多對各具有分光鏡組階梯排布單管合束半導(dǎo)體激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多對各具有分光鏡組階梯排布單管合束半導(dǎo)體激光器，屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體激光器技術(shù)的發(fā)展，單管半導(dǎo)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(dá)24.6瓦，并且連續(xù)工作壽命長達(dá)數(shù)萬小時。為了進(jìn)一步大幅提高半導(dǎo)體激光器的輸出功率，誕生了多單管合束技術(shù)，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(shù)以多單管合束方式提高半導(dǎo)體激光器輸出功率，該方式將多個單管半導(dǎo)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(zhì)量，如輸出光的單色性、模式以及光斑光強(qiáng)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(lǐng)域的特別要求。另外，參與合束的單管數(shù)量不能過多，波長也應(yīng)該相同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了在提高多單管合束半導(dǎo)體激光器輸出功率的同時，提高光束質(zhì)量，實現(xiàn)更多的、波長相同或者不同的單管半導(dǎo)體激光器的合束，我們發(fā)明了一種多對各具有分光鏡組階梯排布單管合束半導(dǎo)體激光器。
[0005]在本發(fā)明之多對各具有分光鏡組階梯排布單管合束半導(dǎo)體激光器中，配備有快慢軸準(zhǔn)直鏡的每個單管半導(dǎo)體激光器1均固定在熱沉上，其特征在于，如圖1所示，所述熱沉為兩個相同的階梯熱沉2，在兩個階梯熱沉2的每個臺階上均安裝有一個單管半導(dǎo)體激光器1，并且，在兩個階梯熱沉2高度相同臺階上的一對單管半導(dǎo)體激光器1發(fā)光方向相對且光軸重合，各對單管半導(dǎo)體激光器1的光軸彼此平行;在每對單管半導(dǎo)體激光器1之間光路中都安置有一個分光鏡組，各對單管半導(dǎo)體激光器1之間光路中的各分光鏡組構(gòu)成一個分光鏡3階梯陣列，其中的分光鏡3鏡面與單管半導(dǎo)體激光器1輸出光光軸呈45°角、與階梯熱沉2臺階平面垂直，一個分光鏡組中的相鄰兩個分光鏡3彼此垂直，分光鏡3階梯陣列中的一列分光鏡3中的各個分光鏡3彼此平行;每對單管半導(dǎo)體激光器1波長相同，各對單管半導(dǎo)體激光器1波長相同或者不同；兩個階梯熱沉2的各個臺階的階高相同，并且，在該階高下，上下相鄰臺階上的單管半導(dǎo)體激光器1的輸出光邊緣交疊;在各個分光鏡3同一方向反射光一側(cè)設(shè)置共用反射腔鏡4，如圖2?圖4所示。
[0006]由所述方案可知，每只單管半導(dǎo)體激光器1的工作狀態(tài)是，輸出光由快慢軸準(zhǔn)直鏡整形為一束較粗的平行光，照射到分光鏡組后最終分為三部分。一部分透射各分光鏡3進(jìn)入與該只單管半導(dǎo)體激光器1成對的另一只單管半導(dǎo)體激光器1諧振腔中，如圖1所示，成為該諧振腔的一束種子光參與該諧振腔中光的諧振，在被該諧振腔的后腔面反射后出射，沿原光路回到分光鏡組。另外兩部分由分光鏡組的反射所產(chǎn)生，這兩部分反射光的方向相反，光軸與分光鏡3階梯陣列的列向平行，其中，一部分反射光直接成為單管合束半導(dǎo)體激光器的合束輸出光的組成部分，如圖1?圖4所示，另一部分照射到單管合束半導(dǎo)體激光器的共用反射腔鏡4，如圖2?圖4所示，照射到共用反射腔鏡4的光被反射后沿原光路回到分光鏡組。所述三部分光沿原光路回到分光鏡組后總會有一部分回到原單管半導(dǎo)體激光器1諧振腔中再次參與諧振，這一過程相當(dāng)于一束光是在由一對單管半導(dǎo)體激光器1各自的諧振腔及該對單管半導(dǎo)體激光器1之間的外諧振腔構(gòu)成的復(fù)合諧振腔內(nèi)諧振，這一方式的諧振能夠使最終的合束輸出光的單色性和模式大為改善。
