CN111641106A - 二极管激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种外腔二极管激光器，其允许在期望的波长范围中的增强的总输出功率，其包括被放置在内部激光腔(10)内的有源媒介，内部激光腔(10)包括：用于输出耦合激光辐射的出射面(12)，输出耦合的激光辐射(B0)具有在空间稳定的主偏振方向上较高的辐射强度及在与主偏振方向不同的次偏振方向上的相应较低辐射强度的偏振部分；用于激光辐射的波长稳定化的外部频率选择元件(14)；以及用于将输出耦合的激光辐射(B0)分成沿第一光束路径(P1)延伸的第一光束(B1)和沿第二光束路径(P2)延伸的第二光束(B2)的偏振分束器(16)，第一光束路径(P1)不同于第二光束路径(P2)；其中外部频率选择元件(14)被布置在第二光束路径(P2)中。

Description

二极管激光器
本申请是于2015年9月16日提交的申请号为201580050599.2，名称为《二极管激光器》的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种具有外部光谱选择性反馈的二极管激光器。
背景技术
边缘发射二极管激光器的辐射在垂直于波导平面(垂直方向，“快光轴”)的方向上是高度发散的，并且具有相对宽的波长谱。此外，波长谱典型地取决于其他参数，例如温度。因此，波长谱取决于激光器所提供的功率。
根据现有技术，波长可以通过内部的或外部的波长选择元件或结构来限制和稳定化。由于二极管激光器中发射的辐射的光谱选择性反馈，实现了波长的外部限制和稳定化。一个示例是所谓的外腔二极管激光器(ECDL)，其中通过例如表面光栅上的光谱选择性反射完成反馈。然而，这具有需要额外的光学元件并且使得小型化变得困难的缺点。
实现光谱选择性反馈的另一种方式是使用体布拉格光栅(也称为VBG)。使用这种VBG的优点是可以实现紧凑的、波长稳定的激光束源。例如，DE 102011 006198A1、US 2005/0207466A1、US 2006/0251143A1、US 7,397,837B2和US 7,545,844B2公开了如何在(准直)激光束中放置体布拉格光栅。然而，该布置的缺点在于，VBG被布置在主光路(即，激光辐射沿着其被耦合输出的路径)内，从而接收高光能，这可能导致波长随着更高辐射能量的漂移。锁定的二极管激光器的峰值波长的这种小的偏移是由于VBG随着导致锁定波长轻微变化的渐增的功率而加热引起。此外，现有技术的激光二极管系统使用为反馈信号提供固定的(反射率(reflectivity))百分比的VBG，导致对于各个(电流驱动的)激光二极管的大电流的高强度反馈电平。也就是说，反馈信号的电平高于(用于大的二极管驱动电流)所需的电平，以便实现波长稳定，从而降低激光二极管系统的总输出功率。另一方面，如果反馈对于大的二极管驱动电流进行优化，则其对于低电流将太小。此外，现有技术中的VBG需要在它们的几何布局中被调整，以便实现必要的(低)反射率，因而会引起不期望的不利影响例如衍射。此外，该激光二极管布置遭受总输出功率的降低，因为所使用的激光二极管不产生完全偏振的辐射。事实上，实际的激光二极管对于主偏振方向展现的典型偏振度范围是约80％至95％。也就是说，发射的激光辐射的非偏振部分在激光系统内消失，例如在边缘滤波器或偏振滤波器处消失。
因此，本发明的目的是提供一种具有波长稳定的二极管激光器，其克服了现有技术中的缺陷并且允许增加的总输出功率。
发明内容
根据本发明的第一方面，公开了一种激光器(优选地是一种外腔二极管激光器)，其包括被放置在内部激光腔内的有源媒介(例如，有源层)，该内部激光腔包括被适配来用于输出耦合的激光辐射的出射面，所述输出耦合的激光辐射具有在空间稳定的主偏振方向上较高的辐射强度及在与所述主偏振方向不同的次偏振方向上的相应较低辐射强度的偏振部分；被放置在内部激光腔外并且被适配来用于激光辐射的波长稳定化的外部频率选择元件；以及被放置在内部激光腔外并且被适配来用于将输出耦合的激光辐射分成沿第一光束路径延伸的第一光束和沿第二光束路径延伸的第二光束的偏振分束器，所述输出耦合的激光辐射具有在空间稳定的主偏振方向上较高的辐射强度及在与所述主偏振方向不同的次偏振方向上的相应较低辐射强度的偏振部分，第一光束路径不同于第二光束路径，所述偏振分束器被设置为使所述输出耦合的激光辐射的自所述主偏振方向的全部辐射强度进入到沿所述第一光束路径延伸的所述第一光束中；其中外部频率选择元件被布置在第二光束路径中，并且具有所述输出耦合的激光辐射的自所述次偏振方向的激光强度的所述第二光束被反射回所述内部激光腔以使频率稳定。
