CN114759431A - 一种高亮度外腔半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种高亮度外腔半导体激光器，包括外腔，外腔包括第一激光器单管、第二激光器单管和外腔镜；通过外腔镜的调整，使得第一激光器单管和第二激光器单管射出的光束在外腔内往返振荡，并透过第一激光器单管和第二激光器单管进行放大及相干合束，透过外腔镜输出激光。本发明利用若干个激光器单管进行相干合束，能够获得高功率的激光光束，使总体光束保持接近一个激光器单管的光束参数积，保持激光的光束质量并能提高激光光束的亮度。

Description

一种高亮度外腔半导体激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种高亮度外腔半导体激光器。

背景技术

自半导体激光器问世以来，因其具有转换效率高、体积小、质量轻、可靠性高和能直接调制，以及与其他半导体器件集成的能力强等优点，已经越来越广泛地应用于精密测量与材料加工、通信等诸多领域。

提高半导体激光器所需的高功率和高亮度的一个解决方案是进行空间合束。参照图1，现有技术中，空间合束需要利用具有台阶结构的底板6，使多个激光器单管1输出的光束依序经过快轴准直透镜3和慢轴准直透镜4。多个激光器单管在空间上依次排列，拼成一个更大的光斑。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：现有技术能够把多个激光器单管的光束并排排列到一块，虽然能够产生功率较大的光束，但排列后的总体光斑比单个激光器单管的光斑更大，光束参数积（腰斑大小和远场发散角的乘积）也会相应增大，由于亮度为单位面积的光源在单位时间内向着其法线方向上的光束参数积内辐射的能量，因此现有技术提高亮度的效果不佳。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种高亮度外腔半导体激光器。

为达到上述目的，本发明提出的一种高亮度外腔半导体激光器，包括外腔，所述外腔包括第一激光器单管、第二激光器单管和外腔镜；

通过所述外腔镜的调整，使得所述第一激光器单管和所述第二激光器单管射出的光束在所述外腔内往返振荡，并透过第一激光器单管和所述第二激光器单管进行放大及相干合束，透过所述外腔镜输出激光。

根据本发明实施例的高亮度外腔半导体激光器，利用第一激光器单管、第二激光器单管和外腔镜，组成外腔，激光器单管使用半导体材料作为增益介质对光进行放大，外腔镜的位置可以调整，保证外腔镜的光轴与激光器单管的轴线重合。本发明实施例利用两个激光器单管进行相干合束，能够获得高功率的激光光束，使总体光束保持接近一个激光器单管的光束参数积，保持激光的光束质量并能提高激光光束的亮度。

根据本发明的一个实施例，所述外腔镜包括全反射镜和部分透过镜；

所述全反射镜用于将从所述第一激光器单管或所述第二激光器单管入射的所述光束反射；

所述部分透过镜用于将从所述第一激光器单管或所述第二激光器单管入射的所述光束一部分反射，一部分透过输出激光。

根据本发明的一个实施例，所述第一激光器单管和第二激光器单管的两端前方都配有一个准直透镜，所述第一激光器单管和第二激光器单管的两端都为透过部；所述透过部之间为结区；

所述透过部用于使所述光束入射和出射，所述结区用于对所述光束进行谐振放大。

根据本发明的一个实施例，所述第一激光器单管的轴线与所述第二激光器单管的轴线共线。

根据本发明的一个实施例，所述第一激光器单管的轴线与所述第二激光器单管的轴线存在夹角。

根据本发明的一个实施例，所述第一激光器单管的轴线与所述第二激光器单管的轴线平行。

根据本发明的一个实施例，所述第一激光器单管和第二激光器单管的底部所在的平面共面。

根据本发明的一个实施例，所述第一激光器单管、所述第二激光器单管和所述全反射镜的数量为多个。

根据本发明的一个实施例，所述透过部镀有增透膜。

根据本发明的一个实施例，所述准直透镜包括快轴准直透镜。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术中具有空间合束的激光器的结构示意图。

图2是本发明一个实施例提出的高亮度外腔半导体激光器的结构示意图。

图3是本发明第二实施例提出的高亮度外腔半导体激光器的结构示意图。

图4是本发明第三实施例提出的高亮度外腔半导体激光器的结构示意图。

图5是本发明第四实施例提出的高亮度外腔半导体激光器的结构示意图。

附图标记说明：

1-激光器单管，2-光束，3-快轴准直透镜，4-慢轴准直透镜，5-全反射镜，6-具有台阶结构的底板，7-部分透过镜，8-第一激光器单管，9-第二激光器单管，10-准直透镜。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图2是本发明一个实施例提出的半导体激光器的结构示意图。