[0007]由于每對單管半導(dǎo)體激光器1在兩個階梯熱沉2上階梯排布，這使得每對單管半導(dǎo)體激光器1的工作狀態(tài)不同之處在于各自的合束輸出光的高度位置不同，各個高度的光斑呈條帶狀的合束輸出光再次合束，形成具有較大功率密度、功率分布均勻、光斑呈長寬比更接近1的矩形形狀的合束輸出光。
[0008]本發(fā)明將參與合束的多只單管半導(dǎo)體激光器1劃分為具有各自分光鏡組的多對單管半導(dǎo)體激光器，并且，所述多對單管半導(dǎo)體激光器分布在階梯熱沉2不同的臺階上，這一技術(shù)措施使得本發(fā)明突破了現(xiàn)有空間合束和偏振對合束單元數(shù)量的限制，輸出功率大幅提高，同時還獲得一個附帶效果，即單管合束半導(dǎo)體激光器的散熱狀況明顯改善。
[0009]再有，由于各對單管半導(dǎo)體激光器1波長可以相同，還可以不同，因此，本發(fā)明既能夠?qū)崿F(xiàn)相同波長激光的合束，也能夠?qū)崿F(xiàn)不同波長激光的合束。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明之多對各具有分光鏡組階梯排布單管合束半導(dǎo)體激光器主要部分結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)立體示意圖，該圖同時作為摘要附圖。圖2?圖4是自圖1中A-A方向剖面的右視圖，該三幅圖是本發(fā)明之多對各具有分光鏡組階梯排布單管合束半導(dǎo)體激光器合束輸出形態(tài)示意圖，其中圖2中的共用反射腔鏡為平面鏡，圖3、圖4中的共用反射腔鏡為等腰直角三棱鏡。
【具體實施方式】
[0011]在本發(fā)明之多對各具有分光鏡組階梯排布單管合束半導(dǎo)體激光器中，配備有快慢軸準(zhǔn)直鏡的每個單管半導(dǎo)體激光器1均固定在熱沉上，如圖1所示。
[0012]所述熱沉為兩個相同的階梯熱沉2，在兩個階梯熱沉2的每個臺階上均安裝有一個單管半導(dǎo)體激光器1，并且，在兩個階梯熱沉2高度相同臺階上的一對單管半導(dǎo)體激光器1發(fā)光方向相對且光軸重合，各對單管半導(dǎo)體激光器1的光軸彼此平行。
[0013]在每對單管半導(dǎo)體激光器1之間光路中都安置有一個分光鏡組，各對單管半導(dǎo)體激光器1之間光路中的各分光鏡組構(gòu)成一個分光鏡3階梯陣列，其中的分光鏡3鏡面與單管半導(dǎo)體激光器1輸出光光軸呈45°角、與階梯熱沉2臺階平面垂直，一個分光鏡組中的相鄰兩個分光鏡3彼此垂直，分光鏡3階梯陣列中的一列分光鏡3中的各個分光鏡3彼此平行。分光鏡3的反射率為30%?90%范圍內(nèi)的某一值。分光鏡組中的分光鏡3的數(shù)量為偶數(shù)，如此設(shè)計使得分光鏡組能夠自我修正因分光鏡3的厚度原因造成的透射光束側(cè)向偏移。
[0014]每對單管半導(dǎo)體激光器1波長相同，各對單管半導(dǎo)體激光器1波長相同或者不同。各單管半導(dǎo)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50?99%范圍內(nèi)的某一值。
[0015]兩個階梯熱沉2的各個臺階的階高相同，并且，在該階高下，上下相鄰臺階上的單管半導(dǎo)體激光器1的輸出光邊緣交疊。
[0016]在各個分光鏡3同一方向反射光一側(cè)設(shè)置共用反射腔鏡4，如圖2?圖4所不。所述共用反射腔鏡4為平面鏡或者等腰直角三棱鏡;平面鏡鏡面與被各分光鏡組反射的光的光軸垂直，如圖2所不;等腰直角三棱鏡的底面鏡面與被各分光鏡組反射的光的光軸垂直，如圖3、圖4所示，等腰直角三棱鏡的兩個腰面鏡面為反射鏡面;等腰直角三棱鏡的兩個腰面與各個分光鏡組相迎，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(jīng)過兩次反射的光回到不同的分光鏡組中，其中一部分經(jīng)分光鏡組反射、透射后繼續(xù)參與不同的單管半導(dǎo)體激光器1的諧振，光的諧振腔腔長大幅延長，合束輸出光的質(zhì)量再次得到提高;或者等腰直角三棱鏡的一個腰面與各個分光鏡組相迎，如圖4所示，在這種方案中，雖然入射等腰直角三棱鏡的光也被兩個腰面先后反射，但是，第二次反射的光直接成為合束輸出光的一半，與先前被各個分光鏡組反射的合束輸出光并列，總的合束輸出光的矩形光斑高度尺寸增加一倍。
