CN109193342B - 一种半导体激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体激光器，包括一个或多个半导体芯片(1‑1)，每个所述半导体芯片(1‑1)的发光单元(1‑11)的增益区(1‑11A)的沿慢轴方向的长度为1mm～10cm；激光谐振腔，用于调整所述发光单元(1‑11)发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，使所述发光单元(1‑11)的增益区(1‑11A)在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配；快轴准直元件(FAC)，设置在所述激光谐振腔内，用于对所述发光单元(1‑11)发射的激光在快轴方向准直。本发明实施方式提供的半导体激光器，一方面能够提高增益区高功率的输出能力，另一方面又改善了光束质量，可实现M2<2的高光束质量输出。

Description

一种半导体激光器
技术领域
本发明涉及激光装置技术领域，尤其是涉及一种半导体激光器。
背景技术
半导体激光器是以半导体材料作为增益介质，利用电子在能级间跃迁发光，直接以半导体晶体解理面形成的平行反射镜构成谐振腔，在电注入下形成光振荡反馈，产生光的辐射放大，实现激光输出。它是目前转换效率最高(电转光效率可达70％)，波长范围最宽、适应性和可靠性最强、批量化生产费用最低的激光器。但是，由于半导体激光器的谐振腔的尺寸较小(通常是毫米级腔长、微米级腔面)，激光腔内及出光口功率密度高(MW/cm2量级)、增益介质区极短等限制，导致单个半导体发光单元的输出功率比较小，很难直接输出百瓦及以上功率。并且现有的半导体激光器在慢轴方向的光束质量差(例如，10W级百um条宽半导体激光单元慢轴的光束质量M2～10)，因此，如何获得具有高功率、高光束质量和高功率密度的半导体激光输出已成为国际激光领域的重大瓶颈技术。
在单元技术方面，目前所采用的大功率半导体激光器件主要为出光方向平行于外延层的边发射结构器件。根据单芯片集成的单元数量，可分为激光单管(发光单元)、线阵(巴条)。激光单管为单个激光单元，可实现几瓦至数十瓦功率输出，其x方向发光区为几十到数百微米，发散角一般为6°～15°，称为慢轴方向，而y方向发光区仅为1～5μm，发散角高达20°～55°，称为快轴方向。激光线阵为多个激光单元在x方向上集成，可输出数百瓦功率，一般为宽度10mm的线阵，CW运转的填充因子一般在20～30％，QCW运转的填充因子一般在50～80％。原理上讲，线阵的光束质量并不能得到改善，且其光束质量会劣于激光单管。
在集成技术方面，激光合束是将多个激光单管合成一束，是提高功率的有效手段，包括空间合束、时序合束、偏振合束、光谱合束等。半导体列阵是最早采用的合束方法，它是将多个半导体线阵空间合束，在快轴方向上进行叠加，虽然可获得千瓦以上功率，但是光束质量恶化更加严重，光束质量劣于单个线阵及激光单管。1999年，麻省理工大学Lincoln实验室Tso Yee Fan等人首次提出采用光栅外腔的方法对半导体激光阵列实行光谱合束，该方法受到极大地重视和关注。它可以使巴条在慢轴方向合束后的光束质量和一个激光单管相当。然而光谱合束依然无法改善激光单管的激光光束质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体激光器，将半导体激光器增益区模块的增益区慢轴方向总长度设置为1mm～10cm，同时设置有激光谐振腔，调整发光单元发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，做到发光单元的增益区在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配，一方面能够提高增益区高功率的输出能力，另一方面提高了光束质量。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种半导体激光器，包括：一个或多个半导体芯片，每个半导体芯片的发光单元的增益区沿慢轴方向的总长度为1mm～10cm；激光谐振腔，用于调整发光单元发射出的半导体激光使其形成谐振，使发光单元的增益区在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配；快轴准直元件，设置在激光谐振腔内，用于对发光单元发射的激光在快轴方向准直。
进一步地，发光单元的增益区在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配为：单个发光单元发出的光沿慢轴的长度与基模光斑直径2ω0在增益区慢轴方向的投影值的比值为1～4。
进一步地，快轴准直元件设置在发光单元的前端面的前方距离fFAC处；所述发光单元发出的激光沿所述增益区快轴方向的焦距为fFAC，沿增益区慢轴方向的焦距为∞。
进一步地，快轴准直元件为短焦距柱面镜，沿快轴方向的焦距为0.3～1.5mm。
进一步地，半导体芯片的发光单元脊条宽为1～2mm；激光谐振腔在慢轴方向为稳定腔。
进一步地，激光谐振腔包括第一腔镜和第一输出耦合镜；第一腔镜用于将入射到其表面上的激光反射至半导体芯片，并经第一输出耦合镜输出。
进一步地，第一腔镜为凹面镜，其凹面朝向发光单元。
进一步地，半导体芯片包括M个发光单元，M≥2，M个发光单元沿慢轴方向串联。
进一步地，M个发光单元之间等距离排列。
进一步地，激光谐振腔还包括屋脊棱镜，屋脊棱镜设置在快轴准直元件之前，用于将所述激光谐振腔内的激光反射至增益区，并经第一输出耦合镜输出。
进一步地，屋脊棱镜为M-1个。
进一步地，第一腔镜的凹面镀有对于输出激光波长高反射率膜，第一输出耦合镜镀有对于输出激光波长部分透射膜，其透过率高于40％；半导体芯片的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜，快轴准直元件的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
进一步地，半导体芯片的发光单元脊条宽为2～5mm；激光谐振腔在慢轴方向为非稳定腔。
进一步地，激光谐振腔包括第二腔镜、第三腔镜和第二输出耦合镜；第二腔镜，用于将入射到其表面上的激光反射至所述半导体芯片；第二输出耦合镜的中心设置有空洞，第二输出耦合镜对入射到其表面上激光反射并输出；且发光单元发出的激光通过第二输出耦合镜中心空洞并经第三腔镜反射后在第二输出耦合镜的中心空洞的附近聚焦形成焦点；第三腔镜，用于将穿过空洞的激光反射至半导体芯片。
进一步地，第二腔镜为凹面镜，其凹面朝向发光单元，设置在快轴准直元件(FAC)之前；第三腔镜设置在快轴准直元件之前，与激光谐振腔内的光路之间具有一定角度α；第三腔镜为凹面镜，设置在第二输出耦合镜之前。
进一步地，发光单元包括M个，M≥2，M个发光单元沿慢轴方向串联。
进一步地，M个发光单元之间等距离排列。
进一步地，激光谐振腔还包括屋脊棱镜，设置在所述快轴准直元件之前，用于使激光谐振腔内的激光反射至增益区，并经第二输出耦合镜输出。
进一步地，屋脊棱镜为M-1个。
进一步地，第二腔镜和第三腔镜的凹面镀有高反射率膜；第二输出耦合镜镀对于激光(90-α)角度的高反射膜；半导体芯片的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜，快轴准直元件的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
进一步地，多个半导体芯片沿快轴方向上垂直排列，沿慢轴方向相互平行。
进一步地，多个半导体芯片之间等距离排列。
进一步地，多个半导体芯片的发光单元脊条宽为1～2mm；激光谐振腔在慢轴方向为稳定腔。
进一步地，激光谐振腔包括第四腔镜和第三输出耦合镜；第四腔镜，用于将入射到其表面上的激光反射至半导体芯片的后端面，并经第三输出耦合镜输出。
进一步地，第四腔镜为凹面镜，其凹面朝向发光单元。
进一步地，半导体芯片包括M个发光单元，M≥2，M个发光单元沿慢轴方向串联。
进一步地，M个发光单元之间等距离排列。
进一步地，激光谐振腔还包括屋脊棱镜，设置在快轴准直元件之前，用于使M个发光单元发出的激光反射至所述增益区，并经第三输出耦合镜输出。
进一步地，屋脊棱镜为M-1个。
进一步地，第四腔镜的凹面镀有对于输出激光波长高反射率膜；第三输出耦合镜镀有对于输出激光波长部分透射膜，其透过率高于40％；半导体芯片的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜，快轴准直元件的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
进一步地，多个半导体芯片中每个半导体芯片的发光单元脊条宽为2～5mm；激光谐振腔在慢轴方向为非稳定腔。
进一步地，激光谐振腔包括第五腔镜、第六腔镜和第四输出耦合镜；第五腔镜，用于将入射到其表面上的激光反射至半导体芯片，并经第四输出耦合镜输出；第四输出耦合镜的中心设置有空洞，第四输出耦合镜对入射到其表面上激光反射并输出；且发光单元发出的激光通过第四输出耦合镜中心空洞并经第六腔镜反射后在第四输出耦合镜的中心空洞的附近内聚焦形成焦点；第六腔镜，用于将穿过空洞的激光反射至半导体芯片。
