CN114122899A - 一种波长锁定系统 - Google Patents

一种波长锁定系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114122899A
CN114122899A CN202210103648.6A CN202210103648A CN114122899A CN 114122899 A CN114122899 A CN 114122899A CN 202210103648 A CN202210103648 A CN 202210103648A CN 114122899 A CN114122899 A CN 114122899A
Authority
CN
China
Prior art keywords
imaging lens
region
light
locking system
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210103648.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114122899B (zh
Inventor
俞浩
胡欢
王俊
廖新胜
闵大勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Everbright Photonics Co Ltd
Suzhou Everbright Semiconductor Laser Innovation Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Suzhou Everbright Photonics Co Ltd
Suzhou Everbright Semiconductor Laser Innovation Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Everbright Photonics Co Ltd, Suzhou Everbright Semiconductor Laser Innovation Research Institute Co Ltd filed Critical Suzhou Everbright Photonics Co Ltd
Priority to CN202210103648.6A priority Critical patent/CN114122899B/zh
Publication of CN114122899A publication Critical patent/CN114122899A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114122899B publication Critical patent/CN114122899B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/005Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0085Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for modulating the output, i.e. the laser beam is modulated outside the laser cavity
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

本发明提供一种波长锁定系统,包括:半导体发光结构;外部反馈结构;选择反射镜,位于所述半导体发光结构至所述外部反馈结构的光路中,所述选择反射镜包括偏振反射区和环绕所述偏振反射区的透射区;所述偏振反射区适于将半导体发光结构发射至所述偏振反射区的光束反射为偏振光并将所述偏振光传输至所述外部反馈结构,所述偏振反射区还适于透过所述半导体发光结构发射至所述偏振反射区的部分光束;所述透射区适于透过所述半导体发光结构发射至所述透射区的光束。所述波长锁定系统兼顾输出功率高、输出光束质量高、温漂小且可靠性高。

Description

一种波长锁定系统
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,具体涉及一种波长锁定系统。
背景技术
波长锁定系统通常包括:半导体发光结构、传能光纤、外部反馈结构。外部反馈结构为体布拉格光栅,或外部反馈结构包括衍射光栅和外腔镜。其中,半导体发光结构具有电光转换效率高、结构紧凑、成本低和寿命长等优点,目前广泛被作为光泵浦源。
