CN100379104C - 激光二极管阵列双反馈外腔激光器 - Google Patents

Abstract

一种激光二极管阵列双反馈外腔激光器，它将激光二极管阵列输出的光经过快轴准直后，在慢轴方向分两路传播，球面反射镜和色散元件构成的双反馈外腔对这两路光分别进行空间滤波和选模，所述的球面反射镜和色散元件构成一个共振腔。本发明提高了激光二极管阵列输出激光的光谱和空间特性，可实现高功率、窄线宽、高亮度的激光输出。

Description

激光二极管阵列双反馈外腔激光器

技术领域

本发明涉及外腔激光器，特别是一种激光二极管阵列双反馈外腔激光器，该激光器可以获得高功率、窄线宽、高亮度的激光输出。

背景技术

高功率激光二极管阵列由于其价格低廉，结构紧凑，易于操作得到了广泛的应用。但是由于激光二极管阵列的典型的线宽2-4nm，且光束质量也比较差，使诸多的应用受到限制。

采用外腔反馈来窄化谱线宽度，是一种有效的方法。各种外腔设计大多是针对单个小功率激光二极管[Opt.Lett.27，1995(2002)]，对高功率激光二极管阵列的外腔基本都采用色散元件(光栅)的反馈来实现[Opt.Lett.25，1352(2000)]。这种采用色散元件的单反馈，只能改善输出激光的光谱特性，而无法改善其空间特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种激光二极管阵列双反馈外腔激光器，以使激光二极管阵列激光器获得高功率、高亮度和窄线宽的激光输出。

本发明的技术解决方案如下：

一种激光二极管阵列双反馈外腔激光器，包括激光二极管阵列，其特征是在所述的激光二极管阵列的快轴方向设有快轴准直镜和会聚透镜，在所述的会聚透镜之后的上方是平凹透镜和光栅，下方为球面反射镜，该会聚透镜将向下传播的一路光会聚于球面反射镜的焦点，所述的会聚透镜和球面反射镜构成向下传播的一路光的反馈腔；所述的会聚透镜、平凹透镜和光栅构成了向上传播一路光的反馈腔，会聚透镜将向上传播的一路光会聚于平凹透镜的焦点上，经过平凹透镜后光束平行地耦合到光栅上，其中光栅的1阶衍射光提供给反馈，0阶衍射光用作激光输出，光栅反馈实现选模的功能。

所述的光栅是利特罗装置。

所述的快轴准直镜是焦距小于1mm的短焦距的柱面镜，或非球面镜。

所述的会聚透镜为双凸球面透镜。

本发明是利用球面反射镜和色散元件(光栅)构成的双反馈外腔，使激光二极管阵列实现高亮度，窄线宽的激光输出。

本发明的工作过程：

激光二极管阵列发出的光首先经过一快轴准直镜，对快轴方向进行准直。经过快轴准直后的光，分两路传播，向上传播的一路形成了上远场瓣，向下传播的一路形成了下远场瓣，会聚透镜和平凹透镜组成了一个准直光学系统，对向上传播的一路光进行准直，准直后的光耦合到光栅，光栅的一阶衍射沿原路返回提供反馈，光栅的零阶衍射作为激光输出。所述的会聚透镜将向下传播的光会聚到一个球面反射镜的焦点上，被球面反射镜沿原路返回，并注入激光二极管阵列被放大。这样就形成了球面反射镜和光栅构成的双反馈外腔。

本发明的技术效果：

与在先的单反馈外腔技术相比，可以同时提高高功率激光二极管阵列激光的空间特性和光谱特性。传统的技术只能实现其中一项的提高。或者是对单个小功率激光二极管同时实现好的空间和光谱特性。

利用球面反射镜作反馈镜，调节起来方便，简单。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

先请参阅图1，由图可见，本发明激光二极管阵列双反馈外腔激光器，包括一激光二极管阵列1，在所述的激光二极管阵列1的快轴方向设有快轴准直镜2和会聚透镜3，在所述的会聚透镜3之后的上方是平凹透镜4和光栅5，下方为球面反射镜6，所述的会聚透镜3和球面反射镜6构成向下传播的一路光的反馈腔，该会聚透镜3将向下传播的一路光会聚于球面反射镜6的焦点；所述的会聚透镜3、平凹透镜4和光栅5构成了向上传播一路光的反馈腔，会聚透镜3将向上播的一路光会聚于平凹透镜4的焦点上，经过平凹透镜4后光束平行地耦合到光栅5上，其中光栅5的1阶衍射光提供给反馈，0阶衍射光用作激光输出，光栅反馈实现选模的功能。

