CN214044331U - 一种蓝光多单管平行双光栅外腔反馈合束装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于蓝光半导体激光器技术领域，涉及一种蓝光多单管平行双光栅外腔反馈合束装置。包括：蓝光半导体激光器单管模块，转换透镜，平行双光栅结构，外腔反馈镜，半波片，反射镜组，偏振分光棱镜，波长合束的单光栅结构。本实用新型针对蓝光半导体激光多单管组合光束线宽压缩，可获得高功率，高光束质量的激光。

Description

一种蓝光多单管平行双光栅外腔反馈合束装置

技术领域

本实用新型属于蓝光半导体激光器技术领域，更具体地，涉及一种蓝光多单管平行双光栅外腔反馈合束装置，针对蓝光半导体激光多单管组合光束线宽压缩，获得高功率，高光束质量的激光。

背景技术

大功率蓝光半导体激光器电光效率高、体积小、质量轻、寿命长、性能稳定、可靠性好、加工金属的速度更快，效率更高，应用在电动车电极、电子元器件、航空航天领域中的铜基等高红外激光反射材料的增材制造和焊接加工中。然而，单个二极管功率有限，目前最高仅为4-5W。多个二极管的光束整合在一起，才能得到高功率输出。这样的结果是，蓝光半导体激光器的光束质量往往较差，但通过光束准直、光束整形、空间合束、偏振合束和光纤耦合技术等技术，可以提高输出功率和光束质量。

蓝光半导体激光器合束技术主要有空间合束、偏振合束、光谱合束等等。多个蓝光半导体激光单管光谱合束后，输出光束的整体线宽，决定了蓝光半导体激光单管能参与光谱合束的个数。实现合束后窄线宽输出，成为实现多个蓝光半导体激光单管光谱合束的关键。

蓝光半导体激光单管光谱合束后线宽的重要性，具体体现在两个方面：1、半导体激光单管的增益带宽有限，想要增加单管合束数量，需要每个发射级有更窄的辐射谱宽以及光谱间隔；2、光栅的衍射效率与波长有关，通常只在某一波长范围内具有较高的衍射效率。

合束后输出的整体线宽，随着参与合束的半导体激光单管个数增加而增大。由于受到光栅衍射效率的限制，单管个数增加的越多，输出整体线宽越宽，偏离光栅最大衍射效率的波长越远，整体合束的效率就会降低。

通过传统单光栅外腔反馈的光谱合束方法，一个光栅对应一个发光模块，在理想情况下，输出光束的光束质量与单个发光模块的光束质量相同，但是，合束之后光谱谱线变宽，并且昂贵的光栅往往利用率不高。

实用新型内容

本实用新型专利目的在于实现更多的蓝光半导体单管合束，压缩合束后谱线宽度，提高整体输出功率，提高光栅利用效率，能获得高功率、高光束质量的多蓝光半导体激光单管光谱组束光源。

为实现上述目的，本实用新型专利提供如下技术方案，该实用新型所涉及的装置包括：蓝光半导体激光器单管模块1-1,1-2,…2-3′，沿蓝光的光路方向上依次设有转换透镜3,3′,3,3″′，平行双光栅结构4,4′，外腔反馈镜6,6′,6″,6″′，半波片7,7′，反射镜组5,5′,9,10，偏振分光棱镜8,8′，波长合束的单光栅结构11。本实用新型采用两个平行双光栅结构，利用外腔反馈锁定波长，实现从多个蓝光半导体单管模块出来的蓝色激光合束成为四束光，再利用偏振合束分别合成两束光，这两束光经过一个单光栅结构进行波长合束，最后合成一道高功率高光束质量的光束。

优选的，所述的蓝光半导体激光器单管模块由蓝光半导体激光器单管、快轴准直镜、慢轴准直镜组成，能实现高光束质量的单管蓝色激光输出。为了扩大半导体激光器本身的增益波长范围，这些单管结构只要增益光谱和位置满足具有相同衍射角的光栅方程即可。