而现有技术中的波长锁定器件位于主光路中,当锁定光学器件为体光栅时体光栅通过大功率激光时受热严重,导致半导体发光结构的输出光束的中心波长漂移严重;锁定光学器件为衍射光栅时由于衍射光栅具有色散效应,导致输出光束质量严重恶化。现有技术中波长锁定系统无法同时兼顾输出功率高、输出光束质量好、温漂小且可靠性高。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于解决现有技术中波长锁定系统无法兼顾输出功率高、输出光束质量好、温漂小且可靠性高的问题,从而提供一种波长锁定系统。
本发明提供一种波长锁定系统,包括:半导体发光结构;外部反馈结构;选择反射镜,所述选择反射镜位于所述半导体发光结构至所述外部反馈结构的光路中,所述选择反射镜包括偏振反射区和环绕所述偏振反射区的透射区;所述偏振反射区适于将所述半导体发光结构发射至所述偏振反射区的光束反射为偏振光并将所述偏振光传输至所述外部反馈结构,所述偏振反射区还适于透过所述半导体发光结构发射至所述偏振反射区的部分光束;所述透射区适于透过所述半导体发光结构发射至所述透射区的光束。
可选的,所述偏振反射区的形状包括矩形、圆形、椭圆形、三角形或者不规则形。
可选的,所述偏振反射区具有外接圆,所述外接圆的直径小于所述半导体发光结构发射至所述选择反射镜表面的光束的直径。
可选的,所述偏振光为S偏振光;或者,所述偏振光为P偏振光。
可选的,所述偏振反射区的面积为所述透射区的面积的0.1倍~0.6倍。
可选的,所述偏振反射区的反射面具有偏振反射膜,所述偏振反射膜对S偏振光或P偏振光的反射率为90%~100%。
可选的,所述偏振反射区和所述透射区背向所述反射面的一侧表面具有增透膜,所述增透膜的透过率为98%~100%。
可选的,还包括:传能光纤,所述传能光纤具有相对的第一端面和第二端面,所述第一端面与所述半导体发光结构连接;近场成像透镜单元,所述近场成像透镜单元适于将所述第二端面的光斑成像在所述近场成像透镜单元与所述选择反射镜之间。
可选的,所述近场成像透镜单元包括第一成像透镜和第二成像透镜,所述第一成像透镜位于所述第二端面和所述第二成像透镜之间的光路中;当所述第一成像透镜的焦距小于所述第一成像透镜背离所述第二端面一侧的第二瑞利区间长度时,所述第二成像透镜的焦距大于所述第一成像透镜背离所述第二端面一侧的第二瑞利区间长度;当所述第一成像透镜的焦距大于或等于所述第一成像透镜背离所述第二端面一侧的第二瑞利区间长度时,所述第二成像透镜的焦距大于所述第一成像透镜的焦距。
可选的,所述第一成像透镜的中心至所述第二成像透镜的中心之间的距离为所述第一成像透镜的焦距和所述第二成像透镜的焦距之和;所述第二端面至所述第一成像透镜的中心之间的距离为所述第一成像透镜的焦距;所述第二成像透镜的中心至所述选择反射镜的偏振反射区的中心之间的距离小于或者等于所述第二成像透镜的焦距与所述第二成像透镜背离所述第一成像透镜一侧的第三瑞利区间长度之和。
可选的,所述外部反馈结构为体光栅;或者,所述外部反馈结构包括外腔镜和衍射光栅,所述衍射光栅包括透射式衍射光栅或反射式衍射光栅;所述衍射光栅适于位于所述选择反射镜和所述外腔镜之间的光路中;所述偏振反射区反射的偏振光经过衍射光栅传输至外腔镜。
本发明的技术方案具有以下有益效果:
本发明技术方案中的波长锁定系统,在所述半导体发光结构至所述外部反馈结构的光路中设置选择反射镜,所述选择反射镜包括偏振反射区和环绕所述偏振反射区的透射区;所述偏振反射区适于将半导体发光结构发射至所述偏振反射区的光束反射为偏振光并将所述偏振光传输至所述外部反馈结构,所述偏振反射区还适于透过所述半导体发光结构发射至所述偏振反射区的部分光束;所述透射区适于透过所述半导体发光结构发射至所述透射区的光束。所述选择反射镜依赖透射区和偏振反射区的透射作用能将大部分的光透过用于输出,这样使得输出光束的功率损耗降低、输出功率提高。所述选择反射镜依赖偏振反射区仅将少量光束传输至所述外部反馈结构进行波长锁定,因此外部反馈结构的温度变化较小,外部反馈结构对锁定的光束的波长的影响较小,因此降低了选择反射镜输出光束的中心波长漂移。其次,所述选择反射镜依赖偏振反射区仅将少量光束传输至所述外部反馈结构进行波长锁定,这样外部反馈结构反射的反馈光经过选择反射镜的反射回到半导体发光结构中,而不经过透射区的反射,因此反馈光被选择反射镜反射后传输过程的光束面积较小,这样避免烧毁半导体发光结构至选择反射镜之间的传输介质,提高了波长锁定系统的可靠性。再次,由于所述偏振反射区的偏振选择性,偏振反射区还适于透过所述半导体发光结构发射至所述偏振反射区的部分光束,这样选择反射镜输出的光束不仅包括透射区透过的光束,还包括选择反射镜透过的光束,使得选择反射镜输出的光束的中心不是空洞,避免输出光束的质量降低;并且在半导体发光结构至选择反射镜之间的主光路中无色散器件,即在主光路中无体布拉格光栅或衍射光栅,不会因为色散现象导致光束质量恶化。