本发明的主要思想是在至少包括输出耦合的激光辐射功率的大部分，即大于其50％的主光束路径之外布置外部频率选择元件。因此，外部频率选择元件可以被放置在与主(即，第一)光束路径不同的附加反馈(即，第二)光束路径中，其中入射到频率选择元件的辐射强度由适合的强度控制装置来控制，因此附加的反馈光束路径具有较低的辐射强度，从而导致频率选择元件的较小的热应力。
优选地，在所述次偏振方向上的所述偏振部分由所述输出耦合的激光辐射的非偏振部分产生。
优选地，所述输出耦合的激光辐射中的主偏振的偏振度为60％～99％。
优选地，有源媒介由被形成为边缘发射激光二极管的激光二极管构成。优选地，内部激光腔由至少两个相对的反射镜形成。可替换地，有源媒介能够由具有宽增益带宽的固体激光器例如Yb掺杂的材料或在具有接近彼此的若干离散线的固体激光器材料中的选线组成。优选地，有源媒介被适配为发射具有其最大强度在400nm至2900nm范围内，优选地在750nm至1100nm范围内，更优选地在1400nm至1600nm范围内或1700nm至2000nm范围内的波长的辐射。优选地，有源媒介包括半导体材料。更优选地，有源媒介由半导体材料组成。
优选地，入射至频率选择元件的强度由强度控制装置控制使得根据本发明的ECDL的总强度减弱或增强时其分别增强或减弱。更优选地，反馈束路径中的强度通过该强度控制装置保持恒定或基本恒定。甚至更优选地，反馈束路径中的强度被控制来使得恒定的强度被反馈至内部激光腔中，或更具体地，被反馈至内部激光腔内的有源媒介中。
优选地，强度控制装置可以是被布置在第二光束路径中的单个元件。更优选地，强度控制装置由以集成方式被布置在第二光束路径中的分束器和/或频率选择元件组成。甚至更优选地，强度控制装置由被布置在第二光束路径中的单个元件和集成元件的组合组成。强度控制装置可以被形成为无源强度控制装置或有源强度控制装置。
优选地，第一光束的辐射强度大于输出耦合的激光辐射的辐射强度的60％，而第二光束的辐射强度小于输出耦合的激光辐射的辐射强度的40％，更优选地，第一光束的辐射强度大于输出耦合的激光辐射的辐射强度的70％，而第二光束的辐射强度小于输出耦合的激光辐射的辐射强度的30％，更优选地，第一光束的辐射强度大于输出耦合的激光辐射的辐射强度的80％，而第二光束的辐射强度小于输出耦合的激光辐射的辐射强度的20％，再更优选地，第一光束的辐射强度大于输出耦合的激光辐射的辐射强度的90％，而第二光束的辐射强度小于输出耦合的激光辐射的辐射强度的10％。
优选地，外部频率选择元件被形成为反射器。更优选地，该反射器被形成为体布拉格光栅，体布拉格光栅也被称为VBG。优选地，反射器的(最大)反射比(reflectance)在特定波长处——所述外部频率选择元件被设计用于该特定波长——为对于该特定波长大于60％，优选地大于70％，更优选地大于80％，更优选地大于90％，更优选地大于95％，以及再更优选地大于99％。优选地，反射器的在不同于该特定波长(在该波长处反射比最大)且大5nm(更优选地大4nm，更优选地大3nm，更优选地大2nm，再更优选地大1nm)的第二波长处的反射比小于最大反射比的60％，更优选地小于最大反射比的40％，更优选地小于最大反射比的20％，更优选地小于最大反射比的10％，再更优选地小于最大反射比的5％。换言之，反射器在小波长范围内表现出高的最大反射比，从而产生波长特定的反馈信号，该反馈信号被耦合回到内部激光腔中，从而使激光发射波长稳定。对于反射比为最大反射比的50％或更高的反射器的反射带宽优选地小于2nm，更优选地小于1nm，更优选地小于0.5nm，再更优选地小于0.2nm。
优选地，为了获得紧凑的设计，内部激光腔的出射面和分束器之间的距离相对较小。换言之，内部激光腔的出射面和分束器之间的距离优选地小于100cm，更优选地小于50cm，更优选地小于25cm，更优选地小于10cm，再更优选地小于5cm。优选地，也为了获得紧凑的设计，分束器和外部频率选择元件之间的距离相对较小。换言之，分束器和外部频率选择元件之间的距离优选地小于100cm，更优选地小于50cm，更优选地小于25cm，更优选地小于10cm，再更优选地小于5cm。