优选的，多个蓝光半导体激光器单管模块输出的激光在经过调光后，互相平行输出。经过转换透镜后，以不同角度入射到平行双光栅结构。

优选的，入射到平行双光栅结构的光束偏振方向与光栅要求的偏振方向相同。

优选的，平行双光栅结构由两块互相平行的光栅组成，均以littrow结构放置。

作为本实用新型的进一步优选，蓝光半导体激光器单管模块位于转换透镜焦平面处，双光栅结构中第一块光栅的中心距离转换透镜稍小于转换透镜后焦距。

作为本实用新型的进一步优选，外腔反馈镜为表面镀有一定反射率薄膜的透镜，反射率为5％—10％，与平行双光栅结构的衍射光方向垂直，它为整个系统提供了反馈光，并锁定波长。

作为本实用新型的进一步优选，半波片和偏振分光棱镜的适用光谱范围大于外腔反窥镜输出蓝色激光光束的谱宽，且抗损伤阈值高。

作为本实用新型的进一步优选，两束偏振合束后的光以不同角度入射到单光栅结构，单光栅以littrow结构放置。

作为本实用新型的进一步优选，半导体激光单管的前腔面以及快慢轴准直透镜、转换透镜和衍射光栅等腔内各个元件的表面镀增透膜，以降低由元件表面反射或散射引起的功率损耗和模式竞争，提高光谱合束的合束效率。

本实用新型专利的优点在于：合束后的光束质量高；平行双光栅结构压缩了合束光的线宽，可参与合束的蓝光半导体单管数量多，合束后功率高；光栅利用率高。

附图说明

图1为本实用新型专利装置总体结构示意图；

图2为本实用新型专利蓝光半导体激光器单管模块示意图；

图3为本实用新型专利平行双光栅结构示意图；

图4为本实用新型专利偏振合束示意图；

图5为本实用新型专利单光栅波长合束结构示意图。

附图序号含义为：1-1、1-2、1-3、1-1′、1-2′、1-3′、2-1、2-2、2-3、2-1′、2-2′、2-3′.蓝光半导体激光器单管模块；3、3′、3、3″′.转换透镜；4、4′.平行双光栅结构；5、5′、9、10.反射镜组；6、6′、6″、6″′.外腔反馈镜；7、7′.半波片；8、8′.偏振分光棱镜；11.单光栅结构；12.蓝光半导体激光器单管；13.蓝光半导体激光器单管输出面；14.快轴准直镜；15.慢轴准直镜；16.双光栅结构第一个光栅；17.双光栅结构第二个光栅。

具体实施方式

本实用新型专利为一种多单管蓝光半导体激光器平行光栅外腔反馈合束装置，如图1所示，两个完全相同蓝光半导体激光器单管模块1-1,1-2,1-3,1-1′,1-2′,1-3′为第一组，对称放置在平行双光栅结构4法线的两侧，两个完全相同蓝光半导体激光器单管模块2-1，2-2，2-3，2-1′，2-2′,2-3′为第二组，对称放置在平行双光栅结构4′法线的两侧。这两组除了波长不同、以及第二组多了两个用于后续光谱合束角度变换的反射镜之外，其余结构完全相同。下面只叙述第一组的具体结构。

如图2所示，几个蓝光半导体激光器单管12发出的线偏振蓝色激光，经快轴准直镜14和慢轴准直镜15后，实现高光束质量的激光输出。如图3所示，这些高质量的输出激光在经过转换透镜3,3′后，入射到平行双光栅结构上，由于光栅的色散作用以及第一块光栅的中心离转换透镜稍小于转换透镜后焦距，所以这些包含不同波长成分的、以不同角度入射到第一块光栅16的光束会继续以不同的角度入射并聚焦到第二块光栅17上，然后以相同的衍射角出射，如图3所示，其中两块光栅都按littrow结构放置。衍射光垂直入射到外腔反馈镜，一部分光透过外腔反馈镜输出，另一部分按原光路返回，从而实现反馈回路，蓝光半导体激光单管输出面13与外腔反馈镜之间形成振荡腔，只有满足特定波长条件和入射角度的光束才能起振，可以假设这些波长分别为λ_1-1，λ_1-2，λ_1-3。合束之后中心波长为λ₁。这样，从外腔反窥镜6，6′输出了波长为λ₁的合束线偏振光，在理想情况下，光束质量和每个单管模块激光的光束质量相同。