进一步的,所述外部反馈结构包括外腔镜和衍射光栅的组合,所述衍射光栅包括透射式衍射光栅或反射式衍射光栅;所述衍射光栅适于位于所述选择反射镜和所述外腔镜之间的光路中;所述偏振反射区反射的偏振光经过衍射光栅传输至外腔镜。由于所述偏振反射区的光束反射为偏振光,因此衍射光栅只需要对单一偏振的光进行响应,衍射光栅无需对两种偏振态的光同时响应,因此降低了所述衍射光栅的设计难度,进而降低了所述波长锁定系统的成本。其次,衍射光栅的温漂系数较小,对光束的温漂影响较小。
进一步的,波长锁定系统还包括传能光纤,由于反馈光在第二端面处的光束面积较小,这样避免进入传能光纤中的反馈光的尺寸超过传能光纤中纤芯的直径而进入传能光纤的包层,避免烧毁传能光纤,提高了波长锁定系统的可靠性。
进一步的,所述偏振反射区具有外接圆,所述外接圆的直径小于所述半导体发光结构发射至所述选择反射镜表面的光束的直径,有效避免反馈光烧毁所述传能光纤。
进一步,还包括:近场成像透镜单元,所述近场成像透镜单元适于将所述第二端面的光斑成像在所述近场成像透镜单元与所述选择反射镜之间,即第二端面成像,这样能使得传输至选择反射镜表面的光束是平顶光束,而不是高斯光束,使传输至选择反射镜表面的光束的强度分布均匀,这样使得透射区尺寸无需特别大即可透过全部未被反射的光,这样增加了输出光束的功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的波长锁定系统的结构示意图;
图2为本发明一实施例提供的选择反射镜的结构示意图;
图3为本发明另一实施例提供的波长锁定系统的结构示意图;
图4为本发明另一实施例提供的波长锁定系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明提供一种波长锁定系统,结合参考图1与图2,包括:
半导体发光结构1;
外部反馈结构;
选择反射镜3,所述选择反射镜3位于所述半导体发光结构1至所述外部反馈结构的光路中,所述选择反射镜3包括偏振反射区31和环绕所述偏振反射区的透射区32;所述偏振反射区31适于将半导体发光结构1发射至所述偏振反射区31的光束反射为偏振光并将所述偏振光传输至所述外部反馈结构,所述偏振反射区31还适于透过所述半导体发光结构1发射至所述偏振反射区31的部分光束;所述透射区32适于透过所述半导体发光结构1发射至所述透射区32的光束。
本实施例中,所述选择反射镜3依赖透射区32和偏振反射区31的透射作用能将大部分的光透过用于输出,这样使得输出光束的功率损耗降低、输出功率提高。所述选择反射镜3依赖偏振反射区31仅将少量特定形状光束传输至所述外部反馈结构进行波长锁定,因此外部反馈结构的温度变化较小,外部反馈结构对锁定的光束的波长的影响较小,因此降低了选择反射镜3输出光束的中心波长漂移。其次,所述选择反射镜3依赖偏振反射区31仅将少量光束传输至所述外部反馈结构进行波长锁定,这样外部反馈结构反射的反馈光经过选择反射镜3的反射回到半导体发光结构1中,而不经过透射区32的反射,因此反馈光被选择反射镜3反射后传输过程的光束面积较小,这样避免烧毁半导体发光结构1至选择反射镜3之间的传输介质,提高了波长锁定系统的可靠性。再次,由于所述偏振反射区31的偏振选择性,偏振反射区31还适于透过所述半导体发光结构1发射至所述偏振反射区31的部分光束,这样选择反射镜3输出的光束不仅包括透射区32透过的光束,还包括选择反射镜偏振反射区31透过的光束,使得选择反射镜3输出的光束的中心不是空洞,避免输出光束的质量降低;并且在半导体发光结构1至选择反射镜3之间的主光路中无色散器件,即在主光路中无体布拉格光栅或衍射光栅,不会因为色散现象导致光束质量恶化。
在一个实施例中,所述偏振反射区31的形状包括矩形、圆形、椭圆形、三角形或者不规则形;在其他实施例中,所述偏振反射区31的形状还可以包括其他任意形状。
在一个实施例中,偏振反射区31对发射至偏振反射区31表面的光束中的S偏振光进行反射,相应的,所述偏振光为S偏振光,偏振反射区31透过P偏振光。
在另一个实施例中,偏振反射区31对发射至偏振反射区31表面的光束中的P偏振光进行反射,相应的,所述偏振光为P偏振光,偏振反射区31透过S偏振光。