进一步地，第五腔镜为凹面镜，其凹面朝向发光单元设置在快轴准直元件之前；第四输出耦合镜设置在快轴准直元件之前，与激光谐振腔内的光路之间具有一定角度α；第六腔镜为凹面镜，设置在第二输出耦合镜之前。
进一步地，发光单元包括M个，M≥2，M个发光单元沿慢轴方向串联。
进一步地，M个发光单元之间等距离排列。
进一步地，激光谐振腔还包括屋脊棱镜，设置在快轴准直元件之前，用于使M个发光单元发出的激光反射至增益区，并经第四输出耦合镜输出。
进一步地，屋脊棱镜为M-1个。
进一步地，M-1个屋脊棱镜设置在快轴准直元件之后。
进一步地，第五腔镜和第六腔镜的凹面镀有高反射率膜；第四输出耦合镜镀对于激光(90-α)角度的高反射膜；半导体芯片的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜，快轴准直元件的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
进一步地，激光谐振腔还用于调整多个半导体芯片发出的激光使其在快轴方向进行光谱合成。
进一步地，激光谐振腔还包括柱面变换透镜和衍射光学元件；柱面变换透镜在快轴方向设有一定焦距f，在慢轴方向焦距为∞；增益区和衍射光学元件分别设置在柱面变换透镜的两个焦点上。
进一步地，还包括热沉，热沉设置在半导体芯片之下，用于为其散热。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明实施方式提供的半导体激光器，将半导体激光器增益区模块的增益区沿慢轴方向的长度设置为1mm～10cm，同时设置有激光谐振腔，调整发光单元发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，使发光单元的增益区在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配，一方面能够提高增益区高功率的输出能力，另一方面又改善了光束质量，可实现M2<2的高光束质量输出。
(2)本发明实施方式提供的半导体激光器，沿快轴方向设置有N个芯片，通过激光谐振腔将N个芯片发出的激光在快轴方向进行光谱合束，能够提高半导体激光器的输出功率，与1个芯片的半导体激光器相比，具有N个芯片的半导体激光器的输出功率可提高N倍。
附图说明
图1本发明一实施方式提供的半导体激光器的基模模式半径ω0随激光谐振腔长Lcav的变化曲线；
图2a是根据本发明第一实施方式提供的半导体激光器俯视图；
图2b是根据本发明第一实施方式提供的半导体激光器侧视图；
图2c是根据本发明第一实施方式提供的半导体激光器前视图；
图3a是根据本发明第二实施方式提供的半导体激光器俯视图；
图3b是根据本发明第二实施方式提供的半导体激光器侧视图；
图3c是根据本发明第二实施方式提供的半导体激光器前视图；
图4a是根据本发明第三实施方式提供的半导体激光器俯视图；
图4b是根据本发明第三实施方式提供的半导体激光器侧视图；
图4c是根据本发明第三实施方式提供的半导体激光器前视图；
图4d是根据本发明第三实施方式提供的半导体激光器内激光的振荡路径示意图；
图4e是根据本发明第三实施方式提供的半导体激光器所输出的激光形状示意图；
图5a是根据本发明第四实施方式提供的半导体激光器俯视图；
图5b是根据本发明第四实施方式提供的半导体激光器内激光的振荡路径示意图；
图6a是根据本发明第五实施方式提供的半导体激光器俯视图；
图6b是根据本发明第五实施方式提供的半导体激光器侧视图；
图7a是根据本发明第六实施方式提供的半导体激光器俯视图；
图7b是根据本发明第六实施方式提供的半导体激光器侧视图；
图8a是根据本发明第七实施方式提供的半导体激光器俯视图；
图8b是根据本发明第七实施方式提供的半导体激光器侧视图；
图9a是根据本发明第八实施方式提供的半导体激光器俯视图；
图9b是根据本发明第八实施方式提供的半导体激光器侧视图。
附图标记：
1：半导体增益模块；1-1：半导体芯片；1-11：发光单元；1-11A:增益区；1-11A a：激光束截面；2：第一腔镜；3：第一输出耦合镜；4：屋脊棱镜；5：第二腔镜；6：第三腔镜；7：第二输出耦合镜；8：第四腔镜；9：第三输出耦合镜；10：第五腔镜；11：第六腔镜；12：第四输出耦合镜；13：热沉；FAC:快轴准直元件；F:柱面变换透镜；F’：短焦柱面变换透镜；DOE:衍射光学元件。
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了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在半导体激光器领域中，技术人员普遍都认为以下观点：
半导体激光器的慢轴方向光束质量很差，M2约数十，该光束质量对应的增益区慢轴长度为百um至mm量级；如果将增益区的慢轴方向长度增大，会导致光束的质量变得很差，所产生的激光无法应用。因此，在半导体激光器领域中，在光束质量能够使用的范围内，沿着慢轴方向增益区长度最长约为0.5mm。按照边发射半导体的原理来讲，一般来讲，发光单元的脊条越宽，其慢轴方向的光束质量越不好。显然，在现有技术中在增加了增益区慢轴长度的同时，无法实现M2<2的高光束质量输出。
基于上述原因，从未有人尝试增大增益区慢轴方向的尺寸。正是由于上述的技术偏见，使得现有技术中半导体激光器在结构上无法突破，无法进一步提高光束质量。
申请人在研究中发现，全固态激光器领域中，泵浦光斑大小与谐振腔的基模模式大小匹配，可获得近衍射极限的高光束质量激光。因此，本申请利将固态激光器这一特征，应用到半导体激光器上，能够显著的改善半导体激光器输出的激光质量。
图1是本发明一实施方式提供的半导体激光器的基模模式半径ω0随激光谐振腔长Lcav的变化曲线。
本申请参考了在W.克希耐尔著，孙文等翻译的《固体激光工程》一书中介绍的如何计算得到基模模式半径。采用ABCD矩阵方法计算了谐振腔稳腔的基模模式，以输出激光波长为808nm为例，得到了基模模式半径ω0随谐振腔长Lcav变化曲线(参见图1)。可以得出结论，激光谐振腔长Lcav的腔长越长基模半径ω0越大，其光束质量会越好。
由此可见，在研究的过程中，申请人发现，边发射半导体激光器慢轴光束质量差的根本原因在于，激光谐振腔长(Lcav)短，导致基模模式(半径ω0)小，发光单元发出的光的尺寸(Lactiv)远大于基模模式，从而光束质量差一般来说，对于常用的LD(Laser Diode)芯片即半导体激光芯片来讲，激光谐振腔长与增益区在z方向长度一致。
因此，申请人基于研究分析能够得出结论：当每个半导体芯片的发光单元的增益区沿慢轴方向的总长度为1mm～10cm；调整发光单元的增益区在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配时，半导体激光器的输出激光质量会很好。具体地,发光单元的增益区在慢轴方向的尺寸与基膜光斑ω0相匹配是指：增益区在慢轴方向的尺寸，与基膜光斑ω0的尺寸相近。
当每个半导体芯片的发光单元的增益区沿慢轴方向的总长度为1mm～10cm时，若单个发光单元发出的激光沿慢轴方向的长度与增益区端面的基模直径(基模直径在增益区慢轴方向的投影值)的比值为1，其光束质量M2约为1，若单个发光单元发出的激光沿慢轴方向的长度与增益区端面的基模直径(基模直径在增益区慢轴方向的投影值)的比值为4，其光束质量M2约为2。因此，单个发光单元发出的光沿慢轴的长度与基模光斑直径2ω0在增益区慢轴方向的投影值的比值为1～4时，半导体激光器的光束质量M2<2。
基于以上发现，本申请采用固体激光设计思路对半导体激光器进行设计，可以获得高功率、高光束质量的半导体激光，使快轴和慢轴两个方向的光束质量均控制在M2<2。以下将以多个实施方式的形式详细说明本发明提供的半导体激光器。
为更清楚本发明提供的多个实施方式中半导体激光器的结构，下表1给出了本发明每个实施例对关键技术因素的覆盖情况。
表1
实施例 芯片数(快轴) 发光单元数(慢轴) 腔型
一(图2) 单芯片 单发光区 稳腔
二(图3) 单芯片 M发光区 稳腔
三(图4) 单芯片 单发光区 非稳腔
四(图5) 单芯片 M发光区 非稳腔
五(图6) N芯片 单发光区 稳腔
六(图7) N芯片 M发光区 稳腔
七(图8) N芯片 单发光区 非稳腔
八(图9) N芯片 M发光区 非稳腔
实施例一
图2a是根据本发明第一实施方式提供的半导体激光器俯视图；图2b是根据本发明第一实施方式提供的半导体激光器侧视图；图2c是根据本发明第一实施方式提供的半导体激光器前视图。
如图2a、图2b和图2c所示，其中x轴表示慢轴方向，y轴表示快轴方向，z轴表示三维空间的另一方向。本发明的半导体芯片以LD芯片为例进行说明。
该半导体激光器包括半导体增益模块1，该半导体增益模块1包括半导体芯片1-1，该半导体芯片1-1包括发光单元1-11、前端面和后端面，本实施方式中以沿着z轴的正向为前，以z轴反向为后。在图2a中，前端面为靠近快轴准直元件FAC那一侧，后端面则为与快轴准直元件FAC距离稍远的另一侧。
发光单元由上至下包括电极1-11B、光波导区1-11C和增益区1-11A。其中，增益区沿慢轴方向的长度为1mm～10cm。其中，增益区1-11A的中线为激光束截面1-11Aa。
需要说明的是，对于一个发光单元的增益区长度为1mm～10cm，对于M个发光单元，M个增益区在光路中是串联，每个发光单元的增益区沿慢轴方向长度之和为1mm～10cm。