优选地，出射面(也称为前面)包括对于所发射的激光辐射范围从0.1％至12％，更优选地从0.1％至6％，再更优选地从0.1％至3％的反射率。优选地，后面包括对于所发射的激光辐射范围从80％至99.999％，更优选地从95％至99.99％，再更优选地从99.0％至99.9％的反射率。
优选地，分束器是选自偏振分束器、薄膜偏振器和格兰激光偏振器(又名“格兰-泰勒偏振器(Glan-Taylor Polarizer)”)中的一种。也就是，根据本发明的一个方面的激光二极管旨在通过采用激光二极管的这些非偏振的发射光的部分来增加总输出功率，以实现频率稳定。在常规的激光二极管系统中，发射的激光辐射的非偏振部分在激光系统中消失，例如在边缘滤波器或偏振滤波器处消失，然而，根据本发明，发射的激光辐射的非偏振部分被输出耦合到第二光束路径中来被(频率选择性地)反射回到内部激光腔中用于频率(或波长)稳定化。为了获得用于频率稳定化的足够的反馈信号，优选利用不产生完全偏振辐射的激光二极管。优选地，激光二极管被形成为使得(对于主偏振方向)偏振程度范围为60％至99％,更优选地为70％至97％，更优选地为80％至95％，再更优选地为85％至92％。
优选地,偏振修改装置被布置在分束器和外部频率选择元件之间的第二光束路径中，其中偏振器位于偏振修改装置和外部频率选择元件之间的第二光束路径中。这个优选实施例的优点是可以控制波长特定的反馈信号(其被耦合回到内部激光腔中)的强度。也就是说，激光二极管的总体强度可以通过泵浦能量来控制，例如通过控制激光二极管的驱动电流来控制。第二光束路径中的辐射强度(以及相应地反馈信号的强度)与从激光二极管输出耦合的辐射强度相关。因此，当整个激光二极管发射强度增加时，这可能意味着例如被形成为VGB的外部频率选择元件的热应力，反馈信号的强度增加。然而，反馈信号的强度仅需要高于某一(绝对)阈值。因此，改编偏振修改装置使得VBG处的辐射的强度独立于激光二极管的总强度是有利的，更具体地控制第二光束路径中的偏振使得通过偏振器的辐射的强度范围在激光二极管的稳定激光操作所必需的(最小)阈值的100％和200％之间，更优选地在100％和150％之间，再更优选地在100％和120％之间,是有利的。偏振修改装置优选地被形成为光电偏振器。更优选地，偏振修改装置被形成为普克尔斯盒(Pockels cell)。位于偏振修改装置和频率选择元件之间的第二光束路径中的偏振器优选地形成为相对于第二光束路径中的主光束传播方向以布鲁斯特角(Brewster angle)布置的薄膜偏振器。
优选地，偏振修改装置被连接到(电流驱动的)激光二极管(的控制单元)。优选地，偏振修改装置被连接到用于检测(或确定)激光二极管或其等同物的总辐射强度的装置。
根据可替换的优选实施例,偏振修改装置被布置在分束器和内部激光腔的出射面之间的第一光束路径中，其中偏振器位于分束器和外部频率选择元件之间的第二光束路径中。根据这个优选的实施例，还可能获得用于(基本上)发射完全偏振辐射的激光二极管的受控反馈信号。
根据可替换的优选实施例，为了改编反馈信号的强度以独立于激光二极管的总强度，外部频率选择元件包括具有强度依赖反射系数的反射镜。这种具有强度依赖反射系数的反射镜在本领域是已知的，例如来自Michel等人的“Thermo-optically drivenadaptive mirror for laser applications(用于激光应用的热光驱动的自适应反射镜)”(Appl.Phys.B,pp.721-724(2004))。优选地，具有强度依赖反射系数的反射镜被适配为使得不论激光二极管的总体强度如何，反馈信号的强度变化小于的30％，更优选地小于20％，更优选地小于10％，再更优选地小于5％。
优选地，具有强度依赖反射系数的反射镜被连接到(电流驱动的)激光二极管(的控制单元)。优选地，具有强度依赖反射系数的反射镜被连接到用于检测激光二极管或其等同物的总辐射强度的装置。
根据可替换的优选实施例，分束器是非偏振分束器。根据这个优选的实施例，还可能获得用于发射完全偏振辐射的激光二极管的受控反馈信号。
优选地，(非偏振)分束器包括具有不同部分反射率的多个部分，该多个部分被并排地布置(但不是必须直接邻接)。优选地，激光二极管装置还包括用于(优选地相对于输出耦合的激光辐射的传播方向)(优选横向地)移动分束器的装置。优选地，激光二极管装置还包括用于控制分束器的(横向)移动的装置。优选地，用于控制分束器的(横向)移动的装置被适配来用于根据输出耦合的激光辐射的强度控制分束器的移动。优选地，用于控制分束器的横向移动的装置被适配来控制分束器的移动以使得不论激光二极管的总体强度如何，反馈信号的强度变化小于的30％，更优选地小于20％，更优选地小于10％，再更优选地小于5％。优选地，具有不同部分反射率的多个部分彼此直接邻接或直接邻接其等同物。
