CN204045929U - 一种抑制互锁模式的二极管激光光谱合成光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抑制互锁模式的二极管激光光谱合成光学系统，包括二极管激光器线阵，从二极管激光器线阵发射的激光光路上还依次包括慢轴转换柱透镜、反射式平面光栅和外腔镜；所述反射式平面光栅与外腔镜之间设置有滤波装置。该二极管激光光谱合成光学系统消除了因互锁模式导致合成激光束远场旁瓣，极大改善了合成光束光束质量，并提高了光谱合成效率。

Description

一种抑制互锁模式的二极管激光光谱合成光学系统

技术领域

本实用新型属于激光器技术领域，具体涉及一种抑制互锁模式的二极管激光光谱合成光学系统；该光谱合成系统能抑制光谱合成二极管激光器中的互锁模式。

背景技术

二极管激光器具有电光效率高、波长覆盖范围广、体积小、重量轻、可靠性高等一系列优点，但目前高功率二极管激光器光束质量较差，发散角大，限制了它的直接应用领域。目前在固体激光系统中，二极管激光器常作为泵浦源，从而降低了系统效率，增加系统的体积、重量。二极管激光光谱合成技术使合成光束的质量与参与合成的子发光单元相当，弥补了二极管激光器光束质量较差的缺点，大大提高了二极管激光器的发光亮度，因此直接利用二极管激光器组成高效、紧凑轻量化的激光系统而不通过中间泵浦的转换过程，是最有希望实现高亮度激光输出的技术方向之一。名为《高亮度波长合成半导体激光线阵》（High-Brightness Wavelength Beam Combined Semiconductor Laser Diode Arrays，Robin K. Huang etal. IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS,2007,19(4),209-211）的文章对基于“光栅＋外腔反馈”的二极管激光光谱合成的原理进行了详细说明。但在二极管各个发光单元经过外腔反馈后，不仅发生了各发光单元的自身锁定，同时还发生了不同单元间的互相耦合锁定，即一个单元发出的激光经过光栅衍射和外腔反射后进入另一个发光单元，从而形成稳定的激光振荡放大。利用自锁模式实现激光波长的选择和合成，是二极管激光器光谱合成的基本原理，但互锁模式会导致输出的合成光束远场产生旁瓣，对光谱合成的效率和输出激光的光束质量造成极大的负面影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了消除二极管激光光谱合成中互锁模式对合成光束质量及合成效率的影响，本实用新型提供一种抑制互锁模式的二极管激光光谱合成光学系统，通过切断互锁模式的光学振荡回路以抑制互锁模式的增益放大，完全消除了合成激光束远场旁瓣，并提高了合成效率。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种抑制互锁模式的二极管激光光谱合成光学系统，包括二极管激光器线阵，从二极管激光器线阵发射的激光光路上还依次包括慢轴转换柱透镜、反射式平面光栅和外腔镜；所述反射式平面光栅与外腔镜之间设置有滤波装置。

在上述技术方案中，所述滤波装置由两面透镜共焦组成。

优先的，在上述技术方案中所述两面透镜均为柱透镜，且所述共焦为虚共焦。

优先的，在上述技术方案中所述两面透镜分别为正透镜和负透镜，所述滤波装置中负透镜靠近外腔镜一侧，正透镜靠近反射式平面光栅一侧。

在上述技术方案中，所述共焦位置位于负透镜靠近外腔镜的焦点处。

在上述技术方案中，所述滤波装置的光轴与外腔镜的法线平行。

在上述技术方案中，所述透镜的材质为光学玻璃、或光学晶体，且材质的表面镀耐强光增透膜。

本实用新型中，滤波装置的核心是利用两共焦柱透镜组成一维的缩束器系统，且该缩束系统的光轴与外腔镜法线平行。采用柱透镜可保证二极管激光器线阵在非合成方向上的发散角不受滤波装置影响。两柱透镜为虚共焦，避免光路中出现功率密度较高的实焦点。该滤波装置抑制互锁模式的原理是：互锁模式的光在经过光栅衍射后其出射方向与外腔镜不垂直，而自锁模式的光经过光栅衍射后的出射方向与外腔镜垂直，当该两种锁定模式的光经过该装置后，互锁模式的光在外腔镜处的入射角增大，导致反射角增大，反射光无法再经过该装置返回发光单元，从而切断了互锁模式增益放大的振荡回路；自锁模式的光由于与装置的光轴重合，通过装置后方向不变，经外腔镜反射再次经过装置返回原发光单元，形成完整的振荡回路。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型中的滤波装置有效的抑制了二极管激光光谱合成光学系统的互锁模式，从而消除了合成激光束远场旁瓣，极大改善了合成光束质量，并提高了光谱合成效率。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型的一种抑制互锁模式的二极管激光光谱合成光学系统示意图；

