[发明专利]多对具有各自分光镜阶梯排布单管合束半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种多对具有各自分光镜阶梯排布单管合束半导体激光器，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

随着半导体激光器技术的发展，单管半导体激光器的输出功率不断提高，例如，100微米条宽单管输出功率达24.6瓦，并且连续工作寿命长达数万小时。为了进一步大幅提高半导体激光器的输出功率，诞生了多单管合束技术，例如，1厘米bar激光阵列连续输出功率已超过千瓦。

现有技术以多单管合束方式提高半导体激光器输出功率，该方式将多个单管半导体激光器在空间上简单拼合，形成一维或者三维阵列，实现多束激光的空间合束，遗憾的是，该方案在提高功率的同时，却牺牲了光束质量，如输出光的单色性、模式以及光斑光强分布(功率密度、分布均匀度)等不尽如人意，难以满足工业、军事、科研等领域的特别要求。另外，参与合束的单管数量不能过多，波长也应该相同。

发明内容

为了在提高多单管合束半导体激光器输出功率的同时，提高光束质量，实现更多的、波长相同或者不同的单管半导体激光器的合束，我们发明了一种多对具有各自分光镜阶梯排布单管合束半导体激光器。

在本发明之多对具有各自分光镜阶梯排布单管合束半导体激光器中，配备有快慢轴准直镜的每个单管半导体激光器1均固定在热沉上，其特征在于，如图1、图2所示，所述热沉为两个相同的阶梯热沉2，在两个阶梯热沉2的每个台阶上均安装有一个单管半导体激光器1，并且，在两个阶梯热沉2高度相同台阶上的一对单管半导体激光器1发光方向相对且光轴重合，在每对单管半导体激光器1之间光路的中间都安置有一个分光镜3，分光镜3镜面与单管半导体激光器1输出光光轴呈45°角，分光镜3镜面与阶梯热沉2台阶平面垂直，各对单管半导体激光器1的光轴彼此平行；每对单管半导体激光器1波长相同，各对单管半导体激光器1波长相同或者不同；两个阶梯热沉2的各个台阶的阶高相同，并且，在该阶高下，上下相邻台阶上的单管半导体激光器1的输出光边缘交叠；在各个分光镜3同一方向反射光一侧设置共用反射腔镜4，如图3～5所示。

由所述方案可知，每只单管半导体激光器1的工作状态是，输出光由快慢轴准直镜整形为一束较粗的平行光，照射到分光镜3后一部分透射并进入与该只单管半导体激光器1成对的另一只单管半导体激光器1谐振腔中，如图1、图6所示，成为该谐振腔的一束种子光参与该谐振腔中光的谐振，在被该谐振腔的后腔面反射后出射，照射到分光镜3，此时依然有一部分光透射并返回原单管半导体激光器1谐振腔中，如图2、图7所示，这一过程相当于在由该对单管半导体激光器1各自的谐振腔及该对单管半导体激光器1之间的外谐振腔构成的复合谐振腔内完成一次谐振，这一方式的谐振能够使最终的合束输出光的单色性和模式大为改善；因光照方向不同，单管半导体激光器1的输出光被分光镜3反射的部分的光传播方向相反，如图6、图7所示，一个方向是合束输出光方向，另一个方向则是照射到共用反射腔镜4的方向；照射到共用反射腔镜4的光被反射后沿原光路回到分光镜3，之后再次被分光为透射部分和反射部分，透射部分沿合束输出光方向输出，反射部分则沿原反射光路进入一个单管半导体激光器1谐振腔中再次参与谐振，可见，对于所述的光的反射部分来说，外谐振腔相当于又延长了分光镜3与共用反射腔镜4的间距的长度。由于每对单管半导体激光器1在两个阶梯热沉2上阶梯排布，这使得它们的工作状态不同之处是在合束输出光方向上输出光的高度位置不同，由此合束为具有较大功率密度、功率分布均匀、光斑呈矩形形状的合束输出光。

将参与合束的多只单管半导体激光器1划分为具有各自分光镜的多对单管半导体激光器，并且，所述多对单管半导体激光器分布在阶梯热沉2不同的台阶上，这一技术措施使得本发明突破了现有空间合束和偏振对合束单元数量的限制，输出功率大幅提高，同时还获得一个附带效果，即单管合束半导体激光器的散热状况明显改善。

再有，由于各对单管半导体激光器1波长可以相同，还可以不同，因此，本发明既能够实现相同波长激光的合束，也能够实现不同波长激光的合束。

附图说明