优选地，用于控制分束器的横向移动的装置被连接到(电流驱动的)激光二极管(的控制单元)。优选地，用于控制分束器的移动的装置被连接到用于检测激光二极管或其等同物的总辐射强度的装置。
根据优选的实施例(代替用于移动分束器的装置以及用于控制分束器的移动的装置)，该激光二极管还包括多部分反射镜，该多部分反射镜包括具有不同反射率的多个部分，该多个部分被并排地布置(但不必要直接地邻接，例如在圆上直接地邻接)，该多部分反射镜被布置在(优选地，非偏振)分束器和外部频率选择元件之间的第二光束路径中，其中偏转装置被布置在分束器和该多部分反射镜之间的第二光束路径中，其中该偏转装置被适配来根据输出耦合的激光辐射的强度使第二光束路径中的辐射偏转至多部分反射镜的不同部分上。优选地，多个具有不同部分反射率的部分彼此直接地邻接。
根据本发明的部分，激光二极管装置包括多个具有内部激光腔的二极管激光器，每个内部激光腔包括被适配来用于输出耦合激光辐射的出射面，其中该内部激光腔被布置为使得多个堆叠的激光束指向共同的分束器上。优选地，该多个堆叠的激光束被布置为彼此平行。
优选地，该共同的分束器包括多个阶梯式部分，该阶梯式部分中的每一个部分被适配来将该多个堆叠的平行激光束中的一束激光分成沿第一光束路径延伸的第一光束和沿第二光束路径延伸的第二光束，各第一光束具有比各第二光束高的辐射强度并且各第一光束路径不同于各第二光束路径。
优选地，所有阶梯式部分相对于该多个堆叠的激光束的传播方向具有相同的倾角。优选地，该阶梯式部分被布置为彼此等距。
根据优选的实施例，该激光二极管装置还包括被布置在分束器和外部频率选择元件之间的第二光束路径中的偏转装置，其中该偏转装置被适配来使第二光束路径中的辐射偏转从而仅辐射在第二光束路径中的部分被引导至外部频率选择元件的有源区域上，该辐射部分的量取决于输出耦合的激光辐射的强度。优选地，没有其他元件被布置在偏转装置和外部频率选择元件之间的第二光束路径中。优选地，该偏转装置被形成为声光调制器(AOM)或空间光调制器(SLM)。
根据优选的实施例，该激光二极管装置还包括被布置在分束器和外部频率选择元件之间的第二光束路径中的强度适应的聚焦透镜，其中该聚焦透镜被适配来使第二光束路径中的辐射聚焦在外部频率选择元件的有源区域上，该聚焦透镜的聚焦能力取决于输出耦合的激光辐射的强度。这种强度依赖的聚焦透镜是现有技术中已知的，例如来自R.Koch的“Self-adaptive optical elements for compensation of thermal lensing effectsin diode end-pumped solid state lasers-
proposal and preliminary experiments(用于补偿二极管端泵浦固体激光器中的热透镜效应的自适应光学元件——建议和初步实验)”(Optics Communications 140(1997),158-164)。优选地，没有其他元件被布置在聚焦透镜和外部频率选择元件之间的第二光束路径中。
根据本发明的另一个方面，公开了一种激光器(优选地一种二极管激光器)，其包括被放置在激光腔内的有源媒介(例如，有源层)，该激光腔包括被适配来用于输出耦合的激光辐射的出射面；被放置在激光腔外并且被适配来用于激光辐射的波长稳定化的外部频率选择元件，以及被适配来用于将输出耦合的激光辐射分成沿第一光束路径延伸的第一光束和沿第二光束路径延伸的第二光束的分束器，第一光束具有比第二光束高的辐射强度并且第一光束路径不同于第二光束路径，其中外部频率选择元件被布置在第二光束路径中。
本发明的这个方面的主要思想是在至少包括输出耦合的激光辐射功率的大部分，即大于其50％的主光束路径之外布置外部频率选择元件。因此，外部频率选择元件可以被放置在与主(即，第一)光束路径不同的附加反馈(即，第二)光束路径中，附加的反馈光束路径具有较低的辐射强度，从而导致频率选择元件的较小的热应力。
附图说明
在下文中本发明将进行更详细的描述。给出的示例适合于描述本发明，但任何情况下都不限制本发明。具体地，本发明并不限于包括有源媒介和内部激光腔的二极管激光腔。有源媒介和/或内部激光腔可以被包括在任何合适的激光系统。