半导体激光器还包括激光谐振腔，用于调整发光单元1-11发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，使发光单元1-11的增益区1-11A在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配，进一步使得在半导体芯片1-1上形成与增益区匹配的大模场分布。
在一个优选的实施方式中，发光单元1-11的增益区1-11A在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配为：单个发光单元1-11的发出的光沿慢轴的长度与基模光斑直径2ω0在增益区1-11A慢轴方向的投影值的比值为1～4。
半导体激光器还包括快轴准直元件FAC，设置在发光单元1-11的前端面的前方一定距离fFAC处，用于对发光单元1-11发射的激光在快轴方向准直。
进一步地，快轴准直元件FAC为短焦距柱面镜，设置在激光谐振腔内，在增益区1-11A的前端，沿增益区1-11A快轴方向聚焦，焦距fFAC为0.3～1.5mm，沿增益区1-11A的慢轴方向的焦距为∞。也就是说，在快轴方向，发光单元1-11设置在快轴准直元件的焦点上，便于对发光单元1-11发出的光准直。
具体地，上述半导体增益模块1包括1个半导体芯片1-1，该半导体芯片1-1包括1个发光单元1-11，其脊条宽为1～2mm。激光谐振腔在慢轴方向为稳定腔。
进一步具体地，激光谐振腔包括第一腔镜2和第一输出耦合镜3。
第一腔镜2为凹面镜，其凹面朝向发光单元1-11，其曲率半径为R；第一腔镜2将入射到其表面的激光反射至半导体芯片的发光单元，并经第一输出耦合镜3输出。其中，入射到其表面的激光包括发光单元发射的激光或反射至第一腔镜表面的激光。
优选的，半导体芯片1-1的前端面镀有高透射率的膜，其后端面镀有高反射率的膜。第一腔镜2的凹面镀有高反射率膜，第一输出耦合镜3镀有部分透射膜，其透过率高于40％，快轴准直元件FAC的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
进一步具体地，上述半导体激光器还包括热沉13，热沉13设置在半导体芯片1-1之下，用于为其散热。
需要说明的是，一般情况下，本发明上述实施方式提供的稳腔半导体激光器中，发光单元的脊条宽为1mm的输出功率，与脊条宽0.5mm的半导体激光器相比可提高至2倍。发光单元的脊条宽为2mm的输出功率与脊条宽0.5mm相比可提高至4倍。
还需要说明的是，发光单元发出的光在慢轴方向的长度与脊条宽比值为x,(考虑到x与电流，芯片自身等因素有关，一般约为1.2-1.8，本发明按照1.4进行估算)。
另外，为使能够显示腔内光振荡的侧视图不累赘，在往返过程中每次的FAC镜没有完全加入，仅为示意图。
从图1中可以看出，当外腔长为500mm时，光斑半径ω0为0.36mm，则基模光斑直径2ω0为0.72mm。如果单个发光单元发出的光在慢轴方向的长度与基模光斑直径2ω0在芯片上的投影值比值为1～4，那么，按照经验来讲，单个发光单元在慢轴方向发出的光的长度如果为0.72x2≈2.8，则光束质量M2约为2，其对应的脊条宽为2.8/x＝2.8/1.4＝2mm。
本发明第一实施方式提供的半导体激光器，将半导体激光器的增益区沿慢轴方向的长度设置为1mm～10cm，同时设置有激光谐振腔，调整发光单元发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，做到慢轴方向的基模光斑半径ω0与发光单元的增益区在慢轴方向的长度相匹配，一方面能够提高增益区高功率的输出能力，另一方面又改善了光束质量，可实现M2<2的高光束质量输出。
实施例二
图3a是根据本发明第二实施方式提供的半导体激光器俯视图；图3b是根据本发明第二实施方式提供的半导体激光器侧视图；图3c是根据本发明第二实施方式提供的半导体激光器前视图。
如图3a、图3b和图3c所示，其中x轴表示慢轴方向，y轴表示快轴方向，z轴表示三维空间的另一方向，本实施方式中以沿着z轴的正向为前，以z轴反向为后。在图2a中，前端面为靠近快轴准直元件FAC那一侧，后端面则为与快轴准直元件FAC距离稍远的另一侧。
该半导体激光器包括半导体增益模块1，该半导体增益模块1包括1个半导体芯片1-1。半导体芯片1-1包括M个发光单元1-11、前端面和后端面；其中,前端面到后端面的距离为2～4mm。每个发光单元1-11由上至下包括电极1-11B、光波导区1-11C和增益区1-11A。其中，M个发光单元1-11的增益区沿慢轴方向的总长度为1mm～10cm。
半导体激光器还包括激光谐振腔，用于调整发光单元1-11发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，使发光单元1-11的增益区1-11A在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配，进一步使得在半导体芯片1-1上形成与增益区匹配的大模场分布。
在一个优选的实施方式中，发光单元1-11的增益区1-11A在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配为：单个发光单元1-11发出的光沿慢轴的长度与基模光斑直径2ω0在增益区1-11A慢轴方向的投影值的比值为1～4。
半导体激光器还包括快轴准直元件FAC，设置在激光谐振腔内，用于对发光单元1-11发射的激光在快轴方向准直。
进一步地，快轴准直元件FAC为短焦距柱面镜，设置在发光单元1-11的前端面距离fFAC处，在增益区1-11A的前端，沿增益区1-11A快轴方向的焦距fFAC为0.3～1.5mm，沿增益区1-11A的慢轴方向的焦距为∞。
具体地，上述半导体增益模块1包括1个半导体芯片1-1，该半导体芯片1-1包括M个发光单元1-11，其脊条宽为1～2mm。其中，M≥2，M个发光单元1-11沿慢轴方向串联，优选为M个发光单元之间等距离排列。
进一步具体地，激光谐振腔在慢轴方向为稳定腔，激光谐振腔包括第一腔镜2和第一输出耦合镜3和屋脊棱镜4。
第一腔镜2为凹面镜，其凹面朝向发光单元1-11，其曲率半径为R。
发光单元1-11发射的激光发射至该第一腔镜2，并经过第一腔镜2反射至半导体芯片1-1的后端面，并经第一输出耦合镜3输出。
屋脊棱镜4设置在快轴准直元件FAC之前，用于使M个发光单元1-11发出的激光反射至增益区1-11A，直至经第一输出耦合镜3输出。
优选的，屋脊棱镜为M-1个。屋脊棱镜4的作用即为使激光折返回至芯片，若使用其他具有类似功能的光学元件实现相同功能，也可以代替屋脊棱镜。
进一步具体地，上述半导体激光器还包括热沉13，热沉13设置在半导体芯片1-1之下，用于为其散热。
在一个例子中，第一腔镜2的靠近快轴准直元件FAC的一侧镀有高反射率膜，第一输出耦合镜3镀有部分透射膜，其透过率高于40％；半导体芯片1-1的前端面镀有高透射率的膜，后端面镀有高反射率的膜，快轴准直元件(FAC)的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
本发明第二实施方式提供的半导体激光器，具有如下的优点：
(1)本发明第二实施方式提供的半导体激光器，将半导体激光器增益区沿慢轴方向的总长度设置为1mm～10cm，同时设置有激光谐振腔，调整发光单元发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，做到慢轴方向的基模光斑尺寸与发光单元的增益区沿慢轴方向的长度相匹配，一方面能够提高增益区高功率的输出能力，另一方面改善了光束质量，可实现M2<2的高光束质量输出。
(2)上述实施方式提供的半导体激光器，在一个半导体芯片上设置有M个发光单元，与一个半导体芯片上设置有1个发光单元的半导体激光器相比，原则上，其输出功率可提高M倍。
实施例三
图4a是根据本发明第三实施方式提供的半导体激光器俯视图；图4b是根据本发明第三实施方式提供的半导体激光器侧视图；图4c是根据本发明第三实施方式提供的半导体激光器前视图。
如图4a和图4b所示，其中x轴表示慢轴方向，y轴表示快轴方向，z轴表示三维空间的另一方向。
该半导体激光器包括半导体增益模块1，该半导体增益模块1包括1个半导体芯片1-1。半导体芯片1-1包括1个发光单元1-11、前端面和后端面。发光单元1-11由上至下包括电极1-11B、光波导区1-11C和增益区1-11A。其中，增益区沿慢轴方向的长度为1mm～10cm。其中，增益区1-11A的中线为激光束截面1-11Aa。
半导体激光器还包括激光谐振腔，用于调整发光单元1-11发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，使发光单元1-11的增益区1-11A在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配，进一步使得在半导体芯片1-1上形成与增益区匹配的大模场分布。
在一个优选的实施方式中，发光单元1-11的增益区1-11A在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配为：单个发光单元1-11发出的光沿慢轴的长度与基模光斑直径2ω0在增益区1-11A慢轴方向的投影值的比值为1～4。
半导体激光器还包括快轴准直元件FAC，设置在激光谐振腔内，用于对发光单元1-11发射的激光在快轴方向准直。
