[发明专利]一种用于LDA的外腔锁模波长合束装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种用于LDA(Laser Diode Array，半导体激光器列阵)的外腔锁模波长合束装置和方法。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、电光转换效率高等优点，目前已经在许多领域取得广泛的应用。半导体激光器单管的输出功率难以做大，通常只能输出十来瓦，为了提高其输出功率通常将多个半导体激光器制作在一起，做成半导体激光器列阵(Laser Diode Array，LDA)。大功率LDA的输出功率可以达到百瓦量级，但LDA的输出光束质量差，在快轴和慢轴两个方向的输出光束质量极不对称，快轴方向(垂直于PN结方向)为近衍射极限光束，但发散角很大，约为60度；慢轴方向(平行于PN结方向)的输出光束质量很差，比半导体激光器单管降低了几十倍，输出亮度比单管还低，而单管本身慢轴方向的输出光束质量就比快轴方向差好多倍(通常为十几倍)。输出光束质量差、不对称、亮度低等缺点严重限制了LDA的应用范围。大功率的LDA通常需要复杂而昂贵的光束整形技术来改善其光能分布，直接应用比较困难，通常只能用来做固体激光器或光纤激光器的泵浦源。

波长合束可以在光束质量不变的情况下，使输出功率和亮度成比例的增加，但波长合束是以牺牲光谱亮度为代价的，常规的半导体激光器单管光谱比较宽(约为3nm)，且中心波长会随工作电流、工作温度等的变化而变化，所以只能将有限的几个不同输出波长单管进行合束，对输出功率和亮度的提升有限。外腔锁模技术可以将半导体激光器的输出波长锁定在很窄的范围内(通常小于1nm)，且输出波长稳定，实现外腔锁模主要有两种方法，一种是采用体布拉格光栅进行外腔锁模，体布拉格光栅体积小，价格昂贵，且每种光栅只能锁定一个波长；一种是采用衍射光栅进行外腔锁模，衍射光栅成本低，且其锁定波长由衍射光栅性能和入射角共同决定，同一种衍射光栅入射角不同锁定波长也不同。外腔锁模与波长合束相结合可以实现高功率高亮度的半导体激光输出。目前有报道采用体光栅外腔锁模，结合空间合束、波长合束，可以得到几百W的功率输出，但造价非常昂贵，应用困难。

所以结合LDA和衍射光栅的优点，研制大功率、高光束质量、低成本的半导体激光光源具有重要的意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种LDA的外腔锁模波长合束装置和方法，主要解决LDA慢轴方向输出光束质量差、亮度低的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种利用衍射光栅选频特性和色散特性，对LDA的输出光束进行外腔锁模和波长合束的技术，使其输出光束质量基本等于单发光区的光束质量，但输出功率按发光区的个数成比例的增加。

(三)有益效果

本发明提供的这种本发明提供了一种LDA外腔锁模波长合束技术，该方案能够解决现有激光器尤其是半导体激光器列阵输出亮度低的问题，可以扩大激光器的应用范围，如将半导体激光器直接应用于激光加工、激光武器等领域，这不仅推动了激光领域的发展，同时也推进了相关行业的发展。

附图说明

图1是LD单管的输出光束示意图；

图2是LDA列阵的输出光束示意图；

图3是透射式衍射光栅示意图；

图4是反射式衍射光栅示意图；

图5是LDA外腔锁模整形技术的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提出的用于LDA的外腔锁模波长合束装置和方法，利用衍射光栅选频特性和色散特性，对LDA的输出光束进行外腔锁模和波长合束，使其输出光束质量基本等于单发光区的光束质量，但输出功率按发光区的个数成比例的增加。

根据本发明的用于LDA的外腔锁模波长合束装置主要包括LDA光源、整形镜组和衍射光栅三大部分。

LDA光源包含多个发光区，为激光器振荡提供足够的增益，保证大功率的激光输出。LDA光源的后腔面镀有高反膜，同时作为谐振腔的后腔面。图1为LD单管的输出光束示意图，垂直于PN结方向为快轴方向，平行于PN结方向为慢轴方向。快轴方向发散角大，但因为发光区很小(约为1微米)输出光束为近衍射极限光束。慢轴方向发光区大(通常为几十到几百微米)，输出光束质量差。