图1示出了根据本发明的第一优选实施例的激光二极管装置的示意性剖视图；
图2示出了根据本发明的第二优选实施例的激光二极管装置的示意性剖视图；
图3示出了根据本发明的第三优选实施例的激光二极管装置的示意性剖视图；
图4a至图4d示出了根据本发明的第四优选实施例的激光二极管装置的示意性剖视图；
图5示出了根据本发明的第五优选实施例的激光二极管装置的示意性剖视图；
图6示出了根据本发明的第六优选实施例的激光二极管装置的示意性剖视图；
图7示出了根据本发明的第七优选实施例的激光二极管装置的示意性剖视图。
其中：
10、内部激光腔；12、出射面；14、频率选择元件；16、分束器；18、偏振修改装置；20、偏振器；22、多部分反射镜；24、偏转装置；26、聚焦透镜；28、曲面镜；
B0、输出耦合的激光辐射；B1、第一光束；B2、第二光束；B3、第二光束的部分光束；B4、第二光束的部分光束；B01、激光束；B02、激光束；B03、激光束；B04、激光束；P1、第一光束路径；P2、第二光束路径。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一优选实施例的激光二极管装置的示意性剖视图。
二极管激光腔被用于泵浦固体激光器并且服务于塑料焊接、钎焊、熔覆和热传导焊接的应用，这些都是主要市场。由于其有限的功率和光束质量，用常规二极管激光器系统的深熔焊接以及更重要地切割不是成本有效的。深熔焊接需要功率在1kW至6kW和更大的范围内的质量在10mm*mrad至20mm*mrad范围内的光束。切割需要质量小于10mm*mrad且功率水平在2kW至4kW范围内的光束，具体地用于薄规格的材料切割至数毫米为约3mm*mrad和2kW至3kW，对于较厚规格的材料的切割为约7mm*mrad。
光学堆叠对于功率缩放是已知的，并且许多不同的配置可用于激光棒和单发射器。光谱堆叠允许亮度和功率的缩放。对于具有不同波长的多个二极管的后续光谱组合，需要单个二极管的窄且稳定的光谱。多个单发射器，每个例如额定功率为12W，可能在例如具有单片慢轴准直器(SAC)阵列的快轴中进行堆叠。尽管本发明的最优选实施例涉及单发射器二极管，但是应当理解，光学堆叠和/或光谱堆叠可以有利地部署在本发明的所有实施例中。
这些系统的功率和亮度使得能够使用二极管激光器进行切割和焊接。该技术可以转移到包括793nm和1980nm的其它波长。优化的光谱组合使光谱亮度和功率方面的进一步改善成为可能。快速控制电子元件和小型化开关电源使脉冲上升时间小于10μs，具有可连续调节的脉冲宽度从20μs至cw成为可能。
在优选实施例中，外部布置的体布拉格光栅使波长稳定并且将线宽度变窄到小于1nm。采用外部频率选择元件例如VBG的波长稳定化将具有期望波长的发射光的部分反射回至二极管中。外部谐振器的设计，即二极管前面反射率(即外耦合面反射率)以及外部频率选择元件的反射率和尺寸确定所得到的线宽度和锁定范围。典型地，线宽被从5nm(FWHM)变窄至0.3nm(FWHM)光谱，相当于小于1nm内的功率的95％。利用适当的谐振器设计，驱动电流从阈值(例如0.5A)改变到全功率(例如12A)，峰值波长几乎恒定。谐振器设计确定锁定范围并且更高的锁定范围以更高的反射率来实现，但是功率损耗增加。
根据本发明的如图1中所示的第一优选实施例，一种激光二极管包括有源层和内部激光腔10，包括出射面12，激光二极管的激光辐射B0通过其耦合输出。
激光二极管典型地基于一种用于9xx nm区的双异质结构，该双异质结构以夹层方式建立，由具有砷化铝(AlxGa(1-x)As)的砷化镓(GaAs)组成。在本实施例的10A驱动电流下的输出功率为12W和发射波长为970nm的宽带二极管激光器中，发射表面具有约96×4μm的区域，该区域具有3％的面涂层。发射区域的小高度和激光材料与空气的折射率之间的高差异导致高达23°的高发散度，即所谓的快轴。慢轴上的发散是仅4°。
偏振度由波导内的增益来确定，其对于pi(TE)和sigma(TM)偏振光是不同的，并且对于sigma偏振光稍微大些。偏振度取决于嵌入的量子阱的张力。通过在量子阱结构中的压缩或拉伸应变，偏振可以从TE切换到TM。这种张力的变化不同地影响重孔增益和轻孔增益。但这也对激光二极管的性能有影响，这意味着在最佳性能下存在固定偏振。