进一步地，快轴准直元件FAC设置在发光单元1-11的前端面的前方距离fFac处，快轴准直元件FAC发出的激光沿增益区1-11A快轴方向聚焦，沿增益区1-11A快轴方向的焦距为fFac，沿增益区1-11A慢轴方向的焦距为∞。
进一步地，快轴准直元件FAC为短焦距柱面镜，沿快轴方向的焦距为0.3～1.5mm。
具体地，上述半导体增益模块1包括1个半导体芯片1-1，该半导体芯片1-1包括1个发光单元1-11，其脊条宽为2～5mm。
进一步具体地，激光谐振腔在慢轴方向为非稳定腔，激光谐振腔包括第二腔镜5、第三腔镜6和第二输出耦合镜7。
具体地，第二腔镜5，用于将入射到其表面上的激光反射至半导体芯片1-1；第二输出耦合镜7的中心设置有空洞，第二输出耦合镜7对入射到其表面上激光反射并输出；第三腔镜6，用于将穿过空洞的激光反射至半导体芯片1-1。
进一步具体地，第二腔镜5为凹面镜，其凹面朝向发光单元1-11，设置在快轴准直元件(FAC)之前。第二输出耦合镜7设置在快轴准直元件FAC之前，与激光谐振腔内的光路之间具有一定角度α，且发光单元1-11发出的激光通过第二输出耦合镜5中心空洞并经第三腔镜6反射后在第二输出耦合镜7的中心空洞附近聚焦形成焦点，使得穿越中心空洞时的光斑较小。第三腔镜6为凹面镜，设置在第二输出耦合镜7之前。
可选的，第二输出耦合镜可以是圆环状，也可以是类似于铜钱状等等。也就是说，第二输出耦合镜的外边缘可以是圆形，其中心空洞可以是圆形、椭圆形、方形等等。
需要说明的是，本发明第三实施方式提供的半导体激光器中，由于光路是可逆的，第二腔镜5与第二输出耦合镜7的位置是可以互换的，当然，第三腔镜6需要设置在第二腔镜7中心空洞的光路上，以使得透过第二腔镜7的中心空洞的光发射至第三腔镜6的表面上并原路反射回发光单元1-11的增益区1-11A。
在一个优选的实施方式中，第二输出耦合镜7，镀对于激光90-α角度的高反射膜；半导体芯片1-1的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜；快轴准直元件FAC的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
本实施方式以半导体激光器中的激光进行两次振荡为例，将详细说明半导体激光器内激光的振荡路径。
图4d是根据本发明第三实施方式提供的半导体激光器内激光的振荡路径示意图(慢轴方向)。
如图4d所示，该半导体激光器中半导体芯片的发光单元1-11发射出激光，在慢轴方向上，一部分激光经过第二耦合输出镜7的反射输出空心的激光，另一部分激光通过第二耦合输出镜7的中心空洞至第三腔镜6，经过第三腔镜反射至第二耦合输出镜7的中心空洞附近聚集并发散后，再返回到发光单元1-11的增益区1-11A，这部分激光经过增益区1-11A的增益放大后，反射至第二腔镜5表面上，经过第二腔镜5准直反射回该发光单元1-11的增益区1-11A，再次经过增益区的增益放大后，一部分激光在第二输出耦合镜7的表面发射，形成空心激光输出，另一部分激光通过第二耦合输出镜7的中心空洞至第三腔镜6，激光在该半导体激光器内不断地循环振荡，不断地输出空心激光。在快轴方向上，激光在腔镜与芯片间形成谐振，为本专业人员所熟知的，此处不再赘述。
图4e为本发明第三实施方式提供的半导体激光器所输出的激光形状示意图。
经过上述非稳腔的半导体激光器所输出的激光为空心激光。
本发明第三实施方式提供的半导体激光器，将半导体激光器的增益区沿慢轴方向的总长度设置为1mm～10cm，同时设置有激光谐振腔，调整发光单元发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，使慢轴方向的基模光斑尺寸与发光单元增益区沿慢轴方向的长度相匹配，一方面能够提高增益区高功率的输出能力，另一方面又改善了光束质量，可实现M2<2的高光束质量输出。
实施例四
图5a是根据本发明第四实施方式提供的半导体激光器俯视图。
如图5a所示，其中x轴表示慢轴方向，y轴表示快轴方向，z轴表示三维空间的另一方向。
在第四实施方式中，发光单元1-11发出的激光，经过第二腔镜5反射回发光单元1-11，并经过屋脊棱镜反射回发光单元，直到激光经第二输出耦合镜7的表面输出，输出的激光为空心激光。
本发明第四实施方式提供的半导体激光器与第三实施方式提供的半导体激光器的区别在于，第四实施方式中，芯片上设置有M个发光单元，而第三实施方式中，芯片上设置有一个发光单元。因此，第四实施方式提供的半导体激光器侧视图与第三实施方式提供的半导体激光器相同，与第三实施方式相同的部分，本实施方式不在赘述。
本发明第四实施方式提供的半导体激光器包括1个半导体芯片1-1，该半导体芯片1-1包括M个发光单元1-11，每个发光单元的脊条宽为2～5mm。
优选的，M个发光单元1-11沿慢轴方向串联等距离排列。
具体地，激光谐振腔在慢轴方向为非稳定腔，激光谐振腔包括第二腔镜5、第三腔镜6和第二输出耦合镜7。
第二腔镜5，用于将发光单元1-11发射的激光反射至半导体芯片1-1的后端面，经第二输出耦合镜7输出。第二输出耦合镜7的中心设置有空洞，对入射到其表面上激光反射并输出，得到半导体激光器的输出激光。第三腔镜6，将穿过空洞的激光反射至半导体芯片1-1。
具体地，第二腔镜5为凹面镜，其凹面朝向发光单元1-11，设置在快轴准直元件FAC之前。
第二输出耦合镜7，设置在快轴准直元件FAC之前，与激光谐振腔内的光路之间具有一定角度α；且发光单元1-11发出的激光通过第二输出耦合镜7中心空洞并经第三腔镜6反射后在第二输出耦合镜7的中心空洞附近聚焦形成焦点，使得穿越中心空洞时的光斑较小。
第三腔镜6为凹面镜，设置在第二输出耦合镜7之前。
上述激光谐振腔还包括屋脊棱镜4，设置在快轴准直元件FAC之前，用于使M个发光单元1-11发出的激光反射至增益区1-11A，并经第二输出耦合镜7输出。可选的，屋脊棱镜4为M-1个。
需要说明的是，M-1个屋脊棱镜还可以制作成一个屋脊棱镜，以便于安装。
在一个优选的实施方式中，第二输出耦合镜7，镀对于激光90-α角度的高反射膜。
第二腔镜5和第三腔镜6的凹面镀有高反射率膜；第二输出耦合镜7，镀对于激光90-α角度的高反射膜；半导体芯片1-1的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜；快轴准直元件FAC的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
进一步具体地，上述半导体激光器还包括热沉13，热沉13设置在半导体芯片1-1之下，用于为其散热。
图5b是根据本发明第四实施方式提供的半导体激光器内激光的振荡路径示意图。
如图5a和图5b所示，半导体芯片1-1设置有第1、第2至第M个发光单元，相邻的发光单元1-1中间设置第1、第2至第M-1个屋脊棱镜，在慢轴方向上，该半导体激光器中半导体芯片的第M个发光单元发射出激光，一部分激光经过第二耦合输出镜7的反射输出空心的激光，另一部分激光通过第二耦合输出镜7的中心空洞至第三腔镜6，经过第三腔镜6反射至第二耦合输出镜7的中心空洞附近聚集并发散后，再返回到最靠近第二耦合输出镜7的第M个发光单元，这部分激光经第M个发光单元的增益放大后，出射至第M-1个屋脊棱镜并折返回第M-1个发光单元，再经M-1个发光单元的增益放大后，出射至第M-2个屋脊棱镜并折返回第M-2个发光单元，如此经过多个发光单元的增益放大后，从第1个发光单元出射，至第二腔镜5表面上，经过第二腔镜5准直反射回最靠近第二腔镜5的第1个发光单元，再经过多个发光单元的增益放大和脊棱镜的折返，从第M个发光单元出射，一部分激光经过第二耦合输出镜7的反射输出空心的激光，另一部分激光继续在腔内又一次增益放大，如此形成激光振荡。
本发明第四实施方式提供的半导体激光器，具有如下的优点：
(1)本发明第四实施方式提供的半导体激光器，将半导体激光器增益区沿慢轴方向的总长度设置为1mm～10cm，同时设置有激光谐振腔，调整发光单元发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，使慢轴方向的基模光斑尺寸与发光单元增益区沿慢轴方向的长度相匹配，一方面能够提高增益区高功率的输出能力，另一方面改善了光束质量，可实现M2<2的高光束质量输出。
(2)上述实施方式提供的半导体激光器，在一个半导体芯片上设置有M个发光单元，与一个半导体芯片上设置有1个发光单元的半导体激光器相比，其输出功率可提高M倍。
实施例五
图6a是根据本发明第五实施方式提供的半导体激光器俯视图；图6b是根据本发明第五实施方式提供的半导体激光器侧视图，在图6b中还出示了快轴方向上谐振光路。
如图6a和图6b所示，其中x轴表示慢轴方向，y轴表示快轴方向，z轴表示三维空间的另一方向。
本发明第五实施方式提供的半导体激光器，与第一实施方式的不同之处在于，快轴方向采用N个芯片垂直排列，进行外腔光谱合束，其单个发光单元的侧视图、前视图与第一实施方式所示的侧视图和前视图一致，对于相同的结构此处不再赘述。
该半导体激光器包括多个半导体芯片1-1，每个半导体芯片1-1设置有一个发光单元，该发光单元1-11的增益区1-11A沿慢轴方向的长度为1mm～10cm。
优选的，多个半导体芯片1-1沿快轴方向上垂直排列，沿慢轴方向相互平行，进一步优选的，多个半导体芯片1-1之间等距离排列。