在一个实施例中,所述偏振反射区31的面积为所述透射区32的面积的0.1倍~0.6倍,例如0.1倍、0.3倍、0.6倍;若所述偏振反射区31的面积小于所述透射区32的面积的0.1倍,则所述偏振反射区31反射至所述外部反馈结构的光束过少,使所述波长锁定系统难以进行波长锁定;若所述偏振反射区31的面积大于所述透射区32的面积的0.6倍,则所述偏振反射区31反射至所述外部反馈结构的光束过多,提高输出光束的功率以及降低功率损耗的程度较小。
在一个实施例中,所述偏振反射区31的反射面具有偏振反射膜,所述偏振反射膜对S偏振光或P偏振光的反射率为90%~100%,例如98%;若所述偏振反射膜对S偏振光或P偏振光的反射率小于90%,则所述偏振反射区31反射至所述外部反馈结构的光束过少,使所述波长锁定系统难以进行波长锁定。
在一个实施例中,所述偏振反射区31和所述透射区32背向所述反射面的一侧表面具有增透膜,所述增透膜的透过率为98%~100%,例如99%;若所述增透膜的透过率小于98%,则偏振反射区31反射至所述外部反馈结构的光束过多,提高输出光束的功率以及降低功率损耗的程度较小。所述增透膜与偏振无关。
在一个实施例中,所述波长锁定系统还包括:传能光纤4,所述传能光纤4具有相对的第一端面和第二端面,所述第一端面与所述半导体发光结构1连接。由于反馈光在第二端面处的光束面积较小,这样避免进入所述传能光纤4中的反馈光的尺寸超过所述传能光纤4中纤芯的直径而进入所述传能光纤4的包层,避免烧毁所述传能光纤4,提高了波长锁定系统的可靠性。
在一个实施例中,所述波长锁定系统还包括:近场成像透镜单元5,所述近场成像透镜单元5适于将所述第二端面的光斑成像在所述近场成像透镜单元5与所述选择反射镜3之间,即第二端面成像,这样能使得传输至选择反射镜3表面的光束是平顶光束,而并不是高斯光束,使传输至选择反射镜表面的光束的强度分布均匀,透射区尺寸无需特别大即可透过全部未被反射的光,这样增加了输出光束的功率。
在一个实施例中,所述近场成像透镜单元5包括第一成像透镜51和第二成像透镜52,所述第一成像透镜51位于所述第二端面和所述第二成像透镜52之间的光路中。
所述传能光纤4为多模光纤,所述传能光纤4的纤芯的芯径大于或者等于50μm且小于或者等于2000μm,所述传能光纤4的输出功率为等于或者大于500W。
所述传能光纤4至所述第一成像透镜51之间光束的第一束腰
Figure 247143DEST_PATH_IMAGE001
,D为所述传 能光纤4的纤芯的芯径,即第一束腰大小等于所述传能光纤4的纤芯的半径,光束质量因子
Figure 633125DEST_PATH_IMAGE002
,NA为所述传能光纤4的数值孔径,
Figure 678441DEST_PATH_IMAGE003
为所述半导体发光结构1发 射的光束的波长。所述传能光纤4至所述第一成像透镜51的第一瑞利区间
Figure 276913DEST_PATH_IMAGE004
所述第一成像透镜51的放大倍率
Figure 825706DEST_PATH_IMAGE005
;所述第一成像透镜51至 所述第二成像透镜52区域之间的光束的第二束腰
Figure 117010DEST_PATH_IMAGE006
;所述第一 成像透镜51至所述第二成像透镜52区域的第二瑞利区间
Figure 587306DEST_PATH_IMAGE007
所述第二成像透镜52的放大倍率
Figure 255047DEST_PATH_IMAGE008
;所述第二成像透镜52 后的光束的第三束腰
Figure 189505DEST_PATH_IMAGE009
,在所述第二成像透镜52后的第 三瑞利区间之内光斑的半径大小等于第三束腰
Figure 386131DEST_PATH_IMAGE010
,所述第二成像透镜52后的第三瑞利区 间
Figure 609302DEST_PATH_IMAGE011
所述第一成像透镜51的焦距为
Figure 611893DEST_PATH_IMAGE012
,所述第二成像透镜52的焦距为
Figure 338541DEST_PATH_IMAGE013
以所述传能光纤4的纤芯的芯径D为600μm、数值孔径NA为0.22、半导体发光结构1 发射的光束的波长
Figure 33965DEST_PATH_IMAGE014
