[发明专利]用于均匀化二极管激光器泵浦阵列的方法和系统

说明书

技术领域

正在同时提交以下两个正规美国专利申请(包括本申请)，并且通过引用将另一个申请的全部公开内容合并到本申请中以用于所有的目的：

●于2009年8月19日提交的题为“Method and System for HomogenizingDiode Laser Pump Arrays”的第12/544,147号申请(代理人案号027512-001300US)；以及

●于2009年8月19日提交的题为“Diffractive Laser Beam Homogenizerincluding a Photo-Active Material and Method of Fabricating the Same”的第12/544,161号申请(代理人案号027512-001400US)

有关在联邦政府资助的研究或开发下完成的发明的权利的陈述

依据美国能源部与劳伦斯.利弗莫尔国家安全有限责任公司之间的DE-AC52-07NA27344号合同，美国政府拥有本发明的权利。

背景技术

在高平均功率的二极管泵浦固态激光器中，大的二极管激光器泵浦阵列通常被用于泵浦大孔径的放大器。二极管激光器泵的开发已经导致适于泵浦高功率固态激光器的高输出功率。因此，在许多应用中二极管激光器泵已经替代了闪光灯泵。

图1是二极管激光器(即半导体激光器)的二维阵列的简化透视图。二极管激光器阵列100包括与热交换器120一起堆叠在基底130上的多个二极管激光棒110。热交换器120可以是主动冷却的微通道热交换器等。可以使用热导体140a和140b来提供用于去除由激光二极管棒110生成的热的另外的热路径。每个单独的激光棒包括激光器112的水平布置的阵列，激光器112的每个发射泵浦辐射。因此，二极管激光器阵列100包括M×N个激光器，其中M是二极管激光棒110的数目，并且N是每个棒的激光器112的数目。

虽然二极管泵浦相对于闪光灯泵浦提供了显著提高的效率、寿命、以及降低的热负荷，但是二极管激光器泵浦阵列通常提供各向异性(不均匀)的照明。如图2所示，由于激光器端面处的光束的总体上椭圆的形状，来自二极管激光器的输出光束的发散是各向异性的，其中竖直平面内的发散角(θ_V)显著大于水平方向上的发散角(θ_H)。已经使用安装在二极管激光棒前面的小透镜阵列将竖直平面内的发散角减小到近似等于水平方向上的发散角的值，其中水平布置的小透镜阵列与每个水平激光棒相匹配。

尽管使用小透镜阵列使发散角匹配，但是在本领域需要用于均匀化二极管激光器泵浦阵列的光束的改进的方法和系统。

发明内容

本发明总体上涉及激光器系统。更具体地，本发明涉及一种用于均匀化二极管激光器阵列的输出的方法和系统。仅通过示例的方式，已经将该方法和装置应用于光学地耦合到二极管激光器阵列的衍射光热反射玻璃构件，以提供具有基本上均匀的强度分布的输出。另外，本发明的实施例提供了制造大的衍射均匀器的方法。将认识到本发明具有广泛得多的应用范围，并可以应用于其它激光器系统。

根据本发明的一个实施例，提供了一种光放大器系统。该光放大器系统包括二极管泵浦阵列，该二极管泵浦阵列包括多个半导体二极管激光棒，该多个半导体二极管激光棒被布置为阵列结构，并且以相邻半导体二极管激光棒之间的周期性距离为特征。该周期性距离是沿垂直于多个半导体二极管激光棒中的每个的第一方向测量的。该二极管泵浦阵列提供泵浦输出，该泵浦输出沿光路传播，并且以根据第一方向测量的并具有大于10％的变化的第一强度分布为特征。该光放大器系统还包括沿光路布置的衍射镜片。该衍射镜片包括光热折射玻璃构件。该光放大器系统还包括放大器板条(amplifier slab)，其具有沿着光路的输入面和位置并且与衍射镜片间隔预定距离。根据第一方向在放大器板条的输入面处测量的第二强度分布具有小于10％的变化。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种制造衍射均匀器的方法。该方法包括：提供部分透射光学元件，其上具有预定灰度强度图案；提供透明光学元件；以及导引UV辐射通过部分透射光学元件以入射到透明光学元件。该方法还包括使透明光学元件的预定部分在UV辐射下曝光，并且对透明光学元件进行热处理以产生衍射均匀器，该衍射均匀器的特征在于，根据透明光学元件内的位置而连续变化的衍射率分布。