需要说明的是，多个半导体芯片沿着快轴方向垂直排列，慢轴方向相互平行，谐振腔内的光路在快轴方向才可以实现反馈以及合束。如果慢轴方向不平行，则谐振腔很难设计和调节。多个半导体芯片1-1之间等距离排列在快轴方向上激光合束的效果比较好，散热均匀，光路易调节。
上述半导体激光器还包括激光谐振腔，一方面，用于调整发光单元1-11发射出的半导体激光使其形成谐振，使发光单元1-11的增益区1-11A在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配，进一步使得在半导体芯片1-1上形成与增益区匹配的大模场分布。另一方面，激光谐振腔还用于调整多个半导体芯片(1-1)发出的激光使其在快轴方向进行光谱合成。
在一个优选的实施方式中，发光单元1-11的增益区1-11A在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配为：单个发光单元1-11发出的光沿慢轴的长度与基模光斑直径2ω0在增益区1-11A慢轴方向的投影值的比值为1～4。
快轴准直元件FAC，设置在激光谐振腔内，用于对发光单元1-11发射的激光在快轴方向准直。
具体地，快轴准直元件FAC设置在发光单元1-11的前端面的前方一定距离fFAC处；发光单元1-11发出的激光沿增益区1-11A快轴方向聚焦，其焦距为fFAC，沿增益区1-11A慢轴方向的焦距为∞。优选的，快轴准直元件FAC为短焦距柱面镜，沿快轴方向的焦距为0.3～1.5mm。
激光谐振腔在慢轴方向为稳定腔，激光谐振腔包括第四腔镜8、第三输出耦合镜9、柱面变换透镜F和衍射光学元件DOE。
其中，第四腔镜8，用于将入射到其表面上的激光反射至半导体芯片1-1的增益区，并经第三输出耦合镜输出9。可选的，第四腔镜8为凹面镜，其凹面朝向发光单元1-11。
柱面变换透镜F在快轴方向设有一定焦距f，在慢轴方向焦距为∞；增益区1-11A和衍射光学元件DOE分别设置在柱面变换透镜F的两个焦点上。在本发明第五实施方式提供的半导体激光器中，光路在激光谐振腔内的方向为：发光单元1-11发射的激光透过快轴准直元件FAC发射至第四腔镜8的表面上，并反射至发光单元1-11的增益区，增益后透过快轴准直元件FAC并分别经过两个反射镜和柱面变换透镜F聚焦到衍射光学元件DOE上，并反射至第三输出耦合镜9表面，经第三输出耦合镜9输出。
在一个优选的实施例中，还可以在FAC和柱面变换透镜F再加入一个柱面变换透镜F’，柱面变换透镜F与F’形成柱面变换透镜组。在快轴方向上，芯片发出的光经FAC后准直输出，经柱面变换透镜F’后聚集在柱面变换透镜F的左侧焦点处，激光再至柱面变换透镜F准直，经衍射光学元件DOE合束后，反射至第三输出耦合镜9表面，经第三输出耦合镜9输出。
在一个优选的实施方式中，第四腔镜8的凹面镀有对于输出激光波长高反射率膜；第三输出耦合镜9镀有对于输出激光波长部分透射膜，部分透射膜的透过率高于40％；半导体芯片1-1的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜，快轴准直元件FAC的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
在一个优选的实施方式中，上述半导体激光器还包括热沉13，热沉13设置在半导体芯片1-1之下，用于为半导体芯片1-1散热。
本发明第五实施方式提供的半导体激光器，具有如下的优点：
(1)本发明第五实施方式提供的半导体激光器，将半导体激光器的增益区沿慢轴方向的长度设置为1mm～10cm，同时设置有激光谐振腔，调整发光单元发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，使慢轴方向的基模光斑尺寸与发光单元增益区沿慢轴方向的长度相匹配，一方面能够提高增益区高功率的输出能力，另一方面改善了光束质量，可实现M2<2的高光束质量输出。
(2)本发明第五实施方式提供的半导体激光器，沿快轴方向设置有N个芯片，通过激光谐振腔将N个芯片发出的激光在快轴方向进行光谱合束，能够提高半导体激光器的输出功率，与具有1个芯片的半导体激光器相比，输出功率可提高N倍。
实施例六
图7a是根据本发明第六实施方式提供的半导体激光器俯视图；图7b是根据本发明第六实施方式提供的半导体激光器侧视图。
本发明第六实施方式提供的半导体激光器，与第二实施方式的不同之处在于，快轴方向采用N个芯片垂直排列，进行外腔光谱合束，对于相同的结构此处不再赘述。而快轴合束部分的结构及原理与本发明的实施例五也是类似的。
如图7a和图7b所示，其中x轴表示慢轴方向，y轴表示快轴方向，z轴表示三维空间的另一方向，本实施方式中以沿着z轴的正向为前，以z轴反向为后。在图7a中，前端面为靠近快轴准直元件FAC那一侧，后端面则为与快轴准直元件FAC稍远的另一侧。
该半导体激光器包括半导体增益模块1，该半导体增益模块1包括半导体芯片1-1，该半导体芯片1-1包括发光单元1-11、前端面和后端面。
发光单元由上至下包括电极1-11B、光波导区1-11C和增益区1-11A。其中，增益区沿慢轴方向的长度为1mm～10cm。其中，增益区1-11A的中线为激光束截面1-11Aa。
需要说明的是，对于一个发光单元的增益区长度为1mm～10cm，对于M个发光单元，M个增益区在光路中是串联，每个发光单元的增益区沿慢轴方向长度之和为1mm～10cm。
半导体激光器还包括激光谐振腔，一方面，用于调整发光单元1-11发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，使发光单元1-11的增益区1-11A在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配，进一步使得在半导体芯片1-1上形成与增益区匹配的大模场分布。另一方面，激光谐振腔还用于调整多个半导体芯片1-1发出的激光使其在快轴方向进行光谱合成。
在一个优选的实施方式中，发光单元1-11的增益区1-11A在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配为：单个发光单元1-11发出的光沿慢轴的长度与基模光斑直径2ω0在增益区1-11A慢轴方向的投影值的比值为1～4。
半导体激光器还包括快轴准直元件FAC，设置在发光单元1-11的前端面的前方一定距离fFAC处，用于对发光单元1-11发射的激光在快轴方向准直。
进一步地，快轴准直元件FAC为短焦距柱面镜，设置在激光谐振腔内，在增益区1-11A的前端，沿增益区1-11A快轴方向聚焦，焦距fFAC为0.3～1.5mm，沿增益区1-11A的慢轴方向的焦距为∞。
具体地，半导体增益模块1包括N个半导体芯片(N≥2)，每个半导体芯片包括M个发光单元1-11，其脊条宽为1～2mm。其中，M≥2，M个发光单元1-11沿慢轴方向串联。
优选的，N个半导体芯片1-1沿快轴方向上垂直排列，沿慢轴方向相互平行。进一步优选的，N个半导体芯片之间等距离排列。
需要说明的是，N个芯片沿着快轴方向垂直排列，慢轴方向相互平行，才可以实现外腔光路的反馈在快轴方向进行光谱合束。如果N个芯片在慢轴方向不平行，外腔上很难调节使其在快轴方向进行光谱合束。而且，N个芯片之间等间隔排列，一方面，激光谐振腔内散热均匀，另一方面，激光谐振腔内的光路容易调节。
优选的，M个发光单元之间等距离排列。M个发光单元之间等间距排列在慢轴方向容易使激光在谐振腔内进行谐振。
激光谐振腔在慢轴方向为稳定腔，激光谐振腔包括第四腔镜8、第三输出耦合镜9、屋脊棱镜4、柱面变换透镜F和衍射光学元件DOE。
第四腔镜8为凹面镜，其凹面朝向发光单元1-11，用于将发光单元1-11发射的激光反射至半导体芯片1-1的后端面，并经第三输出耦合镜9输出。
屋脊棱镜4设置在快轴准直元件FAC之前，用于使M个发光单元1-11发出的激光反射至增益区1-11A，并经第三输出耦合镜9输出。可选的，屋脊棱镜4为M-1个。M-1个屋脊棱镜还可以制作成一个屋脊棱镜，以便于安装。
柱面变换透镜F在快轴方向设有一定焦距f，在慢轴方向焦距为∞；增益区1-11A和衍射光学元件DOE分别设置在柱面变换透镜F的两个焦点上。
在一个例子中，第四腔镜8的凹面镀有对于输出激光波长高反射率膜，第三输出耦合镜9镀有对于输出激光波长部分透射膜，其透过率高于40％；半导体芯片1-1的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜，快轴准直元件FAC的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
在本发明第六实施方式提供的半导体激光器中，光路在激光谐振腔内的方向为：发光单元1-11发射的激光透过快轴准直元件FAC发射至第四腔镜8的表面上，并反射至发光单元1-11的增益区，部分激光通过屋脊棱镜4反射回增益区，经过增益后透过快轴准直元件FAC并分别经过两个反射镜和柱面变换透镜F聚焦到衍射光学元件DOE上，并反射至第三输出耦合镜9表面，经第三输出耦合镜9输出。
本发明第六实施方式提供的半导体激光器，具有如下的优点：
(1)本发明第六实施方式提供的半导体激光器，将半导体激光器的增益区沿慢轴方向的长度设置为1mm～10cm，同时设置有激光谐振腔，调整发光单元发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，使慢轴方向的基模光斑尺寸与发光单元增益区沿慢轴方向的长度相匹配，一方面能够提高增益区高功率的输出能力，另一方面改善了光束质量，可实现M2<2的高光束质量输出。