为780nm、所述近场成像透镜单元5仅包括第一成像透镜51,所述第一 成像透镜51的焦距为10mm为例,光束经过所述第一成像透镜51准直后剩余发散角为 30mrad,所述第一成像透镜51后的第二瑞利区间为74mm;当所述近场成像透镜单元5包括第 一成像透镜51和第二成像透镜52,所述第一成像透镜51的焦距为10mm,第二成像透镜52的 焦距为74mm,光束经过所述第二成像透镜52准直后的剩余发散角为30mrad;若所述第二成 像透镜52的焦距为50mm,光束经过所述第二成像透镜52准直后的剩余发散角为44mrad;若 所述第二成像透镜52的焦距为100mm,光束经过所述第二成像透镜52准直后的剩余发散角 为22mrad;若所述第二成像透镜52的焦距为300mm,所述第二成像透镜52之后的第三瑞利区 间为1226mm、光束经过所述第二成像透镜52准直后的剩余发散角为7mrad。因此,假设所述 第二成像透镜52的焦距小于或等于所述第一成像透镜51的焦距与所述第一成像透镜51背 离所述第二端面一侧的第二瑞利区间长度中的最大值时,光束被第二成像透镜52准直后的 剩余发散角不变或者更大。由此可以得到所述近场成像透镜单元5需要包括第一成像透镜 51和第二成像透镜52,且只有所述第二成像透镜52的焦距大于所述第一成像透镜51的焦距 与所述第一成像透镜51背离所述第二端面一侧的第二瑞利区间长度中的最大值时,光束经 过所述第二成像透镜52准直后的剩余发散角才会减小。
当所述第一成像透镜51的焦距小于所述第一成像透镜51背离所述第二端面一侧的第二瑞利区间长度时,所述第二成像透镜52的焦距大于所述第一成像透镜51背离所述第二端面一侧的第二瑞利区间长度;当所述第一成像透镜51的焦距大于或等于所述第一成像透镜51背离所述第二端面一侧的第二瑞利区间长度时,所述第二成像透镜52的焦距大于所述第一成像透镜51的焦距。
假设不设置近场成像透镜单元5时,当传能光纤输出的光束超过第一瑞利区间,即进入远场区域,光束的强度将变为高斯分布,光束的光强分布不均匀。即使半导体发光结构1的出光面处的光束为单一线偏振光,但是该单一线偏振光进入传能光纤传输一段距离之后,由于所述传能光纤4在制造过程中的不均匀性、使用中的弯曲、温度分布不均匀等原因,导致传能光纤中存在应力会使得光束的偏振状态发生改变,传能光纤4的第二端面出的光束为混合偏振光。本实施例中,设置选择反射镜,能对照射至选择反射镜的光进行偏振选择。在一个实施例中,所述第一成像透镜51的中心至所述第二成像透镜52的中心之间的距离为所述第一成像透镜51的焦距和所述第二成像透镜52的焦距之和;所述第二端面至所述第一成像透镜51的中心之间的距离为所述第一成像透镜51的焦距;所述第二成像透镜52的中心至所述选择反射镜3的偏振反射区31的中心之间的距离小于或者等于所述第二成像透镜52的焦距与所述第二成像透镜52背离所述第一成像透镜51一侧的第三瑞利区间长度之和。
所述第一成像透镜51对所述传能光纤4的第二端面出射的光束进行第一次准直,由于所述第一成像透镜51对所述传能光纤4出射的光束进行第一次准直后的光束的发散角还较大,导致反馈光束难以按原路径返回,因此采用所述第二成像透镜52对所述传能光纤4出射的光束进行第二次准直来减小光束的发散角,使反馈光束按原路径返回,增加输出光束的功率。所述第一成像透镜51和所述第二成像透镜52将所述传能光纤第二端面处的光斑成像在所述第二成像透镜52与所述选择反射镜3之间,所述第二成像透镜52的中心至所述选择反射镜3的偏振反射区31的中心之间的距离小于或者等于所述第二成像透镜52的焦距与所述第二成像透镜52背离所述第一成像透镜51一侧的瑞利区间长度之和,使传输至所述选择反射镜3的光束的光强为强度分布均匀的平顶分布,这样无需较大的透射区尺寸即可透过全部未被反射的光,这样增加了输出光束的功率。
在一个实施例中,所述偏振反射区31具有外接圆,所述外接圆的直径小于所述半导体发光结构1发射至所述选择反射镜3表面的光束的直径,可防止反馈光束返回至所述传能光纤4中时由于反馈光束的尺寸超过所述传能光纤4的芯径而导致反馈光束进入光纤包层,避免反馈光烧毁所述传能光纤4,提高了波长锁定系统的可靠性。
所述第一成像透镜51的焦距为
Figure 744432DEST_PATH_IMAGE015
,所述第二成像透镜52的焦距为
Figure 222817DEST_PATH_IMAGE016
,所述传能光 纤4的纤芯直径为D,所述第一成像透镜51与所述第二成像透镜52组成的光学系统放大倍率
Figure 131868DEST_PATH_IMAGE017
,所述第二成像透镜52后的光束直径为
Figure 670296DEST_PATH_IMAGE018
,因此所述偏振反射区31外接圆的 直径在数值上应小于
Figure 664797DEST_PATH_IMAGE018
在一个实施例中,所述外部反馈结构包括外腔镜2和衍射光栅的组合,所述外腔镜2的反射率为95%~99%,例如96%。
所述衍射光栅包括透射式衍射光栅或反射式衍射光栅;所述衍射光栅适于位于所述选择反射镜3和所述外腔镜2之间的光路中;所述偏振反射区31反射的偏振光经过衍射光栅传输至外腔镜2。由于所述偏振反射区31将光束反射为偏振光,因此衍射光栅只需要对单一偏振的光进行响应,衍射光栅无需对两种偏振态的光同时响应,因此降低了所述衍射光栅的设计难度,进而降低了所述波长锁定系统的成本。其次,衍射光栅的温漂系数较小,对光束的温漂影响较小,衍射光栅的温漂系数相对于体光栅的温漂系数低一个数量级,因此锁定波长受温度和功率的变化影响极小,可忽略不计。