激光二极管对于主偏振方向展现约93％的偏振度，该主偏振方向在本实施例中为平行偏振。输出耦合的激光辐射B0被指向至将具有平行偏振的所有辐射传输到第一光束路径P1中的偏振分束器16，从而形成第一光束B1。第一光束B1的强度是输出耦合的激光束B0的强度的约95％。此外，偏振分束器16将辐射B0的不同于平行偏振的部分偏转到第二光束路径P2中，从而形成第二光束B2。本发明的第一实施例的优点在于，辐射B0的不同于主偏振方向(平行)的部分可以被用于第二光束路径中的波长稳定化，该第二光束路径仅具有输出耦合的激光束B0的强度的约5％的强度，从而使被形成为VBG的频率选择元件14的热应力最小化。VBG 14仅将光束B2的0.3nm(FWHM)的窄部分反射回激光二极管，从而使输出耦合的激光束B0的波长稳定。
图2示出了根据本发明的第二优选实施例的激光二极管装置的示意性剖视图。图2的实施例类似于图1的实施例，但是还包括位于第二路径P2中的偏振修改装置18和偏振器20。该实施例的另一个优点是可以(在到达VBG 14之前)调节第二光束B2的强度，使得第二光束B2的强度低于预定值，该预定值被设置为使得被反射回到激光二极管中的第二光束B2的强度足以使得能够在VBG14被设计的期望波长上进行稳定的激光操作。同时，该预定值被设置为使得被指向到VBG 14上的第二光束B2的强度足够低以避免VBG 14处的热应力。
图3示出了根据本发明的第三优选实施例的激光二极管装置的示意性剖视图。图3的实施例类似于图1的实施例，但是还包括具有四个不同的部分16-1、16-2、16-3和16-4的分束器16，部分16-1、16-2、16-3和16-4中的每个部分对于输出耦合的激光辐射B0具有不同的反射比。优选地，分束器16是非偏振分束器。根据第三优选实施例的激光二极管装置还包括用于沿着由箭头所示的纵向轴线移动分束器16的装置16-5。这个实施例的优点在于，被反射回激光二极管中的第二光束B2的强度可以通过移动分束器16来控制，使得仅部分16-1、16-2、16-3和16-4中的一个部分被选择来将光束B0分成第一光束B1和第二光束B2，使得第二光束B2的强度足够高以实现稳定的激光操作并且足够低以避免VBG 14处的热应力。为了改编第二光束B2的强度使其独立于输出耦合的激光束B0的强度，用于移动分束器16的装置16-5优选地被连接到用于检测输出耦合的激光束B0的强度的装置。
图4a至图4d示出了根据本发明的第四优选实施例的激光二极管装置的示意性剖视图。图4a至图4d的实施例类似于图1的实施例，但是每个实施例具有非偏振分束器16代替偏振分束器，并且还包括偏转装置24以及可以是多部分反射镜22或曲面镜28的反射镜22和28。该实施例的优点在于，偏转装置24和(多部分)反射镜22、28在这个实施例中是固定的，而第三实施例的分束器16(其也是局部的多部分反射镜)被布置为可沿着其纵向轴线移动。偏转装置24例如被形成为AOM。AOM 24可以被控制来根据第二光束B2的强度使光束B2偏转。
如图4a中的实施例所示，弯曲的多部分反射镜28使通过AOM 24在不同角度下偏转和在不同位置28-1、28-2和28-3处撞击在曲面镜28上的光束能够被准直和被偏转至VBG 14上。多部分反射镜28可以包括对于第二光束路径P2(光束B2)的各输出耦合的激光辐射各自具有不同的反射比的不同的部分28-1、28-2和28-3。然后，VBG 14将光束反射回至激光二极管中以用于波长稳定化。AOM 24能够被调整来使光束B2偏转使得第二光束B2的在VBG 14处的强度足够高以实现稳定的激光操作并且足够低以避免VBG 14处的热应力。为了改编第二光束B2的强度使其独立于输出耦合的激光束B0的强度，AOM 24优选地被连接到用于检测输出耦合的激光束B0的强度的装置。
代替使用曲面镜28，可替换地，可以有利地利用如图4b所示的具有多个平面部分22-1、22-2和22-3的阶梯式反射镜22。该平面部分22-1、22-2和22-3相对于VBG 14具有不同的角度，以便准直来自AOM 24并且撞击在阶梯式反射镜22上的发散辐射。不同的部分22-1、22-2和22-3可以对于第二光束路径P2(光束B2)的各输出耦合的激光辐射各自具有不同的反射比。
如图4c的实施例所示，VBG 14可以被利用和被放置为使得来自AOM 24的发散辐射撞击在VBG 14上。VBG 14被形成为包括具有不同反射比的多个部分的多部分VBG。例如如图4c中所示，VBG 14可以具有沿位于其截面中的轴x的逐渐增加的反射比。在这个实施例中，利用了被适配来用于将撞击辐射反射回至激光二极管10中的曲面镜28，即，曲面镜28被形成来使得来自VBG 14的所有射线被反射回到其自身端部。在这种情况下，曲面镜28可以沿着其内表面具有均匀的反射比。