如图4所示，从两个外腔反馈镜分别输出的两束光，其中一束经过半波片7后，其偏振方向改变90度，与另外一束通过反射镜5作用的光束通过偏振分光棱镜8实现偏振合束，输出了中心波长为λ₁的高功率高光束质量光束。

同样地，如图1所示，另外一组输出了波长为λ₂的高功率高光束质量光束，在反射镜9，10的作用下，与前一组共同入射到单光栅结构11中进行波长合束。如图5所示，两束波长分别为λ₁和λ₂的光束，其波长和入射角满足光栅方程，从单光栅11出射后衍射角相同，从而合束成了一束波长成分为λ₁+λ₂的高功率高光束质量的合束蓝色激光。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种蓝光多单管平行双光栅外腔反馈合束装置，其特征在于，包括：蓝光半导体激光器单管模块，沿蓝光的光路方向上依次设有转换透镜、平行双光栅结构、外腔反馈镜、半波片、反射镜组、偏振分光棱镜和单光栅结构，所述平行双光栅结构的数量为两个，所述单光栅结构的数量为一个。

2.如权利要求1所述的蓝光多单管平行双光栅外腔反馈合束装置，其特征在于，所述的蓝光半导体激光器单管模块由蓝光半导体激光器单管、快轴准直镜、慢轴准直镜组成。

3.如权利要求2所述的蓝光多单管平行双光栅外腔反馈合束装置，其特征在于，所述蓝光半导体激光器单管模块为多个，所述多个蓝光半导体激光器单管模块输出的激光在经过调光后，互相平行输出，经过所述转换透镜后，以不同角度入射到所述平行双光栅结构。

4.如权利要求3所述的蓝光多单管平行双光栅外腔反馈合束装置，其特征在于，入射到所述平行双光栅结构的光束偏振方向与所述平行双光栅结构要求的偏振方向相同。

5.如权利要求4所述的蓝光多单管平行双光栅外腔反馈合束装置，其特征在于，所述平行双光栅结构由两块互相平行的光栅组成，均以littrow结构放置。

6.如权利要求5所述的蓝光多单管平行双光栅外腔反馈合束装置，其特征在于，所述蓝光半导体激光器单管模块位于转换透镜焦平面处，所述平行双光栅结构中第一块光栅的中心距离转换透镜稍小于转换透镜后焦距。

7.如权利要求6所述的蓝光多单管平行双光栅外腔反馈合束装置，其特征在于，外腔反馈镜为表面镀有一定反射率薄膜的透镜，反射率为5％—10％，与平行双光栅结构的衍射光方向垂直，它为整个系统提供了反馈光，并锁定波长。

8.如权利要求7所述的蓝光多单管平行双光栅外腔反馈合束装置，其特征在于，半波片和偏振分光棱镜的适用光谱范围大于外腔反窥镜输出蓝色激光光束的谱宽，且抗损伤阈值高。

9.如权利要求8所述的蓝光多单管平行双光栅外腔反馈合束装置，其特征在于，两束偏振合束后的光以不同角度入射到单光栅结构，单光栅以littrow结构放置。

10.如权利要求9所述的蓝光多单管平行双光栅外腔反馈合束装置，其特征在于，半导体激光单管的前腔面以及快慢轴准直透镜、转换透镜和衍射光栅等腔内各个元件的表面镀增透膜，以降低由元件表面反射或散射引起的功率损耗和模式竞争，提高光谱合束的合束效率。

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