(2)本发明第六实施方式提供的半导体激光器，在半导体芯片上设置有M个发光单元，与一个半导体芯片上设置有1个发光单元的半导体芯片相比，输出功率可提高M倍。
(3)本发明第六实施方式提供的半导体激光器，沿快轴方向设置有N个芯片，通过激光谐振腔将N个芯片发出的激光在快轴方向进行光谱合束，能够提高增益模块的输出功率，与具有1个芯片的半导体激光器相比，增益模块的输出功率可提高N倍。
实施例七
图8a是根据本发明第七实施方式提供的半导体激光器俯视图；图8b是根据本发明第七实施方式提供的半导体激光器侧视图。
本发明第七实施方式提供的半导体激光器，与第三实施方式类似，但不同之处在于，快轴方向采用N个芯片垂直排列，进行外腔光谱合束，对于相同的结构此处不再赘述。而快轴合束部分与本发明的实施例五类似的。
如图8a和图8b所示，其中x轴表示慢轴方向，y轴表示快轴方向，z轴表示三维空间的另一方向，本实施方式中以沿着z轴的正向为前，以z轴反向为后。在图8a中，前端面为靠近快轴准直元件FAC那一侧，后端面则为与快轴准直元件FAC稍远的另一侧。
该半导体激光器包括半导体增益模块1，该半导体增益模块1包括半导体芯片1-1，该半导体芯片1-1包括发光单元1-11、前端面和后端面。
发光单元由上至下包括电极1-11B、光波导区1-11C和增益区1-11A。其中，增益区沿慢轴方向的长度为1mm～10cm。其中，增益区1-11A的中线为激光束截面1-11Aa。
半导体激光器还包括激光谐振腔，一方面，用于调整发光单元1-11发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，使发光单元1-11的增益区1-11A在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配,进一步使得在半导体芯片1-1上形成与增益区匹配的大模场分布。另一方面，激光谐振腔用于调整多个半导体芯片1-1发出的激光使其在快轴方向进行光谱合成。
在一个优选的实施方式中，发光单元1-11的增益区1-11A在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配为：单个发光单元1-11发出的光沿慢轴的长度与基模光斑直径2ω0在增益区1-11A慢轴方向的投影值的比值为1～4。
半导体激光器还包括快轴准直元件FAC，设置在发光单元1-11的前端面的前方一定距离fFAC处，用于对发光单元1-11发射的激光在快轴方向准直。
进一步地，快轴准直元件FAC为短焦距柱面镜，设置在激光谐振腔内，在增益区1-11A的前端，沿增益区1-11A快轴方向聚焦，焦距fFAC为0.3～1.5mm，沿增益区1-11A的慢轴方向的焦距为∞。
具体地，上述半导体芯片设置有N个半导体芯片1-1，N个半导体芯片1-1沿快轴方向上垂直排列，沿慢轴方向相互平行。优选为N个半导体芯片之间等距离排列。
需要说明的是，多个半导体芯片沿着快轴方向垂直排列，慢轴方向相互平行，谐振腔内的光路在快轴方向才可以实现反馈以及合束。如果慢轴方向不平行，则谐振腔很难设计和调节。多个半导体芯片1-1之间等距离排列在快轴方向上激光合束的效果比较好，散热均匀，光路易调节。
其中，每个半导体芯片1-1中发光单元1-11脊条宽为2～5mm；激光谐振腔在慢轴方向为非稳定腔。
进一步具体地，激光谐振腔包括第五腔镜10、第六腔镜11第四输出耦合镜12、柱面变换透镜F和衍射光学元件DOE。
第五腔镜，用于将入射到其表面上的激光反射至半导体芯片1-1；第四输出耦合镜12的中心设置有空洞，第四输出耦合镜12对入射到其表面上激光反射并输出；第六腔镜11，用于将穿过空洞的激光反射至半导体芯片1-1。
进一步地，第五腔镜10为凹面镜，其凹面朝向发光单元1-11，设置在快轴准直元件FAC之前；第四输出耦合镜12设置在快轴准直元件FAC之前，与激光谐振腔内的光路之间具有一定角度α；第六腔镜11为凹面镜，设置在第四输出耦合镜12之前。
柱面变换透镜F在快轴方向设有一定焦距f，在慢轴方向焦距为∞。
增益区1-11A和衍射光学元件DOE分别设置在柱面变换透镜F的两个焦点上。
在一个优选的实施方式中，上述半导体激光器还包括热沉13，热沉13设置在半导体芯片1-1之下，用于为半导体芯片1-1散热。
在一个优选的实施方式中，第五腔镜10和第六腔镜11的凹面镀有高反射率膜；第四输出耦合镜12镀对于激光90-α角度的高反射膜；半导体芯片1-1的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜。
在本发明第七实施方式提供的半导体激光器中，在慢轴方向上，激光在谐振腔内的振荡为：发光单元1-11发射出激光，一部分激光经过第四耦合输出镜12的反射输出空心的激光，另一部分激光通过第四输出耦合镜12的中心空洞，至第六腔镜11，经过第六腔镜11会聚反射至第四耦合输出镜12的空洞附近聚焦后并发散至发光单元1-11的增益区1-11A，这部分激光经过增益区1-11A的增益后，反射至第五腔镜10表面上，经过第五腔镜10准直反射回该发光单元1-11的增益区1-11A，经过增益区的增益后，一部分反射至第四输出耦合镜12的表面形成空心激光输出，激光在该半导体激光器内不断地振荡，不断地输出空心激光。
本发明第七实施方式提供的半导体激光器，具有如下的优点：
(1)本发明第七实施方式提供的半导体激光器，将半导体激光器的增益区沿慢轴方向的长度设置为1mm～10cm，同时设置有激光谐振腔，调整发光单元发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，使慢轴方向的基模光斑尺寸与发光单元增益区沿慢轴方向的长度相匹配，一方面能够提高增益区高功率的输出能力，另一方面改善了光束质量，可实现M2<2的高光束质量输出。
(2)本发明第七实施方式提供的半导体激光器，沿快轴方向设置有N个芯片，通过激光谐振腔将N个芯片发出的激光在快轴方向进行光谱合束，能够提高增益模块的输出功率，与具有1个芯片的半导体激光器相比，增益模块的输出功率可提高N倍。
实施例八
图9a为本发明第八实施方式提供的半导体激光器的俯视图。图9b是根据本发明第八实施方式提供的半导体激光器侧视图。
本发明第八实施方式提供的半导体激光器，与第四实施方式类似，但不同之处在于，快轴方向采用N个芯片垂直排列，进行外腔光谱合束，对于相同的结构此处不再赘述。而快轴合束部分与本发明的实施例五类似。
如图9a和图9b所示，其中x轴表示慢轴方向，y轴表示快轴方向，z轴表示三维空间的另一方向。本实施方式中以沿着z轴的正向为前，以z轴反向为后。在图9a中，前端面为靠近快轴准直元件FAC那一侧，后端面则为与快轴准直元件FAC稍远的另一侧。
该半导体激光器包括半导体增益模块1，该半导体增益模块1包括半导体芯片1-1，该半导体芯片1-1包括发光单元1-11、前端面和后端面。
半导体激光器还包括激光谐振腔，该激光谐振腔一方面用于调整发光单元1-11发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，使发光单元1-11的增益区1-11A在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配，进一步使得在半导体芯片1-1上形成与增益区匹配的大模场分布；另一方面调整多个半导体芯片1-1发出的激光使其在快轴方向进行光谱合成。
在一个优选的实施方式中，发光单元1-11的增益区1-11A在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配为：单个发光单元1-11发出的光沿慢轴的长度与基模光斑直径2ω0在增益区1-11A慢轴方向的投影值的比值为1～4。
半导体激光器还包括快轴准直元件FAC，设置在发光单元1-11的前端面的前方一定距离fFAC处，用于对发光单元1-11发射的激光在快轴方向准直。
进一步地，快轴准直元件FAC为短焦距柱面镜，设置在激光谐振腔内，在增益区1-11A的前端，沿增益区1-11A快轴方向聚焦，焦距fFAC为0.3～1.5mm，沿增益区1-11A的慢轴方向的焦距为∞。
具体地，上述半导体增益模块1包括N个半导体芯片1-1，N个半导体芯片1-1沿快轴方向上垂直排列，沿慢轴方向相互平行。优选的，N个半导体芯片1-1之间等距离排列。
进一步具体地，每个半导体芯片1-1包括M个发光单元1-11，M≥2，其脊条宽为2～5mm。激光谐振腔在慢轴方向为非稳定腔。
优选的，M个发光单元1-11沿慢轴方向串联排列。进一步优选的，M个发光单元之间等距离排列。
以下将详细说明激光谐振腔的结构。
激光谐振腔包括第五腔镜10、第六腔镜11、第四输出耦合镜12和屋脊棱镜4、柱面变换透镜F和衍射光学元件DOE。
其中，第五腔镜，用于将入射到其表面上的激光反射至半导体芯片1-1；第四输出耦合镜12的中心设置有空洞，第四输出耦合镜12对入射到其表面上激光反射并输出；第六腔镜11，用于将穿过空洞的激光反射至半导体芯片1-1的增益区。
具体地，第五腔镜10为凹面镜，其凹面朝向发光单元1-11，设置在快轴准直元件FAC之前；第四输出耦合镜12，设置在快轴准直元件FAC之前，与激光谐振腔内的光路之间具有一定角度α；第六腔镜11为凹面镜，设置在第四输出耦合镜12之前。