代替使用曲面(均匀反射)镜28，可替换地，可以有利地利用如图4d所示的具有多个平面部分22-1、22-2和22-3的阶梯式反射镜22。该平面部分22-1、22-2和22-3相对于VBG14具有不同的角度，使得来自VBG 14的所有射线被反射回到其自身端部。不同的部分22-1、22-2和22-3可以对于第二光束路径P2(光束B2)的各输出耦合的激光辐射具有相同的反射比。AOM 24能够被调整来使光束B2偏转使得第二光束B2的在VBG 14处的强度足够高以实现稳定的激光操作并且足够低以避免VBG 14处的热应力。为了改编第二光束B2的强度使其独立于输出耦合的激光束B0的强度，AOM 24优选地被连接到用于检测输出耦合的激光束B0的强度的装置。
图5示出了根据本发明的第五优选实施例的激光二极管装置的示意性剖视图。图5的实施例类似于图4的实施例，但是不包括位于偏转装置24和频率选择元件14之间的多部分反射镜22。这个实施例的优点在于，能够利用简化的装置，该简化的装置能够控制第二光束B2的在VBG 14处的强度使其足够高以实现稳定的激光操作并且足够低以避免VBG 14处的热应力。详细地，AOM 24被相对于VBG 14的位置进行布置，使得仅对于第二光束B2的足够低以避免在VBG 14处的热应力的相对低的强度，第二光束B2完全指向VBG 14。当输出耦合的激光辐射B0的强度增加导致第二光束B2的强度增加时，AOM 24被控制来使得光束B2被偏转，使得仅第二光束B2的部分B4到达VBG 14，而第二光束B2的其它部分B3通过VBG 14而不撞击VBG 14的有源(反射)区域。因此，在VBG 24处的光束B4的强度能够通过AOM 24来控制以使其足够高以实现稳定的激光操作并且足够低以避免VBG 14处的热应力。为了改编第二光束B4的强度使其独立于输出耦合的激光束B0的强度，AOM 24优选地被连接到用于检测输出耦合的激光束B0的强度的装置或用于检测第二光束B2的强度的装置。
图6示出了根据本发明的第六优选实施例的激光二极管装置的示意性剖视图。根据这个实施例，强度适应的聚焦透镜26被布置在第二光束路径P2中，其具有取决于第二光束B2的强度的聚焦特性。也就是，透镜26被相对于VBG14的位置进行布置，使得第二光束B2仅以足够低而避免在VBG 14处的热应力的相对低的强度完全指向VBG 14，，。当输出耦合的激光辐射B0的强度增加导致第二光束B2的强度增加时，透镜26被控制来使得光束B2在穿过透镜26之后具有高发散度，例如通过改造透镜26的焦距使其比透镜26和VBG 14之间的距离小得多。在这种情况下，仅第二光束B2的部分到达VBG 14，而第二光束B2的另一部分通过VBG 14而由于高发散没有撞击VBG 14的有源(反射)区。因此，在VBG 14处的光束的强度能够通过透镜26来控制以使其足够高以实现稳定的激光操作并且足够低以避免VBG 14处的热应力。为了改编第二光束B2的强度使其独立于输出耦合的激光束B0的强度，透镜优选地被连接到用于检测输出耦合的激光束B0的强度的装置或用于检测第二光束B2的强度的装置。
图7示出了根据本发明的第七优选实施例的激光二极管装置的示意性剖视图。在这个实施例中，光学堆叠通过使用堆叠在一起的多个单发射器激光二极管来实现，以产生平行的激光束B01、B02、B03和B04。分束器16包括多个阶梯式部分，每个部分具有将激光束B01、B02、B03和B04中的每束分成沿着第一(部分)光束路径P1延伸的第一光束和沿着第二光束路径P2延伸的第二(部分)光束的部分反射表面。分束器16的阶梯式部分被形成为使得从每个激光二极管的出射面12到VBG 14的光路对于所有激光束B01、B02、B03和B04都是相同的。这些激光束B01、B02、B03和B04能够有利地使用共同的VBG 14，从而降低堆叠激光二极管装置的总成本。

Claims (11)

1.一种外腔二极管激光器，包括：
被放置在内部激光腔(10)内的有源媒介，所述内部激光腔(10)包括被适配来用于输出耦合的激光辐射(B0)的出射面(12)，所述输出耦合的激光辐射(B0)具有在空间稳定的主偏振方向上较高的辐射强度及在与所述主偏振方向不同的次偏振方向上的相应较低辐射强度的偏振部分；
