基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器的制造方法
【專利摘要】一種基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，包括：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；一調(diào)制裝置，該調(diào)制裝置位于耦合透鏡組之后，位于半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光路上；一衍射光柵，該衍射光柵位于調(diào)制裝置之后，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；一輸出鏡，該輸出鏡位于衍射光柵折射的光路上。本發(fā)明是將調(diào)Q元件或倍頻晶體置于光譜組束腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)調(diào)Q或腔內(nèi)倍頻，優(yōu)化半導(dǎo)體激光器陣列的光束質(zhì)量，提高調(diào)Q或倍頻的轉(zhuǎn)化效率，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高。
【專利說明】基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制激光器，可對輸出光進(jìn)行調(diào)Q或者倍頻。
【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。半導(dǎo)體激光器輸出多為連續(xù)波，少部分脈沖輸出的半導(dǎo)體激光器輸出功率很低，不能滿足應(yīng)用需求。
[0003]調(diào)Q技術(shù)又叫Q開關(guān)技術(shù)，是將一般輸出的連續(xù)激光能量壓縮到寬度極窄的脈沖中發(fā)射，從而使光源的峰值功率可提高幾個(gè)數(shù)量級的一種技術(shù)，可獲得高峰值功率，窄脈寬脈沖激光。通過調(diào)Q元件來實(shí)現(xiàn)。
[0004]倍頻技術(shù)是指，利用非線性晶體在強(qiáng)激光作用下的非線性效應(yīng)，使頻率為ω的激光通過晶體后變?yōu)轭l率為2 ω、3ω或Νω(Ν為整數(shù))的倍頻光。
[0005]光譜組束(ChristianWirth, 36 (16), 3118-3120 (2011) Optics Letters)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(gè)由變換傳輸透鏡、衍射光柵和耦合輸出鏡構(gòu)成的外腔中，陣列的每一個(gè)發(fā)光單元的波長通過外腔反饋被鎖定，陣列的每一個(gè)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?yàn)閱我话l(fā)光單兀的光束質(zhì)量，輸出功率按陣列單兀數(shù)累加。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，其是將調(diào)Q元件或倍頻晶體置于光譜組束腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)調(diào)Q或腔內(nèi)倍頻，優(yōu)化半導(dǎo)體激光器陣列的光束質(zhì)量，提高調(diào)Q或倍頻的轉(zhuǎn)化效率，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高。
[0007]本發(fā)明提供一種基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，包括:
[0008]一半導(dǎo)體激光器陣列；
[0009]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；
[0010]一調(diào)制裝置，該調(diào)制裝置位于耦合透鏡組之后，位于半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光路上;
[0011]一衍射光柵，該衍射光柵位于調(diào)制裝置之后，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；
[0012]—輸出鏡,該輸出鏡位于衍射光柵折射的光路上。
[0013]本發(fā)明的有益效果是，其結(jié)合了光譜組束、調(diào)Q技術(shù)以及倍頻技術(shù)，通過直接對半導(dǎo)體激光器陣列發(fā)出的激光進(jìn)行調(diào)Q或倍頻激光，得到脈沖激光或倍頻激光，提供了一種對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器。將調(diào)Q元件或倍頻元件置于半導(dǎo)體激光器陣列后腔面與輸出鏡構(gòu)成諧振腔內(nèi)，對半導(dǎo)體激光器陣列進(jìn)行調(diào)Q或倍頻，本發(fā)明具有簡單有效、易于調(diào)節(jié)、工作穩(wěn)定可靠、實(shí)用性強(qiáng)、適用范圍廣的優(yōu)勢。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明如后，其中:
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是圖1中耦合透鏡組2的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]請參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明提供一種基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，包括:
[0018]一半導(dǎo)體激光器陣列1，該其中半導(dǎo)體激光器陣列I的輸出波長為10nm-1Oym;所述的半導(dǎo)體激光器陣列I作為激光光源，所述的半導(dǎo)體激光器陣列I的后腔面鍍增透膜。；
[0019]—稱合透鏡組2,該稱合透鏡組2位于半導(dǎo)體激光器陣列I的輸出光路上，該I禹合透鏡組2包括:依序排列的快軸準(zhǔn)直鏡21、慢軸準(zhǔn)直鏡22、聚焦透鏡23，該耦合透鏡組2對半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出的激光進(jìn)行匯聚，使其聚焦點(diǎn)位于后敘的衍射光柵4上；
