半导体激光高光束质量高功率输出的合束装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种半导体激光高光束质量高功率输出的合束装置，包括：N个合束子系统以及用于将N个合束子系统输出的子光束进行合束的光栅对；合束子系统包括半导体激光叠阵以及沿半导体激光叠阵的出射光的光路方向依次设置的快轴准直镜、慢轴准直镜、变换透镜、第一光栅和输出镜；光栅对包括相互平行设置的第二光栅和第三光栅。本实用新型专利技术先利用外腔与半导体激光器后腔面组成外腔半导体激光器，使不同的合束单元锁定在不同的波长，再利用光栅的色散作用，将各个半导体激光叠阵发出的激光束在空间重叠成一束输出，能在提升输出功率的同时保持良好的光束质量水平，这样合束后的光束质量得到了极大的改善，实现了高功率高光束质量的合束输出。

A beam combining device with high beam quality and high power output for semiconductor laser

【技术实现步骤摘要】
半导体激光高光束质量高功率输出的合束装置
本技术涉及高功率半导体激光应用
，特别涉及一种半导体激光高光束质量高功率输出的合束装置。
技术介绍
半导体激光器是近五十年来发展快、科学渗透广的一种电光转换器件，其在工业加工、军事防御、光通信等领域有着重要应用。然而，由于其波导结构及器件封装工艺等因素的限制，其快慢轴方向上的光束质量差距较大，如对于普通的cmbar条，慢轴方向的光束质量是快轴方向的上千倍，导致输出光束质量变差。尽管使用叠阵结构能实现较高功率输出，但受限于微通道热沉内水通道截面积小和水压降，激光叠阵中激光层数不能无限叠加，一般不超过50层，从而限制了功率的进一步提升，这使其很难作为百瓦、千瓦级的光源直接应用。因此，如何同时获得高功率、高光束质量的半导体激光输出已成为国际上的重大技术瓶颈。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种半导体激光高光束质量高功率输出的合束装置。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种半导体激光高光束质量高功率输出的合束装置，包括：N个合束子系统以及用于将所述N个合束子系统输出的子光束进行合束的光栅对；所述合束子系统包括半导体激光叠阵以及沿所述半导体激光叠阵的出射光的光路方向依次设置的快轴准直镜、慢轴准直镜、变换透镜、第一光栅和输出镜；所述光栅对包括相互平行设置的第二光栅和第三光栅；所述半导体激光叠阵发出的光依次经过所述快轴准直镜、慢轴准直镜后，通过所述变换透镜转换成不同的入射角度投射到所述第一光栅上，不同叠层的出射光经所述第一光栅衍射后以相同的衍射角度合束形成子光束，再经所述输出镜输出到所述第二光栅；N个合束子系统的输出的子光束均入射到所述第二光栅，再入射到所述第三光栅的相同位置上产生重叠，经所述第三光栅衍射后以相同的出射角度合束输出。优选的是，所述快轴准直镜、慢轴准直镜、变换透镜、第一光栅的中心均与所述半导体激光叠阵的中心位于同一直线上。优选的是，所述输出镜垂直于所述第一光栅的-1级衍射方向设置。优选的是，所述半导体激光叠阵的不同叠层的出射光经所述第一光栅衍射后以与所述第一光栅的-1级衍射方向相同的角度合束形成子光束，再经所述输出镜输出。优选的是，所述输出镜将部分入射的子光束按照原路反射回到所述半导体激光叠阵，以实现所述半导体激光叠阵输出波长的锁定。优选的是，所述半导体激光叠阵的功率可调，其发出的光的波长范围为400nm-1550nm。优选的是，该合束装置包括2个合束子系统，2个合束子系统输出的子光束均直接入射到所述第二光栅上。优选的是，该合束装置还包括N个反射镜，用于将每个所述合束子系统的输出的子光束反射至所述第二光栅。本技术的有益效果是：本技术的半导体激光高光束质量高功率输出的合束装置先利用外腔与半导体激光器后腔面组成外腔半导体激光器，使不同的合束单元锁定在不同的波长，再利用光栅的色散作用，将各个半导体激光叠阵发出的激光束在空间重叠成一束输出，能在提升输出功率的同时保持良好的光束质量水平，这样合束之后的光束质量得到了极大的改善，实现了高功率高光束质量的合束输出。附图说明图1为本技术的实施例1中的半导体激光高光束质量高功率输出的合束装置的结构示意图；图2为本技术的实施例1中的半导体激光高光束质量高功率输出的合束装置的结构示意图。附图标记说明：1—半导体激光叠阵；2—快轴准直镜；3—慢轴准直镜；4—变换透镜；5—第一光栅；6—输出镜；7—第二光栅；8—第三光栅；9—合束激光；10—子光束；11—反射镜；12—合束激光。具体实施方式下面结合实施例对本技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。