CN1252901A - 激光装置 - Google Patents

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Abstract

具有至少一个激光二极管阵列的激光装置具有很多并列排列的激光二极管,在其中,安排有一个外部的谐振器,以便将单个激光二极管的模式耦合在一起。

Description

激光装置
本发明涉及到具有至少一个激光二极管队列的激光装置。
激光二极管阵列例如是从R.Paul，光电子半导体部件，Teubner学习讲稿，第二版B.G.Teubner斯图加特1992年第205，206页中已知。这样的激光二极管阵列可以达到高发射功率、高发射密度和效率。
对于很多种应用，例如作为材料加工或打印机应用来说，准备照射在工件上所需要的功率为10W-10kW，当功率密度为0.1和10MW/cm2时。为了满足这个要求，当前最好使用固体激光器(例如Nd：YAG，….)。这样两极的系统，必须借助于闪光灯或半导体激光器将光抽取出来，在技术上是复杂的，和达到的变换效率仅为2至15％。此外用灯抽取的系统在维护上是很麻烦的。
用激光二极管虽然能达到所需要的功率密度，但是在一个空间相关的模式下，最大功率大约仅为0.2W，以及与半导体放大器组合时大约为1W。
因此本发明的任务是，开发一种激光装置，用这种激光装置在一个空间相关模式下，可以达到一个提高了的最大功率。
此任务是通过具有一个激光二极管队列的激光装置解决的，激光二极管队列具有很多相互并列的不相关的，也就是侧面不耦合的激光二极管，和一个在外部的谐振器。在谐振器中为了将单个的激光二极管的模式耦合，谐振器具有一个无源的平面的波导结构。
在这种激光装置中，有利地使用了很稳定的、非耦合的激光二极管(最好是单模式的激光二极管)。
此外还有特殊的优点，无源的平面的波导结构是单模的制造在唯一的装配平面上(在运行中是可以被冷却的)，从而不仅达到高调整精度，而且由于平均的温度分布和温度稳定性，波导达到了高稳定性。
波导结构最好是用一种平面混合-波导技术制造的(例如在Si上的SiO2，扩散的，离子交换的，沉积的玻璃)。
在装配平面上为了进一步优化可以用简单的方法，将平面透镜和光栅结构附加地安排在波导结构上。
激光装置有利的进一步结构是从属权利要求的内容。
在激光装置的一个特别有利的实施例中，激光二极管阵列是具有单模的激光二极管并且是一个安排了具有分支波导的光学装置。在这个装置中，单个激光二极管的激光发射是可以耦合的。光学装置将单个的，并排排列的激光二极管的激光射线聚积在一个比激光二极管的数目少的，特别是聚积在唯一的一个输出波导上。
在一个另外的特别有利的实施例中，激光二极管阵列具有多模式的激光二极管，特别是宽带激光二极管，并且同样有一个具有分支波导的光学装置。在这个激光装置中，单个激光二极管的激光射线是可以耦合的，并且激光装置将这个激光射线聚积在一个比激光二极管数目少的，特别是聚积在唯一的一个输出波导上。单模的波导在面向激光二极管阵列的端部具有锥形结构，这种锥形结构将单个激光二极管的激光射线尽可能绝热地连接到各个从属的单模波导上。多模宽带激光阵列的优点是允许很高的平面功率密度。
在上述两种情况的光学装置中，有一个有利的二元的树状分支结构。然而每个任意的其它的N：1-分支结构也是可以想象的。
在激光装置的一个另外的有利的进一步结构中，输出波导为了纵向模式选择附加了一个DFB(分布式反馈)-光栅结构。
波导结构可以有利地、有选择性地对上述实施例作为多模-干涉滤波器(MMI用平面技术)。
上述发明使一个紧凑的并且特别适合于制冷技术的具有空间(和时间)相关输出的和例如对于材料加工、打印机技术和医学应用的最高功率密度的功率激光二极管的实现成为可能。平面光学谐振器将单个发射器(激光二极管)的发射相关地耦合在谐振器输出端的一个多模波导上。
下面借助于实施例与附图1至8进一步地叙述激光装置另外的有利的实施例和改进。附图表示：
附图1在一个外部谐振器中的激光二极管阵列的简图，
附图2在具有模式滤波器的一个外部谐振器中的激光二极管阵列的简图，
附图3按照第一个实施例的一个激光装置的简图，
附图4按照第二个实施例的一个激光装置的简图，
附图5按照第三个实施例的一个激光装置的简图，
附图6按照第四个实施例的一个激光装置的简图，
附图7按照第五个实施例的一个激光装置的简图和
附图8按照第六个实施例的一个激光装置的简图。
在附图上相同的或相同作用的部分始终使用相同的符号。
在附图1的装置上，一个激光二极管阵列1，例如一个功率-半导体激光二极管阵列是安装在一个外部的光学谐振器上。这个功率-半导体激光二极管阵列只在振荡器这一边具有一个谐振器反射镜层。外部的光学谐振器可以用自由射线技术或者用平面波导技术实现，并且有一个光学相位板用以修正相位前沿。
在附图2的装置上的外部光学谐振器上，为了模式选择安排有一个模式光圈(例如一个单模式纤维)。这个单模式光圈，或者是在谐振器内，或者可以与一个谐振器反射镜实现连接。
按照附图3的实施例，是一个单模-激光二极管阵列1，耦合在一个无源的单模-波导板2上。单模-波导板2有一个以单模-波导7的一个二元分支树形式的无源的平面单模-波导-分支结构6。从唯一的一个输出波导4出发向激光二极管阵列1方向分成很多个单模波导7。而波导的数目相当于激光二极管阵列1的单个激光二极管的数目。在这个实施例中，激光二极管阵列1的单个并列排列的激光二极管的激光射线，借助于很多二元的分支3相关地耦合在唯一的输出波导4上。
在附图4的实施例中，一个多模-激光二极管阵列1，同样与具有一个无源的平面单模-波导-分支结构6的一个无源的单模-波导板2相耦合。这原则上与附图3是相对应的。但是单模-波导在其面向激光二极管阵列1的方向有一个锥形结构5。这种锥形结构将所得到的各个从属于单个激光二极管的激光射线连接到从属于单模波导7上。
在附图5的实施例中，这原则上与附图3的实施例相对应，在输出波导4上附加一个DFB-光栅结构。从而可以得到一个信号-模式-运行。
附图6的实施例与附图4的实施例的区别是，有一个多模-干涉滤波器8替代波导板2。
在附图7的实施例中，这原则上与附图3的实施例相对应，波导附加有相位位移器10，并且此外谐振器至少包括有一个吸附介质11作为模式选择。这两个部件，相位位移器10和吸附介质11，可以完全相互无关地被使用，这样就可以有选择地只实现两个中的一个或者可以实现两个部件。
在附图8的实施例中，为了模式选择具有弯曲的单模波导7。波导将激光射线聚积到多个或，如附图表示的，聚积到唯一的一个输出波导4上。
在上述实施例的特别有利的实施形式中，为了减少激光二极管阵列1和无源的平面波导结构6之间的耦合损失和反向反射，将波导7和/或激光二极管由于绝热的锥形扩展和/或被扩展的耦合地点安排得与激光二极管的光轴倾斜。
在一个另外的有利的激光装置上，光学谐振器在单模的波导上或激光二极管上有一个相位板，或可单个调整的平面光学相位移位器作为相位前沿的修正用。
有利的是激光二极管阵列1和无源的平面波导结构是单模地集成在一起的。