[0020]一調(diào)制裝置3，該調(diào)制裝置3位于耦合透鏡組2之后，位于半導(dǎo)體激光器陣列I的輸出光路上，該調(diào)制裝置3為調(diào)Q元件或倍頻元件；該調(diào)Q元件為主動調(diào)Q元件或被動調(diào)Q元件，該調(diào)Q元件3的工作方式為電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q、可飽和吸收調(diào)Q或機(jī)械轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q，該倍頻元件作用是對基頻光進(jìn)行N倍的頻率變換，N為整數(shù)，該倍頻元件的材料為磷酸二氫銨、磷酸二氫鉀、磷酸二氘鉀、砷酸二氘銫、砷酸二氫銫、鈮酸鋰、鈮酸鋇鈉、鈮酸鉀或周期性極化鈮酸鋰，所述的調(diào)Q元件作用是使輸出的連續(xù)激光能量壓縮到寬度極窄的脈沖中發(fā)射，從而使光源的峰值功率可提高幾個(gè)數(shù)量級，可獲得高峰值功率，窄脈寬脈沖激光，所述的被動調(diào)Q元件是可飽和吸收體或半導(dǎo)體可飽和吸收體鏡，所述的可飽和吸收體為Cr4+:YAG、Co =Spinel 或 V:YAG ；
[0021]—衍射光柵4,該衍射光柵4位于調(diào)制裝置3之后,位于半導(dǎo)體激光器陣列I的輸出光路上，該衍射光柵4與半導(dǎo)體激光器陣列I輸出光路成一預(yù)定夾角該衍射光柵4為閃耀光柵，作用是鎖定半導(dǎo)體激光器陣列I的輸出光譜，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，該衍射光柵4是采用透射式光柵或反射式光柵。制作方法可采用刻線光柵和全息光柵；
[0022]一輸出鏡5，該輸出鏡5位于衍射光柵4折射的光路上，所述的輸出鏡5對半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出的激光波長具有反射功能，其反射率為0.0001% -99.9999%。
[0023]所述的半導(dǎo)體激光器陣列I和衍射光柵4分別位于耦合透鏡組2的前后焦平面上。
[0024]本發(fā)明提供的一種基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，其是將調(diào)Q元件或倍頻晶體置于光譜組束腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)調(diào)Q或腔內(nèi)倍頻，優(yōu)化半導(dǎo)體激光器陣列的光束質(zhì)量，提高調(diào)Q或倍頻的轉(zhuǎn)化效率，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高。
[0025]本發(fā)明的工作方式為:
[0026]請參閱圖1及圖2所示，半導(dǎo)體激光器陣列I的后腔面鍍有增透膜，半導(dǎo)體激光器陣列I的外腔由其半導(dǎo)體激光器陣列I的前腔面、耦合透鏡組2、調(diào)制裝置3、衍射光柵4、輸出鏡5構(gòu)成。
[0027]半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出激光，經(jīng)過耦合透鏡組2和調(diào)制裝置3照射于衍射光柵4上，激光器陣列I上不同位置的每個(gè)發(fā)光單元以不同角度入射到輸出鏡5。衍射光柵4作用是實(shí)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(jì)衍射光柵4時(shí)，使其對激光器陣列I的某一級衍射效率最大，利用這一級衍射效率進(jìn)行光譜組束。
[0028]然后半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出的激光由耦合透鏡組2、調(diào)制裝置3、衍射光柵4、輸出鏡5構(gòu)成激光振蕩腔中多次折返，調(diào)制裝置在腔內(nèi)工作，使連續(xù)波變?yōu)槊}沖激光輸出(調(diào)Q功能)或者使基頻光變?yōu)楸额l光(倍頻功能)，最后輸出鏡5輸出調(diào)制后的激光。
[0029]實(shí)施例1:
[0030]參閱圖1及圖2所示，本實(shí)施例涉及一種基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，對激光進(jìn)行調(diào)Q，輸出調(diào)Q后的脈沖激光。
[0031]半導(dǎo)體激光器陣列1:作為激光光源，發(fā)射976nm波長，后腔面反射率>95%，前腔面鍍增透膜(反射率< 0.5% )。半導(dǎo)體激光器陣列I有19個(gè)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° X 8°。
[0032]耦合透鏡組2:耦合透鏡組2中依序包含快軸準(zhǔn)直鏡21、慢軸準(zhǔn)直鏡22和聚焦透鏡23。半導(dǎo)體激光器陣列I和衍射光柵4分別位于耦合透鏡組的前后焦平面上，耦合透鏡組2的有效焦距f ^ 240mm。對半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出的激光器進(jìn)行匯聚，使其聚焦點(diǎn)位于衍射光柵4上。
[0033]調(diào)制裝置3為調(diào)Q元件，采用被動調(diào)Q晶體:Cr4+:YAG。
[0034]衍射光柵4為閃耀光柵，作用是實(shí)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?？衫醚苌涔鈻诺囊患?、二級或三級衍射效率。
[0035]輸出鏡5對半導(dǎo)體激光器陣列發(fā)出的激光波長I具有一定的反射率(反射率10% )。
[0036]半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出連續(xù)波激光，經(jīng)過耦合透鏡組2和調(diào)制裝置3照射于衍射光柵4上，激光器陣列I上不同位置的每個(gè)發(fā)光單元以不同角度入射到衍射光柵4。衍射光柵4作用是實(shí)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(jì)光柵時(shí)，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(jìn)行光譜組束。
[0037]然后半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出的連續(xù)波激光由耦合透鏡組2、調(diào)制裝置3、衍射光柵4、輸出鏡5構(gòu)成激光振蕩腔中多次折返，調(diào)Q晶體在腔內(nèi)工作，使連續(xù)波變?yōu)槊}沖激光輸出，最后輸出鏡5輸出調(diào)制后的脈沖激光。
