專利名稱：大功率半導(dǎo)體激光陣列的光纖相干耦合方法及光纖整形器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過光纖對大功率半導(dǎo)體激光陣列進行光束整形，實現(xiàn)外腔鎖相、改善光束質(zhì)量的方法及裝置，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光陣列(這里包括一維半導(dǎo)體激光陣列和二維半導(dǎo)體激光陣列即半導(dǎo)體激光疊層陣列(stack)，疊層陣列是由一維陣列疊放在一起構(gòu)成的)是實現(xiàn)高功率輸出的有效技術(shù)途徑。由于半導(dǎo)體激光陣列(DLA)各發(fā)光單元是非相干的，所以激光器的輸出在空間上也是非相干的，光束質(zhì)量差。外腔鎖相相干耦合技術(shù)在半導(dǎo)體激光陣列外形成新的諧振腔來鎖定每個激光單元的位相，可以獲得相干耦合的輸出，從而改善了輸出光的光束質(zhì)量。
目前的外腔鎖相技術(shù)，通過在半導(dǎo)體激光器外加入具有一定反射率的外腔鏡，利用光線在外腔中傳播時發(fā)生的衍射以及外腔鏡的反饋作用，人們成功地實現(xiàn)了陣列發(fā)光單元間的相互耦合。同時在外腔中插入可調(diào)相位元件、空間濾波器，或使外腔鏡位于整數(shù)、分數(shù)倍TALBOT距離處實現(xiàn)外腔鎖相。但外腔鎖相相干耦合技術(shù)只能保證相鄰發(fā)光單元之間有很強的耦合，并不能形成真正意義上的“并聯(lián)耦合”，這是造成不能獲得大功率激光輸出的一個主要原因。只有當每個半導(dǎo)體發(fā)光單元相等的耦合到其它單元時，整個DLA才能會有強耦合，這種耦合稱為“并聯(lián)耦合”。其次，DLA封裝在冷卻熱沉上時，不可避免地出現(xiàn)變形，從而使DLA發(fā)光單元不再在水平線上，即所謂的“Smile”現(xiàn)象。受“Smile”的影響，半導(dǎo)體激光器陣列的周期結(jié)構(gòu)被打斷，外腔反饋回的光束不能有效地耦合到半導(dǎo)體發(fā)光單元中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種新的方法及裝置，加大半導(dǎo)體激光陣列外腔鎖相過程的“并聯(lián)耦合”程度提出引入光纖到半導(dǎo)體激光器外腔內(nèi)(即半導(dǎo)體激光陣列和外腔鏡之間)，實現(xiàn)半導(dǎo)體激光陣列外腔鎖相相干耦合。通過引入光纖到半導(dǎo)體激光器外腔內(nèi)，起到(一)利用光纖柔韌、傳輸能量低衰減的特點，1、實現(xiàn)一維半導(dǎo)體激光陣列發(fā)光單元一維周期排列到二維周期排列的轉(zhuǎn)變；2、實現(xiàn)二維半導(dǎo)體激光陣列(疊層陣列)發(fā)光單元二維周期排列到另一種不同的二維周期的轉(zhuǎn)變，可從根本改變了半導(dǎo)體激光疊層陣列發(fā)光單元在兩個維度上周期尺度的差別。
(二)另一方面光纖端面輸出的光，由外腔鏡反饋回光纖中再到DLA中實現(xiàn)外腔鎖相相干耦合，光纖在整個過程中是雙向傳輸光的。
本發(fā)明的大功率半導(dǎo)體激光陣列的光纖相干耦合方法，具體為將光纖引入到半導(dǎo)體激光器外腔內(nèi)的半導(dǎo)體激光陣列和外腔鏡之間，通過設(shè)置在半導(dǎo)體激光陣列后端的微透鏡壓縮半導(dǎo)體激光陣列(一維半導(dǎo)體激光陣列，N個發(fā)光單元位于一條水平線上；二維半導(dǎo)體激光陣列，N個發(fā)光單元則位于多條水平線上)的每個發(fā)光單元的快軸放散角，使半導(dǎo)體激光陣列的N個發(fā)光單元發(fā)射的光一對一耦合進N根光纖中，利用光纖的柔韌性，在光纖另一端把光纖重排為具有二維周期的光纖陣列，則一維半導(dǎo)體激光陣列的N個光束從一維排列整形為二維周期排列；同時二維半導(dǎo)體激光陣列的N個光束從新具有另一種周期和排列形狀。光再從外腔鏡反饋回光纖束，再到DLA中從而實現(xiàn)了外腔鎖相相干耦合。
光纖可被重排為圓形或者多邊形或者橢圓形等兩維形狀，具有不同的排列周期、順序。
根據(jù)本發(fā)明的大功率半導(dǎo)體激光陣列的光纖相干耦合方法所設(shè)計的光纖整形器，具體結(jié)構(gòu)參見圖1-5，光纖整形器放置在半導(dǎo)體激光陣列和外腔鏡之間，包括有對準固定套3、光纖4和重排固定套5；其中，對準固定套3靠近半導(dǎo)體激光陣列1，經(jīng)微透鏡壓縮的光束一對一耦合進對準固定套3固定的光纖4中，重排固定套5將二維排列的光纖4另一端重新排列并固定。
所述的對準固定套包括底板、蓋板，底板上設(shè)置用來卡住光纖的V型槽，對準固定套3與半導(dǎo)體激光列陣1相對應(yīng)的端面拋光，參見圖3。
所述的重排固定套5的套管材料可為玻璃或金屬或陶瓷，重排固定套5與光纖4相連的端面拋光，參見圖5、6。