在一个实施例中,继续参考图1,所述衍射光栅为透射式衍射光栅6。在另一个实施例中,参考图3,所述衍射光栅为反射式衍射光栅6’。
锁定中心波长仅由衍射光栅的光束入射角、外腔镜和衍射光栅的法线夹角决定, 锁定中心波长可通过旋转外腔镜动态调节。反馈光路的波长锁定原理基于衍射光栅色散方 程
Figure 212453DEST_PATH_IMAGE019
,其中
Figure 913693DEST_PATH_IMAGE020
为衍射光栅的衍射级次,
Figure 950919DEST_PATH_IMAGE021
为衍射光栅的入射 光束的波长,
Figure 104820DEST_PATH_IMAGE022
为衍射光栅的周期,
Figure 252904DEST_PATH_IMAGE023
为光束入射角,
Figure 68371DEST_PATH_IMAGE024
为光束衍射角。
采用所述衍射光栅进行调节锁定波长时仅需调整所述外腔镜的角度即可调节锁定中心波长并且调节范围大,调节锁定中心波长的范围可达到几十纳米,同时还可实现被动波长锁定,锁定波长的值在宽温度范围内和高输出功率的情况下近似恒定,无需实时调整锁定波长,因此操作简单。
在其他实施例中,参考图4,所述外部反馈结构为体光栅2’。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种波长锁定系统,其特征在于,包括:
半导体发光结构;
外部反馈结构;
选择反射镜,所述选择反射镜位于所述半导体发光结构至所述外部反馈结构的光路中,所述选择反射镜包括偏振反射区和环绕所述偏振反射区的透射区;所述偏振反射区适于将所述半导体发光结构发射至所述偏振反射区的光束反射为偏振光并将所述偏振光传输至所述外部反馈结构,所述偏振反射区还适于透过所述半导体发光结构发射至所述偏振反射区的部分光束;所述透射区适于透过所述半导体发光结构发射至所述透射区的光束。
2.根据权利要求1所述的波长锁定系统,其特征在于,所述偏振反射区的形状包括矩形、圆形、椭圆形、三角形或者不规则形。
3.根据权利要求1所述的波长锁定系统,其特征在于,所述偏振反射区具有外接圆,所述外接圆的直径小于所述半导体发光结构发射至所述选择反射镜表面的光束的直径。
4.根据权利要求1所述的波长锁定系统,其特征在于,所述偏振光为S偏振光;或者,所述偏振光为P偏振光。
5.根据权利要求1所述的波长锁定系统,其特征在于,所述偏振反射区的面积为所述透射区的面积的0.1倍~0.6倍。
6.根据权利要求1所述的波长锁定系统,其特征在于,所述偏振反射区的反射面具有偏振反射膜,所述偏振反射膜对S偏振光或P偏振光的反射率为90%~100%。
7.根据权利要求6所述的波长锁定系统,其特征在于,所述偏振反射区和所述透射区背向所述反射面的一侧表面具有增透膜,所述增透膜的透过率为98%~100%。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的波长锁定系统,其特征在于,还包括:传能光纤,所述传能光纤具有相对的第一端面和第二端面,所述第一端面与所述半导体发光结构连接;近场成像透镜单元,所述近场成像透镜单元适于将所述第二端面的光斑成像在所述近场成像透镜单元与所述选择反射镜之间。
9.根据权利要求8所述的波长锁定系统,其特征在于,所述近场成像透镜单元包括第一成像透镜和第二成像透镜,所述第一成像透镜位于所述第二端面和所述第二成像透镜之间的光路中;当所述第一成像透镜的焦距小于所述第一成像透镜背离所述第二端面一侧的第二瑞利区间长度时,所述第二成像透镜的焦距大于所述第一成像透镜背离所述第二端面一侧的第二瑞利区间长度;当所述第一成像透镜的焦距大于或等于所述第一成像透镜背离所述第二端面一侧的第二瑞利区间长度时,所述第二成像透镜的焦距大于所述第一成像透镜的焦距。
10.根据权利要求9所述的波长锁定系统,其特征在于,所述第一成像透镜的中心至所述第二成像透镜的中心之间的距离为所述第一成像透镜的焦距和所述第二成像透镜的焦距之和;所述第二端面至所述第一成像透镜的中心之间的距离为所述第一成像透镜的焦距;所述第二成像透镜的中心至所述选择反射镜的偏振反射区的中心之间的距离小于或者等于所述第二成像透镜的焦距与所述第二成像透镜背离所述第一成像透镜一侧的第三瑞利区间长度之和。
11.根据权利要求1至7任意一项所述的波长锁定系统,其特征在于,所述外部反馈结构为体光栅;
