[发明专利]具有周期性调制光栅相位的DBR激光二极管

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据美国35U.S.C.§120要求2011年11月9日提交的美国申请序列号13/292,479的优先权的权益，本申请的整体依赖该申请的内容且该申请的内容通过引用全部结合至此。

背景技术

本公开涉及以多波长发射为特征的激光二极管并且，更特别地，涉及分布布拉格反射(DBR)激光二极管，其中该激光二极管的波长选择性光栅同时在多个波长处产生反射。结果产生的激光输出光谱包含多个波长的信号。本公开还涉及将多波长激光二极管用作泵浦源，该泵浦源用于通过二次谐波(SHG)及和频(SFG)产生而实现频率向上变频，例如，可以应用于将IR泵浦转换成光谱的绿色部分中的发射。

发明概要

本公开的概念特别适应散斑减少合成激光源，例如，该激光源在光谱的绿色部分中发射，这是由于为了减少散斑，激光源优选地同时发射多个波长并且可以利用SHG、SFG或其他类型的具有多相位匹配转换峰的波长变换装置。本发明者已经意识到，当DBR泵浦激光在相对短脉冲区运作时，在激光器输出光谱中会同时产生所有实质上被该DBR激光器的波长选择性光栅反射的波长。因此，用于该泵浦激光器的理想光栅应当仅反射少数所期望的预定数目的泵浦波长，这些泵浦波长能够利用波长变换装置的可用的相位匹配峰通过SHG或SFG来实现频率向上变频。由于额外的泵浦波长不参与频率向上变频程序，其他泵浦波长处的激光发射可看作为寄生的，会降低该装置的总体效率。对于许多有用的投影表面，向上变频后的输出激光波长优选地被分开大约0.4nm或更大，以允许通过增加不相关的散斑图样来减少散斑。例如，如果两个泵浦IR波长λ1和λ2通过SHG及SFG产生三个绿色输出波长0.5λ1、0.5λ2以及0.5(λ1+λ2)，这两个泵浦波长应当被分开大于约1.6nm，以使三个绿色输出波长可以被分开大于约0.4nm。

首先参考图1，具有波长选择性输出的DBR激光二极管10的一般结构包括至少两个部分：具有波长选择性光栅的DBR部分12，以及增益部分14。通常，还提供相位部分16。图1还示意性地图示出了波长变换装置20。该波长变换装置20以多个相位匹配变换峰为特征，这些峰被设计成以SHG和SFG的形式实现DBR部分12的波长选择性光栅的反射峰的频率向上变频。激光器10及波长变换装置20共同形成频率向上变频合成激光源。在于此公开的DBR部分12的波长选择性光栅的细节之外，激光器10以及波长变换装置20的具体构建方法超出了本公开的范围，可以容易地从关于该主题的各种教义上获得。例如可以预见的是，在本公开的范围内，可以将具有3峰及5峰准相位匹配(QPM)波长响应的SHG装置与多峰光谱DBR部分一起使用。

通常，该激光器10的装置长度将受限。在实践中，典型地，装置长度的大部分被分配给激光器10的增益部分14，DBR部分12的长度通常限于大约700μm。本发明者意识到DBR部分12的光栅应当设计为在两个或三个期望的泵浦(IR)波长处呈现出高反射率，这些波长优选地被分开大于约1.6nm。进一步地，DBR部分12在其它波长处的反射率应当尽可能小以避免不使用的IR光导致的效率降低。在许多情况下，光栅的各个峰的反射率应当近似相等，以使泵浦激光器能够同时在很广的泵浦功率级范围内的所有期望波长处稳定运行。在一些实施例中，光栅的各个峰的反射率被调整为补偿激光器的增益光谱中存在的斜率。在一些包含具有3峰波长响应的DBR光栅的实施例中，中心峰的最佳幅度可小于两个外部峰的幅度，以便在结合一具有5峰QPM响应光谱的SHG装置时帮助最大限度地减少散斑。本发明者已经意识到，为了散斑减少的应用，DBR响应的三个峰的最佳比例范围是在大约2:1:2与大约1:1.5:1之间。