参见图2，一种高亮度外腔半导体激光器，包括外腔，外腔包括第一激光器单管8、第二激光器单管9和外腔镜。

通过外腔镜的调整，使得第一激光器单管8和第二激光器单管9射出的光束2在外腔内往返振荡，并透过第一激光器单管8和第二激光器单管9进行放大及相干合束，透过外腔镜输出激光。

本实施例中，第一激光器单管8、第二激光器单管9都为半导体激光器，半导体激光器使用半导体材料作为增益介质。在增益介质的两端放置由外腔镜构成的谐振腔。外腔是指谐振腔为全外腔式结构，即第一激光器单管8、第二激光器单管9与外腔镜从空间上完全分开。光束在腔内增益介质中往返传播，每经过一次得到一次放大。第一激光器单管8、第二激光器单管9和外腔镜的数量和相互间的位置关系，可以根据实际的需要来确定。例如，图2所示的实施例中，第一激光器单管8和第二激光器单管9的轴线是共线的。共线能使光束2能够以与激光器单管轴线相同的方向入射和出射，有利于光束2在激光器单管1中获得更大增益，提高光束2的功率。

根据本发明实施例的高亮度外腔半导体激光器，利用第一激光器单管、第二激光器单管和外腔镜，组成外腔，激光器单管使用半导体材料作为增益介质对光进行放大，外腔镜的位置可以调整，保证外腔镜的光轴与激光器单管的轴线重合。本发明实施例利用两个激光器单管进行相干合束，能够获得高功率的激光光束，使总体光束保持接近一个激光器单管的光束参数积，保持激光的光束质量并能提高激光光束的亮度。

示例性且不限制地，外腔镜包括全反射镜5和部分透过镜7。其中，全反射镜5用于将从第一激光器单管8或第二激光器单管9入射的光束2反射；部分透过镜7用于将从第一激光器单管8或第二激光器单管9入射的光束2一部分反射，一部分透过输出激光。全反射镜5和部分透过镜7的位置及角度都可以调整，能够长期保持半导体激光器的稳定输出。

第一激光器单管8和第二激光器单管9的两端前方都配有一个准直透镜10，第一激光器单管8和第二激光器单管9的两端都为透过部；透过部之间为结区；透过部用于使光束2入射和出射，结区用于对光束2进行谐振放大。激光器单管自身相当于一个矩形介质波导腔。透过部用于使光束2入射和出射。结区由半导体材料制成，可以使用的半导体材料有很多种，可以根据实际的需要来设计，在此不做具体限定。结区的两个端面是晶体的天然解理面，该两表面极为光滑，可以直接用作平行反射镜面构成光学谐振腔。图2的实施例中，光束是从两端的解理面输出的。准直透镜10能够将第一激光器单管8和第二激光器单管9发出的光束2准直。准直透镜10主要是柱面或其它曲面来对透过部出射的光束进行准直。准直透镜10至少应当包括快轴准直透镜。

准直透镜10至少应当包括快轴准直透镜。作为可能实现的一种方式，准直透镜包括快轴准直透镜和慢轴准直透镜。准直透镜10的高透射率和出色的准直特性确保了半导体激光器最高的光束整形效率。透过部镀有增透膜，增透膜可以增加光的透过率。第一激光器单管8和第二激光器单管9的底部所在的平面共面。

图3是本发明第二实施例提出的高亮度外腔半导体激光器的结构示意图。图2、图3所示的两个实施例的差别仅在于第一激光器单管8和第二激光器单管9的数量不同。图3所示实施例中，第一激光器单管8和第二激光器单管9各自的数量是3个，即一共6个激光器单管。每个激光器单管的两端的透过部都镀有增透膜。6个激光器单管的位置要精确调整，确保其轴线是共线排列的。全反射镜5和部分透过镜7分别布设在这6个激光器单管的两端。通过调整全反射镜5和部分透过镜7，使光束2沿没有转折的直线光路透过6个激光器单管，每经过1个激光器单管中的增益介质，光束2获得增益。光束依次经过各激光器单管，构成串联光路结构。由于采用6个激光器单管进行相干合束，图3所示的实施例相比图2所示的实施例中的激光能够获得更高的亮度。

图4是本发明第三实施例提出的高亮度外腔半导体激光器的结构示意图。图3、图4所示的两个实施例的差别在于在第一激光器单管8和第二激光器单管9之间还设置有一个全反射镜5，第一激光器单管8的轴线与第二激光器单管9的轴线存在夹角。图4所示实施例中，第一激光器单管8和第二激光器单管9各自的数量是3个，即一共6个激光器单管。如图4所示，光束2在外腔中沿z形光路经过6个激光器单管，并在5个全反射镜5处发生转折。外腔中振荡的光束2经过6个激光器单管，起到相干合束的效果，并在部分透过镜处输出。