如图1-2所示，本实施例的一种半导体激光高光束质量高功率输出的合束装置，包括N个合束子系统以及用于将N个合束子系统输出的子光束进行合束的光栅对；合束子系统包括半导体激光叠阵1以及沿半导体激光叠阵1的出射光的光路方向依次设置的快轴准直镜2、慢轴准直镜3、变换透镜4、第一光栅5和输出镜6；光栅对包括相互平行设置的第二光栅7和第三光栅8；半导体激光叠阵1发出的光依次经过快轴准直镜2、慢轴准直镜3后，通过变换透镜4转换成不同的入射角度投射到第一光栅5上，不同叠层的出射光经第一光栅5衍射后以相同的衍射角度合束形成子光束，再经输出镜6输出到第二光栅7；N个合束子系统的输出的子光束均入射到第二光栅7，再入射到第三光栅8的相同位置上产生重叠，经第三光栅8衍射后以相同的出射角度合束输出。本技术先利用光栅-外腔光谱合束技术对光束质量较差的半导体叠阵输出的激光进行整形，以达到高光束质量输出。然后对N(N≥2)个整形好的叠阵采用共孔径技术进行合束，由于双光栅结构补偿了色散，所以合束能保持高光束质量，同时又达到了高功率输出的目的。这样合束之后的光束质量得到了极大的改善，于是实现了高光束质量输出。其中，半导体激光叠阵1的功率可调，其发出的光的波长范围为400nm-1550nm。快轴准直镜2、慢轴准直镜3、变换透镜4、第一光栅5的中心均与半导体激光叠的中心位于同一直线上。快轴准直镜2、慢轴准直镜3分别压缩快慢轴的发散角至毫弧度量级。其中，输出镜6垂直于第一光栅5的-1级衍射方向设置。半导体激光叠阵1的不同叠层的出射光经第一光栅5衍射后以与第一光栅5的-1级衍射方向相同的角度合束形成子光束，再经输出镜6输出。由于输出镜6的部分反馈作用，输出镜6将部分入射的子光束按照原路反射(依次经过第一光栅5、变换透镜4、慢轴准直镜3、快轴准直镜2)回半导体激光叠阵1，以实现半导体激光叠阵1输出波长的锁定(即使不同的合束单元锁定在不同的波长)。叠阵的后端面与-1级衍射方向的输出镜6形成外谐振腔，反馈注入的光束在外谐振腔内形成振荡，由于增益竞争的作用，不同的合束单元都以不同的波长运转，并且输出的子光束将沿中心单元在光栅对上实现空间叠加，即功率叠加，每个合束子系统的输出光束具有相同的光束质量，组合输出光束空间亮度较合束前会明显增加，实现了叠阵输出光束质量的提高。由于受限于热沉内水通道截面积小和水压降，激光叠阵层数不能无限增加(一般低于50层),因而提升输出功率受限。为此本技术将N个参数相同的子系统(根据实际需求可选择N(N≥2)个子系统)输出的子光束利用双光栅进行合束,双光栅合束技术既降低了激光线宽、相位等方面的控制要求，又能在提升输出功率的同时保持良好的光束质量水平，从而实现了整个系统的高功率高光束质量的激光输出。以下提供具体实施例，以对本技术做进一步说明。实施例1参照图1，本实施例中，半导体激光高光束质量高功率输出的合束装置包括2个合束子系统：结构相同的合束子系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体激光高光束质量高功率输出的合束装置，其特征在于，包括：N个合束子系统以及用于将所述N个合束子系统输出的子光束进行合束的光栅对；/n所述合束子系统包括半导体激光叠阵以及沿所述半导体激光叠阵的出射光的光路方向依次设置的快轴准直镜、慢轴准直镜、变换透镜、第一光栅和输出镜；/n所述光栅对包括相互平行设置的第二光栅和第三光栅；/n所述半导体激光叠阵发出的光依次经过所述快轴准直镜、慢轴准直镜后，通过所述变换透镜转换成不同的入射角度投射到所述第一光栅上，不同叠层的出射光经所述第一光栅衍射后以相同的衍射角度合束形成子光束，再经所述输出镜输出到所述第二光栅；N个合束子系统的输出的子光束均入射到所述第二光栅，再入射到所述第三光栅的相同位置上产生重叠，经所述第三光栅衍射后以相同的出射角度合束输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光高光束质量高功率输出的合束装置，其特征在于，包括：N个合束子系统以及用于将所述N个合束子系统输出的子光束进行合束的光栅对；
所述合束子系统包括半导体激光叠阵以及沿所述半导体激光叠阵的出射光的光路方向依次设置的快轴准直镜、慢轴准直镜、变换透镜、第一光栅和输出镜；
所述光栅对包括相互平行设置的第二光栅和第三光栅；
所述半导体激光叠阵发出的光依次经过所述快轴准直镜、慢轴准直镜后，通过所述变换透镜转换成不同的入射角度投射到所述第一光栅上，不同叠层的出射光经所述第一光栅衍射后以相同的衍射角度合束形成子光束，再经所述输出镜输出到所述第二光栅；N个合束子系统的输出的子光束均入射到所述第二光栅，再入射到所述第三光栅的相同位置上产生重叠，经所述第三光栅衍射后以相同的出射角度合束输出。


2.根据权利要求1所述的半导体激光高光束质量高功率输出的合束装置，其特征在于，所述快轴准直镜、慢轴准直镜、变换透镜、第一光栅的中心均与所述半导体激光叠的中心位于同一直线上。


3.根据权利要求2所述的半导体激光高光束质量高功率输出的合束装置，其特征在于，所述输出镜垂直于所述第一光栅的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高静，田玉冰，陈建生，姚文明，王鹏，檀慧明，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，苏州国科医疗科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32