图2是本实用新型的抑制互锁模式光谱合成系统中的滤波装置的组成示意图；

图3是普通二极管激光光谱合成系统中的自锁和互锁模式振荡回路的示意图；

图4是本实用新型的二极管激光光谱合成系统抑制互锁模式的原理光路示意图；

其中：1是二极管激光器线阵，2是慢轴转换柱透镜，3是反射式平面光栅，4是滤波装置，5是外腔镜，6是正柱透镜，7是负柱透镜。

具体实施方式

如图1所示，一种抑制互锁模式的二极管激光光谱合成光学系统，从二极管激光器线阵发射的激光光路上依次包括慢轴转换柱透镜、反射式平面光栅、滤波装置、外腔镜，滤波装置的光轴与外腔镜的法线平行。

如图2所示，滤波装置的具体结构由一对虚共焦的柱面透镜组成，包括正柱透镜、负柱透镜，共焦位置位于负透镜的右焦点处，且在本系统中，负柱透镜的位置靠近外腔镜一侧，正柱透镜靠近反射式平面光栅一侧；滤波装置在本实用新型中的功能相当于一维缩束器系统。

如图3所示，为普通二极管激光光谱合成系统中的自锁和互锁模式振荡回路的示意图，以二极管激光器线阵中包含的两个发光单元a、b为例作具体说明：a发出的光由于其中包含不同波长的光波成分，经过反射式平面光栅的衍射，分成不同的方向出射，以其中两种不同波长的光为例，出射方向分别为a1、a2；a1的方向与外腔镜垂直，经外腔镜反射后沿原光路返回发光单元a，从而形成自锁模式的完整振荡回路；a2的方向与外腔镜5不垂直，其反射光a3经过反射式平面光栅衍射后沿b0方向达到发光单元b，从而形成发光单元a、b间互锁模式的完整振荡回路。由于a1、a2在外腔镜处均为部分反射、部分透射，但透射方向不一致，a1透射光在远场表现为主瓣，a2透射光在远场表现为旁瓣，旁瓣增大了合成光束的远场发散角，严重影响合成光束质量。

如图4所示，为本实用新型的二极管激光光谱合成系统抑制互锁模式的原理光路示意图，其核心在于在反射式平面光栅与外腔镜之间增加滤波装置。a1的方向由于与滤波装置的光轴平行，经过滤波装置后出射光束a11方向与a1保持平行，与外腔镜垂直，经外腔镜反射后沿原光路返回发光单元a，形成自锁模式的振荡回路；而a2方向由于与滤波装置的光轴不平行，经过滤波装置后出射光束a21与滤波装置的光轴夹角被放大，a21在外腔镜的入射角也相应增大，其反射光a3无法再通过滤波装置回到发光单元b，相当于互锁模式的振荡回路被切断了，因此该振荡模式被抑制，从而提高了自锁模式的合成效率，且远场中不出现旁瓣，极大改善了合成光束的光束质量。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。 

Claims (7)

1.一种抑制互锁模式的二极管激光光谱合成光学系统，包括二极管激光器线阵，从二极管激光器线阵发射的激光光路上还依次包括慢轴转换柱透镜、反射式平面光栅和外腔镜；其特征在于所述反射式平面光栅与外腔镜之间设置有滤波装置。

2.根据权利要求1所述的一种抑制互锁模式的二极管激光光谱合成光学系统，其特征在于所述滤波装置由两面透镜共焦组成。

3.根据权利要求2所述的一种抑制互锁模式的二极管激光光谱合成光学系统，其特征在于所述两面透镜均为柱透镜，且所述共焦为虚共焦。

4.根据权利要求2所述的一种抑制互锁模式的二极管激光光谱合成光学系统，其特征在于所述两面透镜分别为正透镜和负透镜，所述滤波装置中负透镜靠近外腔镜一侧，正透镜靠近反射式平面光栅一侧。

5.根据权利要求2或4所述的一种抑制互锁模式的二极管激光光谱合成光学系统，其特征在于所述共焦位置位于负透镜靠近外腔镜的焦点处。

6.根据权利要求1所述的一种抑制互锁模式的二极管激光光谱合成光学系统，其特征在于所述滤波装置的光轴与外腔镜的法线平行。

7.根据权利要求2所述的一种抑制互锁模式的二极管激光光谱合成光学系统，其特征在于所述透镜的材质为光学玻璃或光学晶体，且材质的表面镀耐强光增透膜。