[发明专利]一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法与装置

说明书

本发明公开了一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法，该方法为：各激光单元发射的各单元光束经过整形后以相同的立体角入射到圆形光栅的中心位置处，各单元光束轴心与圆形光栅中心重合，圆形光栅将各单元光束进行同轴合束，合束后的单元光束经过耦合镜后输出，实现多路同频激光同轴合束；本发明还公开了一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的装置，包括若干个在同一立体角分布的激光单元、圆形光栅和耦合镜；本发明提供的一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法与装置，可以实现多路同频单元激光同轴合束，可以应用于对激光要求功率高且线宽必须窄的领域；在输出功率大幅提高的同时确保良好的整体合束质量。

技术领域

本发明涉及一种通过功率合成提高激光功率的方法与装置，具体的说，涉及一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法与装置，属于半导体激光或其它激光技术领域。

背景技术

半导体激光器是近五十年来发展快、成果多、科学渗透广的一种电光转换器件，并以其转换效率高、寿命长、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制及易与其他器件集成等特点，广泛应用于光通信、光存储和激光打印等信息领域。尤其是在美国SHEDS、ADHEL和德国BRIOLAS等项目支持下，芯片结构、外延生长和器件封装等技术均获得显著提高，半导体激光单元器件性能实现了重大突破，这使得半导体激光器在医疗、工业和国防领域的应用更加广泛。但是，半导体激光器单元输出功率小、光束质量差等缺点也随之凸显。因此，如何获得高功率和高光束质量的半导体激光输出已经成为国际上亟待解决的重大科学与技术问题。美、德等发达国家已经该问题列入国家重大科技攻关计划。目前，光谱合束技术被认为是一种提高半导体激光器输出功率和光束质量的有效途径。

在实现方法上，光谱合束分为腔外合束与腔内合束两种结构，二者的主要区别是各个单元波长的锁定方式不同；如图1腔外合束结构示意图所示，各个单元激光的波长在合束前已经被锁定在不同的波长上，然后不同波长的光束以不同的角度入射到光栅上，以相同的衍射角度出射，从而对各个单元光束实现同轴合束，衍射光栅设在激光腔外；如图2腔内合束结构示意图所示，衍射光栅在激光腔内，各个激光单元共用一块具有一定反射率的输出耦合镜，在输出耦合镜与光栅的共同作用下，各个单元激光锁定在不同的波长上。

比较以上两种光谱合束结构可知，与腔外合束结构相比，腔内合束结构中的每一个单元光束波长与入射角度在输出耦合镜的反馈作用下自适应匹配，合束质量更稳定。因此，目前光谱合束研究多采用腔内合束方案。

另外，值得注意的是在目前普遍采用的光谱合束方案中，单元激光的频率互不相等，合束后激光功率得到提高但它是一束多频光束。也就是说上述方案无法实现同频单元激光合束，这在要求激光功率高且线宽必须窄的领域难以应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法与装置，可以实现多路同频单元激光同轴合束，可以应用于对激光要求功率高且线宽必须窄的领域；在输出功率大幅提高的同时确保良好的整体合束质量。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法，该方法为：各激光单元发射的各单元光束经过整形后以相同的立体角入射到圆形光栅的中心位置处，各单元光束轴心与圆形光栅中心重合，圆形光栅将各单元光束进行同轴合束，合束后的单元光束经过耦合镜后输出，实现多路同频激光合束。

一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的装置，包括若干个在同一立体角分布的激光单元、圆形光栅和耦合镜；激光单元发射的单元光束依次经过圆形光栅、耦合镜后输出。

进一步地，所述激光单元所在的平面与圆形光栅的入射面平行设置，各激光单元发射出的各单元光束以相同的立体角入射到圆形光栅的中心位置处，各单元光束轴心与圆形光栅中心重合。

进一步地，所述激光单元发射的单元光束需整形为薄而宽的线状光束，并非圆形或方形光束；单元光束宽的方向沿圆形光栅刻线的径向。