【主權(quán)項】
1.一種多對各具有分光鏡組階梯排布單管合束半導(dǎo)體激光器，配備有快慢軸準(zhǔn)直鏡的每個單管半導(dǎo)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階梯熱沉(2)，在兩個階梯熱沉(2)的每個臺階上均安裝有一個單管半導(dǎo)體激光器(1)，并且，在兩個階梯熱沉(2)高度相同臺階上的一對單管半導(dǎo)體激光器(1)發(fā)光方向相對且光軸重合，各對單管半導(dǎo)體激光器(1)的光軸彼此平行;在每對單管半導(dǎo)體激光器(1)之間光路中都安置有一個分光鏡組，各對單管半導(dǎo)體激光器(1)之間光路中的各分光鏡組構(gòu)成一個分光鏡(3)階梯陣列，其中的分光鏡(3)鏡面與單管半導(dǎo)體激光器(1)輸出光光軸呈45°角、與階梯熱沉(2)臺階平面垂直，一個分光鏡組中的相鄰兩個分光鏡(3)彼此垂直，分光鏡(3)階梯陣列中的一列分光鏡(3)中的各個分光鏡(3)彼此平行;每對單管半導(dǎo)體激光器(1)波長相同，各對單管半導(dǎo)體激光器(1)波長相同或者不同;兩個階梯熱沉(2)的各個臺階的階高相同，并且，在該階高下，上下相鄰臺階上的單管半導(dǎo)體激光器(1)的輸出光邊緣交疊；在各個分光鏡(3)同一方向反射光一側(cè)設(shè)置共用反射腔鏡(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多對各具有分光鏡組階梯排布單管合束半導(dǎo)體激光器，其特征在于，分光鏡(3)的反射率為30%?90%范圍內(nèi)的某一值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多對各具有分光鏡組階梯排布單管合束半導(dǎo)體激光器，其特征在于，分光鏡組中的分光鏡(3)的數(shù)量為偶數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多對各具有分光鏡組階梯排布單管合束半導(dǎo)體激光器，其特征在于，各單管半導(dǎo)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50?99%范圍內(nèi)的某一值。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多對各具有分光鏡組階梯排布單管合束半導(dǎo)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;平面鏡鏡面與被各分光鏡組反射的光的光軸垂直;等腰直角三棱鏡的底面鏡面與被各分光鏡組反射的光的光軸垂直，等腰直角三棱鏡的兩個腰面鏡面為反射鏡面;等腰直角三棱鏡的兩個腰面與各個分光鏡組相迎，或者等腰直角三棱鏡的一個腰面與各個分光鏡組相迎。
【專利摘要】多對各具有分光鏡組階梯排布單管合束半導(dǎo)體激光器屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)光束質(zhì)量低。本發(fā)明其特征在于，在兩個階梯熱沉的每個臺階上均安裝有一個單管半導(dǎo)體激光器，并且，在兩個階梯熱沉高度相同臺階上的一對單管半導(dǎo)體激光器發(fā)光方向相對且光軸重合，各對單管半導(dǎo)體激光器的光軸彼此平行；在每對單管半導(dǎo)體激光器之間光路中都安置有一個分光鏡組，各分光鏡組構(gòu)成一個分光鏡階梯陣列，其中的分光鏡鏡面與單管半導(dǎo)體激光器輸出光光軸呈45°角、與階梯熱沉臺階平面垂直，一個分光鏡組中的相鄰兩個分光鏡彼此垂直，分光鏡階梯陣列中的一列分光鏡中的各個分光鏡彼此平行；在各個分光鏡同一方向反射光一側(cè)設(shè)置共用反射腔鏡。
【IPC分類】H01S5/024
【公開號】CN105449513
【申請?zhí)枴緾N201510962341
【發(fā)明人】鄒永剛, 田錕, 范杰, 海一娜, 馬曉輝, 徐莉, 郝永芹, 李再金, 王勇, 徐英添
【申請人】長春理工大學(xué)
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月21日