屋脊棱镜4设置在快轴准直元件FAC之前，用于使激光谐振腔内的激光反射至增益区1-11A，并经第四输出耦合镜12输出。
优选的，屋脊棱镜4为M-1个。M-1个屋脊棱镜还可以制作成一个屋脊棱镜(例如，将M-1个屋脊棱镜粘接成一个屋脊棱镜)。
柱面变换透镜F在快轴方向设有一定焦距f，在慢轴方向焦距为∞；
增益区1-11A和衍射光学元件(DOE)分别设置在柱面变换透镜F的两个焦点上。
在一个优选的实施方式中，第五腔镜10和第六腔镜11的凹面镀有高反射率膜；第四输出耦合镜12镀对于激光(90-α)角度的高反射膜；半导体芯片1-1的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜。
在一个优选的实施方式中，上述半导体激光器还包括热沉13，热沉13设置在半导体芯片1-1之下，用于为半导体芯片1-1散热。
需要说明的是，本发明第八实施方式提供的半导体激光器在慢轴方向上的激光振荡与实施例四相类似，在快轴方向上的激光振荡与实施例七相类似。
本发明第八实施方式提供的半导体激光器，具有如下的优点：
(1)本发明第八实施方式提供的半导体激光器，将半导体激光器的增益区沿慢轴方向的长度设置为1mm～10cm，同时设置有激光谐振腔，调整发光单元发射出的半导体激光使其在慢轴方向形成谐振，使慢轴方向的基模光斑尺寸与发光单元增益区沿慢轴方向的长度相匹配，一方面能够提高增益区高功率的输出能力，另一方面改善了光束质量，可实现M2<2的高光束质量输出。
(2)本发明第八实施方式提供的半导体激光器，在半导体芯片上设置有M个发光单元，与一个半导体芯片上设置有1个发光单元的半导体芯片相比，输出功率可提高M倍。
(3)本发明第八实施方式提供的半导体激光器，沿快轴方向设置有N个芯片，通过激光谐振腔将N个芯片发出的激光在快轴方向进行光谱合束，能够提高增益模块的输出功率，与具有1个芯片的半导体激光器相比，增益模块的输出功率可提高N倍。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (60)

1.一种半导体激光器，其特征在于，包括：
一个或多个半导体芯片(1-1)，每个所述半导体芯片(1-1)的发光单元(1-11)的增益区(1-11A)沿慢轴方向的总长度为1mm～10cm；
激光谐振腔，用于调整所述发光单元(1-11)发射出的半导体激光使其形成谐振，使所述发光单元(1-11)的增益区(1-11A)在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配；
快轴准直元件(FAC)，设置在所述激光谐振腔内，用于对所述发光单元(1-11)发射的激光在快轴方向准直。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述发光单元(1-11)的增益区(1-11A)在慢轴方向的尺寸与基模光斑半径ω0相匹配为：
单个所述发光单元(1-11)发出的光沿慢轴的长度与基模光斑直径2ω0在增益区(1-11A)慢轴方向的投影值的比值为1～4。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述快轴准直元件(FAC)设置在所述发光单元(1-11)的前端面距离fFAC处，沿所述增益区(1-11A)快轴方向的焦距为fFAC，沿所述增益区(1-11A)慢轴方向的焦距为∞。
4.根据权利要求1-3任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体芯片的发光单元脊条宽为1～2mm；所述激光谐振腔在慢轴方向为稳定腔。
5.根据权利要求4所述的半导体激光器，其特征在于，所述激光谐振腔包括第一腔镜(2)和第一输出耦合镜(3)；
所述第一腔镜(2)用于将入射到其表面上的激光反射至所述半导体芯片(1-1)，并经所述第一输出耦合镜输出(3)。
6.根据权利要求5所述的半导体激光器，其特征在于，所述第一腔镜(2)为凹面镜，其凹面朝向所述发光单元(1-11)。
7.根据权利要求5或6所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体芯片设置有M个发光单元(1-11)，M≥2，M个所述发光单元(1-11)沿慢轴方向串联。
8.根据权利要求7所述的半导体激光器，其特征在于，M个所述发光单元(1-11)之间为等距离排列。
9.根据权利要求7所述的半导体激光器，其特征在于，所述激光谐振腔还包括屋脊棱镜(4)；
所述屋脊棱镜(4)设置在所述快轴准直元件(FAC)之前，用于将所述激光谐振腔内的激光反射至所述增益区(1-11A)，直至经所述第一输出耦合镜(3)输出。
10.根据权利要求9所述的半导体激光器，其特征在于，所述屋脊棱镜(4)为M-1个。
11.根据权利要求5-6、8-10任一项所述的半导体激光器，其特征在于，
所述第一腔镜(2)镀有对于输出激光波长高反射率膜；
所述第一输出耦合镜(3)镀有对于输出激光波长部分透射膜，所述部分透射膜的透过率高于40％；
所述半导体芯片(1-1)的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜；
所述快轴准直元件(FAC)的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
12.根据权利要求7所述的半导体激光器，其特征在于，
所述第一腔镜(2)镀有对于输出激光波长高反射率膜；
所述第一输出耦合镜(3)镀有对于输出激光波长部分透射膜，所述部分透射膜的透过率高于40％；
所述半导体芯片(1-1)的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜；
所述快轴准直元件(FAC)的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
13.根据权利要求1-3任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体芯片(1-1)的发光单元(1-11)脊条宽为2～5mm；所述激光谐振腔在慢轴方向为非稳定腔。
14.根据权利要求13所述的半导体激光器，其特征在于，所述激光谐振腔包括第二腔镜(5)、第三腔镜(6)和第二输出耦合镜(7)；
所述第二腔镜(5)，用于将入射到其表面上的激光反射至所述半导体芯片(1-1)；
所述第二输出耦合镜(7)的中心设置有空洞，所述第二输出耦合镜(7)对入射到其表面上的激光反射并输出；
所述第三腔镜(6)，用于将穿过所述空洞的激光反射至所述半导体芯片(1-1)。
15.根据权利要求14所述的半导体激光器，其特征在于，
所述第二腔镜(5)为凹面镜，其凹面朝向所述发光单元(1-11)，设置在所述快轴准直元件(FAC)之前；
所述第二输出耦合镜(7)设置在所述快轴准直元件(FAC)之前，与所述激光谐振腔内的光路之间具有一定角度α；
所述第三腔镜(6)为凹面镜，设置在所述第二输出耦合镜(7)之前。
16.根据权利要求14或15所述的半导体激光器，其特征在于，所述发光单元(1-11)包括M个，M≥2，M个所述发光单元(1-11)沿慢轴方向串联排列。
17.根据权利要求16所述的半导体激光器，其特征在于，M个所述发光单元之间等距离排列。
18.根据权利要求16所述的半导体激光器，其特征在于，
所述激光谐振腔还包括屋脊棱镜(4)；
所述屋脊棱镜(4)设置在所述快轴准直元件(FAC)之前，用于使所述激光谐振腔内的激光反射至所述增益区(1-11A)，并经所述第二输出耦合镜(7)输出。
19.根据权利要求18所述的半导体激光器，其特征在于，所述屋脊棱镜(4)为M-1个。
20.根据权利要求14-15、17-19任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述第二腔镜(5)和第三腔镜(6)的凹面镀有高反射率膜；
所述第二输出耦合镜(7)，镀对于激光(90-α)角度的高反射膜；
所述半导体芯片(1-1)的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜；
所述快轴准直元件(FAC)的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
21.根据权利要求16所述的半导体激光器，其特征在于，所述第二腔镜(5)和第三腔镜(6)的凹面镀有高反射率膜；
所述第二输出耦合镜(7)，镀对于激光(90-α)角度的高反射膜；
所述半导体芯片(1-1)的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜；
所述快轴准直元件(FAC)的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
22.根据权利要求1-3任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述多个半导体芯片(1-1)沿快轴方向上垂直排列，沿慢轴方向相互平行。
23.根据权利要求22所述的半导体激光器，其特征在于，多个半导体芯片(1-1)之间为等距离排列。
24.根据权利要求22所述的半导体激光器，其特征在于，所述多个所述半导体芯片(1-1)的发光单元(1-11)脊条宽为1～2mm；所述激光谐振腔在慢轴方向为稳定腔。
