[发明专利]一种半导体激光bar条以及半导体外腔

说明书

本发明公开了一种半导体激光bar条以及半导体外腔，属于半导体激光阵列相干合束领域，半导体激光bar条包括：多个发光单元以及位于相邻发光单元之间的不发光区域；发光单元与高阶厄米高斯光束的波峰一一对应，不发光区域与高阶厄米高斯光束的节线一一对应，且各发光单元的宽度与其对应波峰两端零点之间的宽度相等，各不发光区域与其对应节线重合，各发光单元的宽度不相等，其中，高阶厄米高斯光束由半导体激光bar条和外腔相互作用产生。这种非均匀分布的半导体激光bar条支持高阶厄米高斯模式振荡，在腔内产生高阶厄米高斯模式时，引入的耦合损耗最低，每个发光单元的宽度和高阶厄米高斯模式相匹配，可提高耦合效率，进而提高相干合束的功率和稳定性。

技术领域

本发明属于半导体激光阵列相干合束领域，更具体地，涉及一种半导体激光bar条以及半导体外腔。

背景技术

半导体激光一直是激光研究的前沿热点。限制高功率半导体激光广泛应用的最大问题在于其光束质量较差。目前主要利用光谱合束技术提高高功率半导体激光亮度。这种方法使得半导体激光阵列的亮度有很大提高，然而，半导体激光再向更高功率推进的过程中，受到半导体增益带宽的限制，不能实现更大量的半导体激光合束。另外，光谱合束技术通常需要较为复杂的镀膜技术为基础，实现难度较大。

除了光谱合束技术外，半导体激光相干合束技术也具有较大提高半导体激光阵列整体亮度的能力和空间。传统技术中采用发光单元均匀分布的bar条，主要通过构建Talbot外腔结构实现被动相干合束，以在腔内构建周期结构的场分布。这个场分布的每个周期就会有一个放光单元内放大，而整体上又是一个具有确定相位关系的相干场分布。然而，基于Talbot成像技术的合束腔对于半导体激光功率和亮度有非常严重的限制：Talbot成像的耦合效率较弱，导致Talbot场的相位锁定能力有限，当工作电流较高时增益较大，单个发光单元内部存在自发辐射放大作用，自发辐射放大会导致发光单元内部产生寄生振荡，非相干寄生振荡会抑制相干振荡，从而使合束效率下降；半导体激光的随机相位和强度波动会破坏光场周期结构，导致自再现的Talbot像恶化，Talbot像恶化又会导致周期场进一步恶化，最终导致相干合束下降严重。利用Talbot像来实现相干合束就需要精确控制激光器阵列中每个发光单元的相位波动幅度，精度要求较高，效率相对较低，实现难度较大。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种半导体激光bar条以及半导体外腔，其目的在于设计非均匀分布的半导体激光bar条，当外腔内产生高阶厄米高斯模式时，引入的耦合损耗最低，每个发光单元的宽度和高阶厄米高斯模式相匹配，可提高耦合效率，进而提高相干合束的功率和稳定性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种半导体激光bar条，包括多个发光单元以及位于相邻发光单元之间的不发光区域；所述发光单元与高阶厄米高斯光束的波峰一一对应，所述不发光区域与所述高阶厄米高斯光束的节线一一对应，且各所述发光单元的宽度与其对应波峰两端零点之间的宽度相等，各所述不发光区域与其对应节线重合，各所述发光单元的宽度不相等，其中，所述高阶厄米高斯光束由所述半导体激光bar条和外腔相互作用产生。

更进一步地，所述发光单元包括脊形波导区域和锥形放大区域；所述锥形放大区域中截面较小一端连接所述脊形波导区域，截面较大一端的宽度与其对应波峰两端零点之间的宽度相等。

按照本发明的另一个方面，提供了一种半导体外腔，包括依次分布的半导体激光bar条、衍射光学元件和输出镜，所述半导体激光bar条为如上所述的半导体激光bar条；所述衍射光学元件用于实现高阶厄米模式振荡以生成高阶厄米高斯光束，所述输出镜用于耦合输出所述高阶厄米高斯光束。

更进一步地，所述半导体激光bar条中背离衍射光学元件的端面设置有增反膜，以提供激光反馈，另一端面设置有增透膜，以限制这两个端面之间的激光振荡。

更进一步地，还包括反射型体布拉格光栅，位于所述半导体激光bar条的另一侧，所述半导体激光bar条沿光路的两个端面均设置有增透膜。