Claims (13)

1.激光装置，具有一个激光二极管队列(1)，有很多并列排列的不相关的激光二极管，和一个外部的谐振器，在其中，外部的谐振器为了将单个的激光二极管的模式耦合在一起，有一个无源的平面波导结构(6)。
2.按照权利要求1的激光装置，在其中，激光二极管是单模的激光二极管。
3.按照权利要求1或2的激光装置，在其中，无源的平面波导结构(6)具有分支的单模波导(7)，单个激光二极管的激光射线是可以耦合的，并且将这个激光射线连接到一个比激光二极管的数目少的，特别是连接到唯一的一个输出波导(4)上。
4.按照权利要求1的激光装置，在其中，激光二极管是多模的激光二极管，特别是宽带激光器。
5.按照权利要求1或4的激光装置，在其中，无源的平面波导结构(6)有分支的单模的波导(7)，单个的激光二极管的射线是可以耦合在其上的，并且将这个激光射线连接到一个比激光二极管少的，特别是连接到唯一的一个输出波导(4)上，并且在其上，单模的波导在面向激光二极管阵列(1)的端部有锥形结构(5)，这个锥形结构将单个的激光二极管的激光射线连接到各个从属的单模的波导(7)上。
6.按照权利要求3或5的激光装置，在其中，无源的平面波导结构(6)有一个二元的分支树。
7.按照权利要求3或5的激光装置，在其中，无源的平面波导结构(6)有一个N：1分支。
8.按照权利要求7的激光装置，在其中，用于模式选择的波导结构(6)有弯曲的单模的波导(7)。
9.按照权利要求3或5至8之一的激光装置，在其中，输出波导(4)有一个DFB-光栅结构(9)。
10.按照权利要求1的激光装置，在其中，外部的谐振器是构造成为多模-干涉滤波器(8)。
11.按照权利要求1至10之一的激光装置，在其中，激光二极管队列(1)有功率-半导体激光二极管。
12.按照权利要求1至11之一的激光装置，在其中，至少一个模式选择(11)装置是从属于无源的平面波导结构(6)的。
13.按照权利要求12的激光装置，在其中，用于模式选择(11)的装置是一个吸附的结构。
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