25.根据权利要求24所述的半导体激光器，其特征在于，所述激光谐振腔包括第四腔镜(8)和第三输出耦合镜(9)；
所述第四腔镜(8)，用于将入射到其表面上的激光反射至所述半导体芯片(1-1)，并经所述第三输出耦合镜输出(9)。
26.根据权利要求25所述的半导体激光器，其特征在于，所述第四腔镜(8)为凹面镜，其凹面朝向所述发光单元(1-11)。
27.根据权利要求25或26所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体芯片(1-1)包括M个发光单元(1-11)，M≥2，M个所述发光单元(1-11)沿慢轴方向串联。
28.根据权利要求27所述的半导体激光器，其特征在于，M个所述发光单元之间等距离排列。
29.根据权利要求27所述的半导体激光器，其特征在于，所述激光谐振腔还包括屋脊棱镜(4)；
所述屋脊棱镜(4)设置在所述快轴准直元件(FAC)之前，用于将所述激光谐振腔内的激光反射至所述增益区(1-11A)，直至经所述第三输出耦合镜(9)输出。
30.根据权利要求29所述的半导体激光器，其特征在于，屋脊棱镜(4)为M-1个。
31.根据权利要求25-26、28-30任一项所述的半导体激光器，其特征在于，
所述第四腔镜(8)的凹面镀有对于输出激光波长高反射率膜；
所述第三输出耦合镜(9)镀有对于输出激光波长部分透射膜，所述部分透射膜的透过率高于40％；
所述半导体芯片(1-1)的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜；
所述快轴准直元件(FAC)的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
32.根据权利要求27所述的半导体激光器，其特征在于，
所述第四腔镜(8)的凹面镀有对于输出激光波长高反射率膜；
所述第三输出耦合镜(9)镀有对于输出激光波长部分透射膜，所述部分透射膜的透过率高于40％；
所述半导体芯片(1-1)的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜；
所述快轴准直元件(FAC)的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
33.根据权利要求22所述的半导体激光器，其特征在于，所述多个半导体芯片(1-1)中每个半导体芯片(1-1)的发光单元(1-11)脊条宽为2～5mm；所述激光谐振腔在慢轴方向为非稳定腔。
34.根据权利要求33所述的半导体激光器，其特征在于，所述激光谐振腔包括第五腔镜(10)、第六腔镜(11)和第四输出耦合镜(12)；
所述第五腔镜，用于将入射到其表面上的激光反射至所述半导体芯片(1-1)；
所述第四输出耦合镜(12)的中心设置有空洞，所述第四输出耦合镜(12)对入射到其表面上激光反射并输出；
所述第六腔镜(11)，用于将穿过所述空洞的激光反射至所述半导体芯片(1-1)。
35.根据权利要求34所述的半导体激光器，其特征在于，
所述第五腔镜(10)为凹面镜，其凹面朝向所述发光单元(1-11)，设置在所述快轴准直元件(FAC)之前；
所述第四输出耦合镜(12)设置在所述快轴准直元件(FAC)之前，设置于所述第五腔镜(10)和所述第六腔镜(11)之间,与所述激光谐振腔内的光路之间具有一定角度；
所述第六腔镜(11)为凹面镜，设置在所述第四输出耦合镜(12)之前。
36.根据权利要求34或35所述的半导体激光器，其特征在于，所述发光单元(1-11)包括M个，M≥2，M个所述发光单元(1-11)沿慢轴方向串联排列。
37.根据权利要求36所述的半导体激光器，其特征在于，M个所述发光单元之间等距离排列。
38.根据权利要求36所述的半导体激光器，其特征在于，所述激光谐振腔还包括屋脊棱镜(4)；
所述屋脊棱镜(4)设置在所述快轴准直元件(FAC)之前，用于使激光谐振腔内的激光反射至所述增益区(1-11A)，并经所述第四输出耦合镜(12)输出。
39.根据权利要求38所述的半导体激光器，其特征在于，屋脊棱镜(4)为M-1个。
40.根据权利要求34-35、37-39任一项所述的半导体激光器，其特征在于，
所述第五腔镜(10)和第六腔镜(11)的凹面镀有高反射率膜；
所述第四输出耦合镜(12)镀对于激光(90-α)角度的高反射膜；
所述半导体芯片(1-1)的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜；
所述快轴准直元件(FAC)的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
41.根据权利要求36所述的半导体激光器，其特征在于，
所述第五腔镜(10)和第六腔镜(11)的凹面镀有高反射率膜；
所述第四输出耦合镜(12)镀对于激光(90-α)角度的高反射膜；
所述半导体芯片(1-1)的前端面镀有对于输出激光波长高透射率的膜，后端面镀有对于输出激光波长高反射率的膜；
所述快轴准直元件(FAC)的通光面镀有对于输出激光高透射率的膜。
42.根据权利要求22所述的半导体激光器，其特征在于，
所述激光谐振腔还用于调整所述多个半导体芯片(1-1)发出的激光使其在快轴方向进行光谱合成。
43.根据权利要求23-26、28-30、32-35、37-39、41任一项所述的半导体激光器，其特征在于，
所述激光谐振腔还用于调整所述多个半导体芯片(1-1)发出的激光使其在快轴方向进行光谱合成。
44.根据权利要求31所述的半导体激光器，其特征在于，
所述激光谐振腔还用于调整所述多个半导体芯片(1-1)发出的激光使其在快轴方向进行光谱合成。
45.根据权利要求40所述的半导体激光器，其特征在于，
所述激光谐振腔还用于调整所述多个半导体芯片(1-1)发出的激光使其在快轴方向进行光谱合成。
46.根据权利要求42、44、45任一项所述的半导体激光器，其特征在于，
激光谐振腔还包括柱面变换透镜(F)和衍射光学元件(DOE)；
所述柱面变换透镜(F)在快轴方向设有一定焦距f，在慢轴方向焦距为∞；
所述增益区(1-11A)和衍射光学元件(DOE)分别设置在柱面变换透镜(F)的两个焦点上。
47.根据权利要求43所述的半导体激光器，其特征在于，
激光谐振腔还包括柱面变换透镜(F)和衍射光学元件(DOE)；
所述柱面变换透镜(F)在快轴方向设有一定焦距f，在慢轴方向焦距为∞；
所述增益区(1-11A)和衍射光学元件(DOE)分别设置在柱面变换透镜(F)的两个焦点上。
48.根据权利要求要求1-3、5-6、8-10、12、14-15、17-19、21、23-26、28-30、32-35、37-39、41-42、44-45、47任一项所述的半导体激光器，其特征在于，还包括热沉(13)，所述热沉(13)设置在所述半导体芯片(1-1)之下，用于为所述半导体芯片(1-1)散热。
49.根据权利要求要求4所述的半导体激光器，其特征在于，还包括热沉(13)，所述热沉(13)设置在所述半导体芯片(1-1)之下，用于为所述半导体芯片(1-1)散热。
50.根据权利要求要求7所述的半导体激光器，其特征在于，还包括热沉(13)，所述热沉(13)设置在所述半导体芯片(1-1)之下，用于为所述半导体芯片(1-1)散热。
51.根据权利要求要求11所述的半导体激光器，其特征在于，还包括热沉(13)，所述热沉(13)设置在所述半导体芯片(1-1)之下，用于为所述半导体芯片(1-1)散热。
52.根据权利要求要求13所述的半导体激光器，其特征在于，还包括热沉(13)，所述热沉(13)设置在所述半导体芯片(1-1)之下，用于为所述半导体芯片(1-1)散热。
53.根据权利要求要求16所述的半导体激光器，其特征在于，还包括热沉(13)，所述热沉(13)设置在所述半导体芯片(1-1)之下，用于为所述半导体芯片(1-1)散热。
54.根据权利要求要求20所述的半导体激光器，其特征在于，还包括热沉(13)，所述热沉(13)设置在所述半导体芯片(1-1)之下，用于为所述半导体芯片(1-1)散热。
55.根据权利要求要求22所述的半导体激光器，其特征在于，还包括热沉(13)，所述热沉(13)设置在所述半导体芯片(1-1)之下，用于为所述半导体芯片(1-1)散热。
56.根据权利要求要求27所述的半导体激光器，其特征在于，还包括热沉(13)，所述热沉(13)设置在所述半导体芯片(1-1)之下，用于为所述半导体芯片(1-1)散热。
57.根据权利要求要求31所述的半导体激光器，其特征在于，还包括热沉(13)，所述热沉(13)设置在所述半导体芯片(1-1)之下，用于为所述半导体芯片(1-1)散热。
58.根据权利要求要求36所述的半导体激光器，其特征在于，还包括热沉(13)，所述热沉(13)设置在所述半导体芯片(1-1)之下，用于为所述半导体芯片(1-1)散热。
59.根据权利要求要求40所述的半导体激光器，其特征在于，还包括热沉(13)，所述热沉(13)设置在所述半导体芯片(1-1)之下，用于为所述半导体芯片(1-1)散热。
60.根据权利要求要求46所述的半导体激光器，其特征在于，还包括热沉(13)，所述热沉(13)设置在所述半导体芯片(1-1)之下，用于为所述半导体芯片(1-1)散热。
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