或者,所述外部反馈结构包括外腔镜和衍射光栅,所述衍射光栅包括透射式衍射光栅或反射式衍射光栅;所述衍射光栅适于位于所述选择反射镜和所述外腔镜之间的光路中;所述偏振反射区反射的偏振光经过衍射光栅传输至外腔镜。
CN202210103648.6A 2022-01-28 2022-01-28 一种波长锁定系统 Active CN114122899B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210103648.6A CN114122899B (zh) 2022-01-28 2022-01-28 一种波长锁定系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210103648.6A CN114122899B (zh) 2022-01-28 2022-01-28 一种波长锁定系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114122899A true CN114122899A (zh) 2022-03-01
CN114122899B CN114122899B (zh) 2022-04-05

Family

ID=80361862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210103648.6A Active CN114122899B (zh) 2022-01-28 2022-01-28 一种波长锁定系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114122899B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116149070A (zh) * 2023-04-24 2023-05-23 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 一种匀化光斑输出系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL7105465A (zh) * 1970-04-23 1971-10-26
JPS5961984A (ja) * 1982-09-30 1984-04-09 Sharp Corp 半導体レ−ザ装置
JPS61183985A (ja) * 1985-02-04 1986-08-16 ゼロツクス コーポレーシヨン 位相ロツクされたマルチエミツタ・幅広エミツタレーザからのビームを安定化するためのレーザ共振器光学系
JPH01315719A (ja) * 1988-02-22 1989-12-20 Fuji Photo Film Co Ltd レーザ光学系
EP0854473A2 (en) * 1997-01-17 1998-07-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical pickup and optical disk apparatus using the same
US5986998A (en) * 1996-10-24 1999-11-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical head having two vertical cavity surface emitting lasers with different wavelengths
CN107240856A (zh) * 2017-07-05 2017-10-10 中国科学院上海光学精密机械研究所 利用镀反射膜的透射光栅实现两次衍射的光谱合束装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL7105465A (zh) * 1970-04-23 1971-10-26
JPS5961984A (ja) * 1982-09-30 1984-04-09 Sharp Corp 半導体レ−ザ装置
JPS61183985A (ja) * 1985-02-04 1986-08-16 ゼロツクス コーポレーシヨン 位相ロツクされたマルチエミツタ・幅広エミツタレーザからのビームを安定化するためのレーザ共振器光学系
JPH01315719A (ja) * 1988-02-22 1989-12-20 Fuji Photo Film Co Ltd レーザ光学系
