频光并增透倍频光的膜。优选地，上述的半导体激光器光谱合束倍频装置中，沿光束传播方向，所述输出耦合镜的前表面镀有基频光反射膜和倍频光增透膜，后表面镀有倍频光增透膜；所述基频光反射膜的反射率为5％～30％，所述倍频光增透膜的透射率大于99％。优选地，上述的半导体激光器光谱合束倍频装置还包括：第一透镜，位于所述衍射光栅与所述倍频晶体之间，所述第一透镜用于将所述衍射光栅输出的合束光聚焦至所述倍频晶体；和/或第二透镜，位于所述倍频晶体与所述输出耦合镜之间，所述第二透镜用于准直所述倍频晶体输出的倍频光和基频光，及将所述输出耦合镜反射的基频光聚焦至所述倍频晶体。优选地，上述的半导体激光器光谱合束倍频装置中，所述第一透镜为非球面透镜、球面透镜或渐变折射率透镜；所述第二透镜为非球面透镜、球面透镜或渐变折射率透镜。优选地，上述的半导体激光器光谱合束倍频装置中，沿光束传播方向，所述倍频晶体的前表面镀有基频光增透膜和倍频光高反膜，后表面镀有基频光增透膜和倍频光增透膜；所述基频光增透膜的透射率大于99％，所述倍频光高反膜的反射率大于99％，所述倍频光增透膜的透射率大于99％。优选地，上述的半导体激光器光谱合束倍频装置中，所述倍频晶体是KTP非线性晶体、LBO非线性晶体或BBO非线性晶体；或者所述倍频晶体是PPLN周期性晶体、或PPKTP周期性晶体。优选地，上述的半导体激光器光谱合束倍频装置中，所述衍射光栅为透射式光栅或反射式光栅，且所述衍射光栅在1级或-1级次的衍射效率大于90％。优选地，上述的半导体激光器光谱合束倍频装置中，所述变换透镜的作用方向为慢轴，所述变换透镜选自：单个球面柱透镜、多个球面柱透镜组成的透镜组、单个非球面柱透镜、或多个非球面柱透镜组成的透镜组。优选地，上述的半导体激光器光谱合束倍频装置还包括：光束整形元件，位于所述半导体激光器与所述变换透镜之间，所述光束整形元件用于准直所述半导体激光器发出的多路平行光束；所述光束整形元件选自：快轴准直镜、快轴准直镜和慢轴准直镜的组合、或快轴准直镜和45°斜柱透镜阵列的组合。优选地，上述的半导体激光器光谱合束倍频装置中，所述半导体激光器的前端面反射率小于1％，后腔面反射率大于95％；所述半导体激光器选自：沿水平方向排列的多个半导体激光器单管、沿水平方向排列的多个发光单元形成的半导体激光器阵列、沿水平方向排列的多个半导体激光器阵列、沿竖直方向排列的多个半导体激光器单管、沿竖直方向排列的多个发光单元形成的半导体激光器阵列、或沿竖直方向排列的多个半导体激光器阵列。本技术与现有技术相比的有益效果在于：通过衍射光栅实现对半导体激光器输出的多路光束的光谱合束，提高半导体激光器的输出功率和亮度，及进入倍频晶体内激光的功率密度；通过输出耦合镜反射基频光并增透倍频光，使大部分基频光获得倍频，提高倍频晶体的转换效率，从而获得高功率和高效率的激光倍频输出。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出本技术实施例中第一种半导体激光器光谱合束倍频装置的示意图；图2示出本技术实施例中第二种半导体激光器光谱合束倍频装置的示意图；图3示出本技术实施例中第三种半导体激光器光谱合束倍频装置的示意图。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。图1至图3示出实施例中三种半导体激光器光谱合束倍频装置的示意图。结合图1至图3所示，在本技术的一些实施例中，半导体激光器光谱合束倍频装置包括：沿光束传播方向依次排列的用于发出多路平行光束的半导体激光器1、用于聚焦各路光束的变换透镜3、用于耦合各路光束的衍射光栅4，半导体激光器1位于变换透镜3的前焦面，衍射光栅4的中心与变换透镜3的后焦点重合；以及用于倍频光束的倍频晶体6和用于输出光束的输出耦合镜8，倍频晶体6位于衍射光栅4的输出光路上，输出耦合镜8位于倍频晶体6的输出光路上，输出耦合镜8镀有反射基频光并增透倍频光的膜。本技术的半导体激光器光谱合束倍频装置工作时，半导体激光器1发出的多路平行光束经变换透镜3聚焦至衍射光栅4，并经衍射光栅4耦合为合束光，合束光经倍频晶体6倍频并经输出耦合镜8输出。通过衍射光栅4压缩光谱，使谱宽控制在半导体增益介质的增益范围和衍射光栅4的高效率衍射范围内，实现对半导体激光器1输出的多路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体激光器光谱合束倍频装置，其特征在于，包括沿光束传播方向依次排列的用于发出多路平行光束的半导体激光器、用于聚焦各路光束的变换透镜、用于耦合各路光束的衍射光栅，所述半导体激光器位于所述变换透镜的前焦面，所述衍射光栅的中心与所述变换透镜的后焦点重合；以及用于倍频光束的倍频晶体和用于输出光束的输出耦合镜，所述倍频晶体位于所述衍射光栅的输出光路上，所述输出耦合镜位于所述倍频晶体的输出光路上，所述输出耦合镜镀有反射基频光并增透倍频光的膜。

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器光谱合束倍频装置，其特征在于，包括沿光束传播方向依次排列的用于发出多路平行光束的半导体激光器、用于聚焦各路光束的变换透镜、用于耦合各路光束的衍射光栅，所述半导体激光器位于所述变换透镜的前焦面，所述衍射光栅的中心与所述变换透镜的后焦点重合；以及用于倍频光束的倍频晶体和用于输出光束的输出耦合镜，所述倍频晶体位于所述衍射光栅的输出光路上，所述输出耦合镜位于所述倍频晶体的输出光路上，所述输出耦合镜镀有反射基频光并增透倍频光的膜。2.如权利要求1所述的半导体激光器光谱合束倍频装置，其特征在于，沿光束传播方向，所述输出耦合镜的前表面镀有基频光反射膜和倍频光增透膜，后表面镀有倍频光增透膜；所述基频光反射膜的反射率为5％～30％，所述倍频光增透膜的透射率大于99％。3.如权利要求1所述的半导体激光器光谱合束倍频装置，其特征在于，还包括：第一透镜，位于所述衍射光栅与所述倍频晶体之间，所述第一透镜用于将所述衍射光栅输出的合束光聚焦至所述倍频晶体；第二透镜，位于所述倍频晶体与所述输出耦合镜之间，所述第二透镜用于准直所述倍频晶体输出的倍频光和基频光，及将所述输出耦合镜反射的基频光聚焦至所述倍频晶体。4.如权利要求3所述的半导体激光器光谱合束倍频装置，其特征在于，所述第一透镜为非球面透镜、球面透镜或渐变折射率透镜；所述第二透镜为非球面透镜、球面透镜或渐变折射率透镜。5.如权利要求1所述的半导体激光器光谱合束倍频装置，其特征在于，沿光束传播方向，所述倍频晶体的前表面镀有基频光增透膜和倍频光高反膜，后表面镀有基频光增透膜和倍频光增透膜；所述基...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明，周权，丁永奎，
申请(专利权)人：上海高意激光技术有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31