被放置在所述内部激光腔(10)外并且被适配来用于所述激光辐射的波长稳定化的外部频率选择元件(14)；以及
被放置在所述内部激光腔(10)外并且被适配来用于将所述输出耦合的激光辐射(B0)分成沿第一光束路径(P1)延伸的第一光束(B1)和沿第二光束路径(P2)延伸的第二光束(B2)的偏振分束器(16)，在所述出射面(12)后和所述分束器之间没有偏振旋转器，所述第一光束路径(P1)不同于所述第二光束路径(P2)，所述偏振分束器(16)被设置为使所述输出耦合的激光辐射(B0)的自所述主偏振方向的全部辐射强度进入到沿所述第一光束路径(P1)延伸的所述第一光束(B1)中；
所述外部频率选择元件(14)被布置在所述第二光束路径(P2)中，并且具有所述输出耦合的激光辐射(B0)的自所述次偏振方向的激光强度的所述第二光束(B2)被反射回所述内部激光腔(10)以使频率稳定。
2.根据权利要求1所述的外腔二极管激光器，其特征在于：
在所述次偏振方向上的所述偏振部分由所述输出耦合的激光辐射(B0)的非偏振部分产生。
3.根据权利要求1或2所述的外腔二极管激光器，其特征在于：
所述输出耦合的激光辐射(B0)中的主偏振的偏振度为60％～99％。
4.根据前述权利要求中任一所述的外腔二极管激光器，其特征在于：
所述外部频率选择元件(14)对于小于2nm的波长带具有大于90％的反射率。
5.根据前述权利要求中任一所述的外腔二极管激光器，其特征在于：
偏振修改装置(18)被布置在所述分束器(16)和所述外部频率选择元件(14)之间的所述第二光束路径(P2)中，其中偏振器(20)位于所述偏振修改装置(18)和所述外部频率选择元件(14)之间的所述第二光束路径(P2)中。
6.根据前述权利要求中任一所述的外腔二极管激光器，其特征在于：
所述外部频率选择元件(14)被形成为体布拉格光栅。
7.根据前述权利要求中任一所述的外腔二极管激光器，其特征在于：
所述外部频率选择元件(14)包括具有强度依赖性反射系数的反射镜。
8.根据前述权利要求中任一所述的外腔二极管激光器，其特征在于：
还包括多部分反射镜(22)，所述多部分反射镜(22)包括具有不同反射率的多个部分，所述多部分反射镜(22)的多个部分被并排地布置，所述多部分反射镜(22)被布置在所述分束器(16)和所述外部频率选择元件(14)之间的所述第二光束路径(P2)中，其中偏转装置(24)被布置在所述分束器(16)和所述多部分反射镜(22)之间的所述第二光束路径(P2)中，其中所述偏转装置(24)被适配来根据所述输出耦合的激光辐射(B0)的强度使所述第二光束路径(P2)中的辐射偏转至所述多部分反射镜(22)的不同部分上。
9.根据前述权利要求中任一所述的外腔二极管激光器，其特征在于：
还包括被布置在所述分束器(16)和所述外部频率选择元件(14)之间的所述第二光束路径(P2)中的偏转装置(24)，其中所述偏转装置(24)被适配来使所述第二光束路径(P2)中的辐射偏转从而仅辐射的在所述第二光束路径(P2)中的部分被引导至所述外部频率选择元件(14)的有源区域上，所述辐射部分的量取决于所述输出耦合的激光辐射(B0)的强度。
10.根据前述权利要求中任一所述的外腔二极管激光器，其特征在于：
还包括被布置在所述分束器(16)和所述外部频率选择元件(14)之间的所述第二光束路径(P2)中的聚焦透镜(26)，其中所述聚焦透镜(26)被适配来使所述第二光束路径(P2)中的辐射聚焦在所述外部频率选择元件(14)的有源区域上，所述聚焦透镜(26)的聚焦能力取决于所述输出耦合的激光辐射(B0)的强度。
11.根据前述权利要求中任一所述的外腔二极管激光器，其特征在于：
包括多个内部激光腔(10)，每个内部激光腔(10)包括被适配来用于输出耦合激光辐射的出射面(12)，其中所述内部激光腔(10)被布置为使得多个堆叠的平行的激光束(B01，B02，B03，B04)被指向至所述分束器(16)，
其中所述分束器(16)包括多个阶梯式部分，所述阶梯式部分中的每一个部分被适配来将所述多个堆叠的平行的激光束(B01，B02，B03，B04)中的一束激光分成沿第一光束路径(P1)延伸的第一光束(B1)和沿第二光束路径(P2)延伸的第二光束(B2)，所述第一光束(B1)具有比所述第二光束(B2)高的辐射强度并且所述第一光束路径(P1)不同于所述第二光束路径(P2)。
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