为了减少占用半导体激光器的空间，2个全反射镜5布置在同一侧，另外3个全反射5布置在另一侧。6个激光器单管布置在由5个全反射镜5围成的区域内。光束2每经过一个激光器单管，通过全反射镜5反射至下一个激光器单管，当抵达最外侧的全反射镜5或者部分透过镜7时，再按原路返回，连续往返形成z字形光路。与采用直线光路的第二实施例相比，第三实施例的z形光路会需要更多的全反射镜5，但能够调节的全反射镜数量更多，可以在一定程度上通过对全反射镜5位置的调节来补偿激光器单管位置的偏差，对激光器单管的位置调节精度要求会有所降低，更易于调节。

图5是本发明第四实施例提出的高亮度外腔半导体激光器的结构示意图。图4、图5所示的两个实施例的差别在于在第一激光器单管8和第二激光器单管9之间设置有2个全反射镜5，第一激光器单管8的轴线与第二激光器单管9的轴线相互平行。图5所示实施例中，第一激光器单管8和第二激光器单管9各自的数量是3个，即一共6个激光器单管，全反射镜5的数量一共是11个。6个激光器单管与11个全反射镜5、1个部分透过镜7构成外腔。

如图5所示，第一激光器单管8的轴线与第二激光器单管9之间的2个全反射镜能够对第一激光器单管8射出的光束2进行180度的反转，进入到第二激光器单管9。光束2每经过一个激光器单管，通过2个全反射镜5反射至下一个激光器单管，当抵达最外侧的全反射镜5或者部分透过镜7时，再按原路返回，连续往返形成s字形光路。光束2在外腔中沿s形光路经过6个激光器单管，并在10个全反射镜5处发生转折。

外腔中振荡的光束2经过多个激光器单管，起到相干合束的效果，并在部分透过镜7处输出。与图4所示采用z形光路的第三实施例相比，第四实施例的s形光路需要的全反射镜5数量进一步增加，对激光器单管的位置调节难度也进一步降低。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种高亮度外腔半导体激光器，其特征在于，包括外腔，所述外腔包括第一激光器单管（8）、第二激光器单管（9）和外腔镜；

通过所述外腔镜的调整，使得所述第一激光器单管（8）和所述第二激光器单管（9）射出的光束（2）在所述外腔内往返振荡，并透过第一激光器单管（8）和所述第二激光器单管（9）进行放大及相干合束，透过所述外腔镜输出激光。

2.根据权利要求1所述的一种高亮度外腔半导体激光器，其特征在于，所述外腔镜包括全反射镜（5）和部分透过镜（7）；

所述全反射镜（5）用于将从所述第一激光器单管（8）或所述第二激光器单管（9）入射的所述光束（2）反射；

所述部分透过镜（7）用于将从所述第一激光器单管（8）或所述第二激光器单管（9）入射的所述光束（2）一部分反射，一部分透过输出激光。

3.根据权利要求1所述的一种高亮度外腔半导体激光器，其特征在于，所述第一激光器单管（8）和第二激光器单管（9）的两端前方都配有一个准直透镜（10），所述第一激光器单管（8）和第二激光器单管（9）的两端都为透过部；所述透过部之间为结区；

所述透过部用于使所述光束（2）入射和出射，所述结区用于对所述光束（2）进行谐振放大。

4.根据权利要求1所述的一种高亮度外腔半导体激光器，其特征在于，所述第一激光器单管（8）的轴线与所述第二激光器单管（9）的轴线共线。

5.根据权利要求1所述的一种高亮度外腔半导体激光器，其特征在于，所述第一激光器单管（8）的轴线与所述第二激光器单管（9）的轴线存在夹角。

6.根据权利要求1所述的一种高亮度外腔半导体激光器，其特征在于，所述第一激光器单管（8）的轴线与所述第二激光器单管（9）的轴线平行。

7.根据权利要求1所述的一种高亮度外腔半导体激光器，其特征在于，所述第一激光器单管（8）和第二激光器单管（9）的底部所在的平面共面。

8.根据权利要求2所述的一种高亮度外腔半导体激光器，其特征在于，所述第一激光器单管（8）、所述第二激光器单管（9）和所述全反射镜（5）的数量为多个。

9.根据权利要求3所述的一种高亮度外腔半导体激光器，其特征在于，所述透过部镀有增透膜。

10.根据权利要求3所述的一种高亮度外腔半导体激光器，其特征在于，所述准直透镜（10）包括快轴准直透镜。

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