所述的光栅5是利特罗装置。所述的快轴准直镜2是焦距小于1mm的短焦距的柱面镜，或非球面镜。所述的会聚透镜3为双凸球面透镜。

本发明的实施例之一的具体参数如下：激光二极管阵列1的中心波长为808nm，发出的光首先经过一快轴准直镜2，对快轴方向进行准直。快轴准直镜2一般为短焦距(焦距小于1mm)的柱面镜，或非球面镜，将快轴方向(图中的y方向)的激光可以准直到衍射极限，大约为1度左右的发散角。经过快轴准直后的光，在慢轴方向(x方向)分两路传播，向上传播的一路形成了上远场瓣，如图中的a，c光线所示，向下传播的一路形成了下远场瓣，如图中的b，d光线所示。上、下光路与光轴的夹角为： ${\mathrm{\θ}}_m=\±\frac{\mathrm{m\λ}}{2D}$

其中：m＝N±1，N为阵列中的激光二极管的个数，此时的发射角为最优发射角，沿此方向反馈可得到最佳效果，其中D为单个发射面的全孔径，m为模阶数。会聚透镜3和球面反射镜6构成了向下传播的一路光的反馈腔，会聚透镜3将向下传播的一路光会聚于球面反射镜6的焦点。球面反射镜6将其沿原路返回，并注入激光二极管阵列1被放大。会聚透镜3、平凹透镜4以及光栅5构成了向上传播一路光的反馈腔，会聚透镜3将向上播的一路光会聚于平凹透镜4的焦点上，经过平凹透镜4后光束平行地耦合到光栅5上，光栅5是利特罗装置，槽沿y方向，光栅5的一阶衍射沿原路返回提供反馈，光栅5的零阶衍射作为激光输出，光栅5的反馈可以实现选模的功能。调整球面反射镜6和光栅5，使球面反射镜6单独反馈得到的远场单瓣和球面反射镜6和光栅5双反馈得到的单瓣输出相重合。这样，球面反射镜6和光栅5形成了一个共振腔选模。将会实现激光二极管阵列的窄线宽、高亮度输出。其中，快轴准直镜2、会聚透镜3、平凹透镜4镀有波长808nm的增透膜，而光栅5、球面反射镜6镀有波长808nm的增反膜。在双反馈外腔的工作中，其中向下传播的一路反馈腔将下瓣光返回，使激光二极管阵列只有单瓣输出，因此其空间发散角变小，亮度提高，同时向上传播的一路反馈中的光栅5对上瓣光进行了选模，使输出的谱线变窄了，这样就能得到高亮度，窄线宽的激光输出。

Claims (5)

1.一种激光二极管阵列双反馈外腔激光器，包括激光二极管阵列(1)，其特征是在所述的激光二极管阵列(1)的快轴方向设有快轴准直镜(2)和会聚透镜(3)，在所述的会聚透镜(3)之后的上方是平凹透镜(4)和光栅(5)，下方为球面反射镜(6)，所述的会聚透镜(3)和球面反射镜(6)构成向下传播的一路光的反馈腔，该会聚透镜(3)将向下传播的一路光会聚于球面反射镜(6)的焦点；所述的会聚透镜(3)、平凹透镜(4)和光栅(5)构成了向上传播一路光的反馈腔，会聚透镜(3)将向上传播的一路光会聚于平凹透镜(4)的焦点上，经过平凹透镜(4)后光束平行地耦合到光栅(5)上，其中光栅(5)的1阶衍射光提供给反馈，0阶衍射光用作激光输出，光栅反馈实现选模的功能。

2.根据权利要求1所述的激光二极管阵列双反馈外腔激光器，其特征是所述的光栅(5)是利特罗装置。

3.根据权利要求1所述的激光二极管阵列双反馈外腔激光器，其特征是所述的快轴准直镜(2)是焦距小于1mm的短焦距的柱面镜。

4.根据权利要求1所述的激光二极管阵列双反馈外腔激光器，其特征是所述的会聚透镜(3)为双凸球面透镜。

5.根据权利要求1至4任一项所述的激光二极管阵列双反馈外腔激光器，其特征是所述的快轴准直镜(2)、会聚透镜(3)和平凹透镜(4)镀有工作波长的增透膜，而所述的光栅(5)和球面反射镜(6)镀有工作波长的反射膜。

Images