[发明专利]一种半导体激光合束技术

说明书

本发明公开了一种半导体激光合束技术，在裸光纤的侧壁上，垂直于光纤光轴刻蚀与激光波长相当宽度的衍射光栅，裸光纤纵向放置于全反射槽内构成光纤耦合器，半导体激光器的快轴与裸光纤光轴同向，激光经衍射光栅耦合到裸光纤纤芯，从裸光纤的两端输出，若干个光纤耦合器首尾熔接构成光纤耦合链，若干个光纤耦合链并列且间隔与半导体激光器巴条上发光点间隔相等，半导体激光巴条叠阵的发光点对准光纤耦合器，所有光纤耦合链长度相等且所有输出端与一根光纤熔接，从一根光纤输出合束激光经准直获得高功率光束质量比的激光光束，大数量半导体激光器输出激光合束获得高功率光束质量比的激光光束。

技术领域

本发明涉及高功率激光技术，主要涉及一种半导体激光合束技术，尤其是涉及一种基于半导体激光在光纤包层上衍射的光纤耦合器，输出高的功率光束质量比，有利于准直成小束散角，且有效消除瞬时散斑的均匀光斑，可对大量半导体激光芯片、激光巴条、激光叠阵输出激光进行合束，高功率密度重复频率脉冲激光进行光束整形和光束指向稳定的合束技术。

背景技术

半导体激光器是目前电-光能量转换效率最高的已经工程化商用激光器件，现有的激光合束方法有空间合束、粗/细/密集波长合束、偏振合束、光纤集束/合束及其这些合束方法的组合，这些合束方法的光路要求严格，受空间尺寸、冷却热管理水平等因素限制，仅能进行有限数量的半导体激光器合束，合束激光能量有限。

目前半导体激光巴条叠阵合束的方法及其系统结构，设计理念为空间积木式，存在着热聚集，使能量密度梯度进一步加剧，导致寿命缩短，且大量集成后激光的功率光束质量比局限，无法满足远距离激光能量传输需求的小束散角，无法获得与固体激光器相比拟的激光功率密度。

瞬时散斑现象在激光远距离信息传输中，造成激光辐照区域内局部激光能量分布不均匀，导致误码，降低了激光空间通信的可靠性。

发明内容

本发明的目的是克服目前半导体激光器合束技术的局限，提高合束激光能量。

本发明要解决的第一个技术问题是，为半导体激光器输出椭圆形激光光斑耦合进入光纤，提供一种采用在裸光纤包层外表面垂直于光纤光轴刻蚀与波长相当的凹槽列，构成对辐照激光的衍射光栅的光纤耦合器，激光快轴与光纤耦合器纤芯光轴同向，半导体激光器发光面靠近光纤耦合器，激光经裸光纤包层外表面衍射光栅进入光纤耦合器的纤芯，从光纤耦合器的两端面输出，还可以采用在光纤侧壁镀膜构成衍射光栅，还可以采用在光纤裸光纤包层外表面靠近处安置衍射光栅进行耦合。

本发明要解决的第二个技术问题是，为提高激光耦合进入光纤的效率，提供一个全反射槽，光纤耦合器顺着全反射槽的纵向放置其中，半导体激光器发光面的非发光区均为全反射表面，全反射槽和全反射面构成全反射腔，全反射腔的全反射表面将穿过光纤耦合器的激光再次反射进入光纤耦合器，光纤耦合器和全反射腔构成一个激光耦合单元，同一激光器输出激光经过不同路径耦合进入光纤纤芯传输，在光纤耦合器的输出端，其光程随机分布，有效的缩短了激光的相干长度，减缓了远场光斑的瞬时散斑且均匀化，实现了对半导体激光光束整形，稳定了激光指向。

本发明要解决的第三个技术问题是，为提高所述激光耦合单元激光输出能量，提供一种由若干个激光耦合单元的光纤耦合器纤芯同向阵列排布，且所有相同长度的光纤耦合器的两个输出端首尾并列与一根光纤熔接合束，构成激光耦合组件，半导体激光巴条的发光点对齐并靠近光纤耦合器，所有输出激光的快轴与光纤耦合器纤芯光轴同轴，对于脉冲激光将输出两个与光纤耦合器位置有关的时序关联激光脉冲。