US5986998A (en) * 1996-10-24 1999-11-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical head having two vertical cavity surface emitting lasers with different wavelengths
EP0854473A2 (en) * 1997-01-17 1998-07-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical pickup and optical disk apparatus using the same
CN107240856A (zh) * 2017-07-05 2017-10-10 中国科学院上海光学精密机械研究所 利用镀反射膜的透射光栅实现两次衍射的光谱合束装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116149070A (zh) * 2023-04-24 2023-05-23 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 一种匀化光斑输出系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN114122899B (zh) 2022-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6208679B1 (en) High-power multi-wavelength external cavity laser
US6327292B1 (en) External cavity laser source using spectral beam combining in two dimensions
US5050179A (en) External cavity semiconductor laser
US6192062B1 (en) Beam combining of diode laser array elements for high brightness and power
US5793784A (en) Apparatus and method for spectral narrowing of high power diode laser arrays
JPH02201981A (ja) 集束鏡の組合せを有する高出力レーザ装置
US6049558A (en) Optical elements for guiding laser light and laser systems comprising same
US12034267B2 (en) Methods and systems for spectral beam-combining
CN114122899B (zh) 一种波长锁定系统
US20060165144A1 (en) Semiconductor laser device
CN112652950A (zh) 一种波长锁定半导体激光器系统
US7649680B2 (en) Wavelength converting apparatus
JP2004072069A (ja) 可変多波長半導体レーザーの共振空洞システム
WO1999054972A1 (en) Fiber grating feedback stabilization of broad area laser diode
US5410560A (en) Wavelength conversion apparatus
CN214542912U (zh) 一种小体积半导体激光器
US7760775B2 (en) Apparatus and method of generating laser beam
CN112018597A (zh) 外腔半导体激光器
CN112886382A (zh) 一种单组大功率光纤耦合半导体激光器封装结构与应用
CN112103768B (zh) 一种半导体激光器
US6600767B1 (en) Free space laser with self-aligned fiber output
CN113270790A (zh) 百瓦级绿色激光系统及应用其的激光装置
CN115327788B (zh) 光谱合束装置及方法
CN216312327U (zh) 一种半导体激光器系统
CN219321802U (zh) 一种紫外激光器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant