CN114784623A - 一种高亮度外腔半导体激光器 - Google Patents

一种高亮度外腔半导体激光器 Download PDF

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王宝华
时敏
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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;第一激光器单管的第一端和第二激光器单管的第一端相对设置,且第一激光器单管的轴线与第二激光器单管的轴线不共线;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折返振荡,进行相干合束,并透过外腔镜输出激光。本发明成本较低,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能够提高亮度的半导体激光器。
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;
所述第一激光器单管的第一端和所述第二激光器单管的第一端相对设置,且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不共线;
通过所述外腔镜的调整,使得第一激光器单管和第二激光器单管射出的光束在所述外腔内折返振荡,进行相干合束,并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,利用相对设置的两个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,让满足特定角度的光起振和放大。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第一端的前方配有一个准直透镜,所述第一激光器单管和所述第二激光器单管的第一端为透过部,所述第一激光器单管和第二激光器单管的第一端和第二端之间为结区;所述第一激光器单管和所述第二激光器单管的第二端为反射部;
所述透过部用于使所述光束入射和出射;所述反射部用于反射所述光束,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射出的所述光束与所述第一激光器单管的轴线存在第一夹角,所述第二激光器单管射出的所述光束与所述第一激光器单管的轴线存在第二夹角,所述第一夹角等于所述第二夹角。
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和所述第二激光器单管的数量为多个,所述第一激光器单管与所述第二激光器单管的数量相同或者相差一个。
根据本发明的一个实施例,所述全反射镜包括平面反射镜或反射棱镜。
根据本发明的一个实施例,所述准直透镜为快轴准直透镜。
根据本发明的一个实施例,所述透过部镀有增透膜,所述反射部镀有全反射膜。
根据本发明的一个实施例,多个所述第一激光器单管的第一端的端面共面,多个第二激光器单管的第一端的端面共面。
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是本发明又一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是图3的立体示意图。
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是本发明一实施例提出的高亮度外腔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。第一激光器单管8的第一端和第二激光器单管9的第一端相对设置,且第一激光器单管8的轴线与第二激光器单管9的轴线不共线。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在外腔内折返振荡,进行相干合束,并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。光束在外腔内折返振荡时形成了Z字形光路。
根据本发明实施例的高亮度外腔半导体激光器,利用相对设置的两个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,让满足特定角度的光起振和放大。本发明实施例利用两个激光器单管进行相干合束,成本较低,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。
在一些实施例中,参照图2,外腔镜包括全反射镜5和部分透过镜7。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,全反射镜5可以使用平面反射镜,也可以使用反射棱镜。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。在一个实施例中,如图2所示,全反射镜5和第二激光器单管9布置在同一侧,部分透过镜7和第一激光器单管8布置在另一侧。在另一个实施例中,全反射镜5和第一激光器单管8布置在同一侧,部分透过镜7和第二激光器单管9布置在另一侧。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。
在一些实施例中,参照图2,第一激光器单管8和第二激光器单管9的第一端的前方配有一个准直透镜10,第一激光器单管8和第二激光器单管9的第一端为透过部,第一激光器单管8和第二激光器单管9的第一端和第二端之间为结区;第一激光器单管8和第二激光器单管9的第二端为反射部。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;反射部用于反射光束2,结区用于对光束2进行谐振放大。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,光束是从一端的解理面输出的。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。在一个示例中,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。
作为一种可能实现的方式,透过部镀有增透膜,反射部镀有全反射膜。增透膜可以增加光的透过率。全反射膜可以使反射部有足够的反射率。
在一些实施例中,参照图2,第一激光器单管8射出的光束2与第一激光器单管8的轴线存在第一夹角,第二激光器单管9射出的光束2与第一激光器单管8的轴线存在第二夹角,其中第一夹角等于第二夹角。在实际使用时,第一夹角和第二夹角没有具体的设定标准,但要保证光束2是与激光器单管的轴线偏离的。
在一些实施例中,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。参照图2,第一激光器单管8和第二激光器单管9的底部都位于x-z平面上。
图3是本发明又一实施例提出的高亮度外腔半导体激光器的结构示意图。
在一些实施例中,第一激光器单管8和第二激光器单管9的数量可以为多个,第一激光器单管8与第二激光器单管9的数量相同或者相差一个。第一激光器单管8和第二激光器单管9可以使用同一型号的激光器单管。多个第一激光器单管8可以布置在同一侧,多个第二激光器单管9可以布置在另一侧。第一激光器单管8与配套的第二激光器单管9在x方向上的距离可以根据实际的需要来设计。通过增加多个第一激光器单管8和第二激光器单管9,能够进一步提升半导体激光器的输出功率和亮度。
在一些实施例中,多个第一激光器单管8的第一端的端面共面,多个第二激光器单管9的第一端的端面共面。这就是说,每一个第一激光器单管8与配套的第二激光器单管9在x方向上的距离是相等的。这样设计的好处可以节省半导体激光器的空间。
下面结合一个优选实施例,对上述实施例中涉及到的内容进行说明。
结合图3、图4,本优选实施例中,第一激光器单管8和第二激光器单管9各自的数量都为3个,因此一共是6个激光器单管。3个第一激光器单管8并排排列在同一侧,3个第二激光器单管9并排排列在另一侧。第一激光器单管8的第一端和第二激光器单管9的第一端相对设置,且第一激光器单管8的轴线与第二激光器单管9的轴线不共线。激光器单管的第一端可以部分透过,第二端为全反射。激光器单管的第一端的前方配有一个准直透镜10。6个激光器单管与1个全反射镜5、1个部分透过镜7构成外腔。光束2需要以一定的倾斜角度入射和出射激光器单管。光束2每经过一个激光器单管折返,折返至下一个激光器单管,当抵达全反射镜5或者部分透过镜7时,再按原路返回,连续折返形成z字形光路。光束2在腔内增益介质中往返传播,每经过一次得到一次放大。外腔中振荡的光束2经过多个单管起到相干合束的效果,并在部分透过镜7处输出激光。
综和上述实施例的内容,利用多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。
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;
所述第一激光器单管(8)的第一端和所述第二激光器单管(9)的第一端相对设置,且所述第一激光器单管(8)的轴线与所述第二激光器单管(9)的轴线不共线;
通过所述外腔镜的调整,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)在所述外腔内折返振荡,进行相干合束,并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)的第一端的前方配有一个准直透镜(10),所述第一激光器单管(8)和所述第二激光器单管(9)的第一端为透过部,所述第一激光器单管(8)和第二激光器单管(9)的第一端和第二端之间为结区;所述第一激光器单管(8)和所述第二激光器单管(9)的第二端为反射部;
所述透过部用于使所述光束(2)入射和出射;所述反射部用于反射所述光束(2),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)射出的所述光束(2)与所述第一激光器单管(8)的轴线存在第一夹角,所述第二激光器单管(9)射出的所述光束(2)与所述第一激光器单管(8)的轴线存在第二夹角,所述第一夹角等于所述第二夹角。
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)和第二激光器单管(9)的底部所在的平面共面。
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)和所述第二激光器单管(9)的数量为多个,所述第一激光器单管(8)与所述第二激光器单管(9)的数量相同或者相差一个。
7.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,所述全反射镜(5)为平面反射镜或反射棱镜。
8.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。
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,所述反射部镀有全反射膜。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种高亮度外腔半导体激光器,其特征在于,多个所述第一激光器单管(8)的第一端的端面共面,多个第二激光器单管(9)的第一端的端面共面。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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