[0038]實(shí)施例2:
[0039]參閱圖1及圖2所示，本實(shí)施例涉及基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，對激光波長進(jìn)行了倍頻，輸出倍頻激光。
[0040]半導(dǎo)體激光器陣列1:作為激光光源，發(fā)射976nm波長，后腔面反射率>95%，前腔面鍍增透膜(反射率< 0.5% )。半導(dǎo)體激光器陣列I有19個(gè)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° X 8°。
[0041]耦合透鏡組2:耦合透鏡組2中依序包含快軸準(zhǔn)直鏡21、慢軸準(zhǔn)直鏡22和聚焦透鏡23。半導(dǎo)體激光器陣列I和衍射光柵4分別位于耦合透鏡組2的前后焦平面上，耦合透鏡組2的有效焦距f ^ 240mm。對半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出的激光器進(jìn)行匯聚，使其聚焦點(diǎn)位于衍射光柵4上。
[0042]調(diào)制裝置3為倍頻元件，采用二倍頻晶體:LB0。鍍976nm和488nm的高透膜。
[0043]衍射光柵4為閃耀光柵，作用是實(shí)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?？衫醚苌涔鈻诺囊患?、二級或三級衍射效率。
[0044]輸出鏡5對半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出的激光波長I具有一定的反射率(反射率10% )。
[0045]半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出激光，經(jīng)過耦合透鏡組2和調(diào)制裝置3照射于衍射光柵4上，半導(dǎo)體激光器陣列I上不同位置的每個(gè)發(fā)光單元以不同角度入射到衍射光柵4。衍射光柵作用是實(shí)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(jì)光柵時(shí)，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(jìn)行光譜組束。
[0046]然后半導(dǎo)體激光器陣列I發(fā)出的激光由耦合透鏡組2、調(diào)制裝置3、衍射光柵4、輸出鏡5構(gòu)成激光振蕩腔中多次折返，倍頻晶體在腔內(nèi)工作，使激光基頻變?yōu)楸额l激光輸出，最后輸出鏡5輸出調(diào)制后的倍頻激光。
【權(quán)利要求】
1.一種基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，包括: 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； 一調(diào)制裝置，該調(diào)制裝置位于耦合透鏡組之后，位于半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光路上； 一衍射光柵，該衍射光柵位于調(diào)制裝置之后，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； 一輸出鏡，該輸出鏡位于衍射光柵折射的光路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，其中半導(dǎo)體激光器陣列的輸出波長為10nm-1O μ m,工作方式為連續(xù)波輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，其中耦合透鏡組包括:依序排列的快軸準(zhǔn)直鏡、慢軸準(zhǔn)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(jìn)行匯聚，使其聚焦點(diǎn)位于衍射光柵上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，其中調(diào)制裝置為調(diào)Q元件或倍頻元件；該調(diào)Q元件為主動調(diào)Q元件或被動調(diào)Q元件，該調(diào)Q元件3的工作方式為電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q、可飽和吸收調(diào)Q或機(jī)械轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q ;該倍頻元件作用是對基頻光進(jìn)行N倍的頻率變換,N為整數(shù),該倍頻元件的材料為磷酸二氫銨、磷酸二氫鉀、磷酸二氘鉀、砷酸二氘銫、砷酸二氫銫、鈮酸鋰、鈮酸鋇鈉、鈮酸鉀或周期性極化鈮酸鋰。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，其中被動調(diào)Q元件是可飽和吸收體或半導(dǎo)體可飽和吸收體鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，其中可飽和吸收體為Cr4+:YAG、Co =Spinel或V:YAG。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，其中衍射光柵為閃耀光柵，作用是鎖定半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光譜，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。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，其中衍射光柵是米用透射式光柵或反射式光柵。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，其中輸出鏡對半導(dǎo)體激光器陣列發(fā)出的激光波長具有反射功能，其反射率為0.0001% -99.9999% O
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于半導(dǎo)體激光器陣列的對輸出光進(jìn)行調(diào)制的激光器，其中半導(dǎo)體激光器陣列的后腔面鍍增透膜。
【文檔編號】H01S5/10GK104466672SQ201410837009
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】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