本發(fā)明引入光纖即光纖整形器使DLA發(fā)光單元轉(zhuǎn)為二維周期排列的原理為DLA的N個發(fā)光單元發(fā)射的光一對一耦合進光纖(即光纖整形器的對準固定套固定的N根光纖)中，光傳輸過光纖整形器，再從光纖另一端(即重排固定套中的N根光纖)發(fā)射出來，再經(jīng)外腔鏡反射回(重排固定套端的)光纖中，那么從每根光纖傳向外腔鏡的光相當于DLA上的一個發(fā)光單元，所以(重排固定套端的N根)光纖的不同排列形狀和周期對應(yīng)著具有不同發(fā)光單元排列形狀和周期的DLA；發(fā)光單元(指重排固定套端N根光纖)的填充因子(即發(fā)光單元的面積與單元數(shù)量乘積占整個發(fā)光區(qū)域的百分比)相應(yīng)下降，減小了從外腔鏡反饋回光纖束的衍射損耗，進而較少了反饋回半導(dǎo)體激光陣列的損耗；發(fā)光單元(指重排固定套端N根光纖)呈二維周期排列，相鄰單元的個數(shù)增加將有利于實現(xiàn)并聯(lián)耦合、提高外腔鎖相相干程度；另一方面，受到“Smile”效應(yīng)影響造成DLA的周期結(jié)構(gòu)被打斷現(xiàn)象，可以通過光纖重排即光束重排得到解決。通過本發(fā)明的光纖整形器的對準固定套3上設(shè)置的V型槽固定光纖，從而使光纖與DLA發(fā)光單元精密對準。
本發(fā)明實現(xiàn)了發(fā)光光束重排，提高了大功率半導(dǎo)體激光陣列相干耦合度。


圖1.本發(fā)明大功率半導(dǎo)體激光陣列的光纖相干耦合方法及裝置示意圖；圖2.光纖整形器示意圖；圖3.光纖整形器的對準固定套3的端面，光纖固定于V型槽上；圖4.光纖整形器重排固定套5的端面，光纖呈正四邊形排列(集束端面光纖呈m×m排列)；圖5.光纖整形器重排固定套5的端面，光纖呈圓形；圖中，1、DLA 2、微透鏡 3、對準固定套 4、光纖 5、重排固定套6、外腔鏡 7、底板 8、蓋板具體實施方式
下面結(jié)合附圖，具體說明本發(fā)明的應(yīng)用光纖整形器的制作對準固定套3，首先把一端光纖去除涂覆層成為裸纖，把裸纖排列在V型槽底板上，蓋上蓋板(蓋板形狀可以是平板蓋板、V型槽形蓋板)，再涂上固化膠固定光纖(對于二維半導(dǎo)體激光陣列，則需把固定好的光纖一層層疊放固定在一起)；重排固定套5一端，同樣除去涂覆層成裸纖，光纖呈二維排列利用膠固定在重排固定套中，重排固定套5的端面可做成正四邊形，參見圖4，也可做成圓形，參見圖5。光纖整形器對準固定套3、重排固定套5端面再拋光。之后，光纖整形器插入大功率半導(dǎo)體激光陣列與外腔鏡之間，利用調(diào)節(jié)裝置及能量、光譜、顯微監(jiān)測實現(xiàn)精密對準耦合，最終實現(xiàn)外腔鎖相相干耦合，達到改善光束質(zhì)量的目的。
權(quán)利要求
1.大功率半導(dǎo)體激光陣列的光纖相干耦合方法，其特征在于將光纖引入到半導(dǎo)體激光器外腔內(nèi)的半導(dǎo)體激光陣列和外腔鏡之間，通過設(shè)置在半導(dǎo)體激光陣列后端的微透鏡壓縮半導(dǎo)體激光陣列的每個發(fā)光單元的快軸發(fā)散角，使半導(dǎo)體激光陣列的N個發(fā)光單元一對一耦合進N根光纖中，利用光纖的柔韌性，在光纖另一端把光纖重排為具有二維周期的光纖陣列，使N個光束從一維排列整形為二維周期排列；對于二維半導(dǎo)體激光陣列，則使N個光束具有與原來不同的二維周期和排列形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率半導(dǎo)體激光陣列的光纖相干耦合方法，其特征在于光纖被重排為圓形或者多邊形或者橢圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率半導(dǎo)體激光陣列的光纖相干耦合方法所設(shè)計的光纖整形器，其特征在于光纖整形器放置在半導(dǎo)體激光陣列(1)和外腔鏡(6)之間，包括有對準固定套(3)、光纖(4)和重排固定套(5)；其中，對準固定套(3)靠近半導(dǎo)體激光陣列(1)，經(jīng)微透鏡(2)壓縮的光束一對一耦合進對準固定套(3)固定的光纖(4)中，重排固定套(5)將二維排列的光纖(4)另一端重新排列并固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖整形器，其特征在于所述的對準固定套3包括底板(7)、蓋板(8)，底板上設(shè)置用來卡住光纖的V型槽，蓋板為平板蓋板或者V型槽形蓋板。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖整形器，其特征在于所述的重排固定套(5)的套管的材料為玻璃或金屬或陶瓷，重排固定套(5)與光纖(4)相連的端面拋光。
全文摘要
本發(fā)明為大功率半導(dǎo)體激光陣列的光纖相干耦合方法及光纖整形器，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。特征在于將光纖引入到半導(dǎo)體激光陣列和外腔鏡之間，通過微透鏡壓縮每個發(fā)光單元的快軸發(fā)散角，使N個發(fā)光單元一對一耦合進N根光纖中，利用光纖的柔韌性，在光纖另一端把光纖重排為具有二維周期的光纖陣列。所設(shè)計的光纖整形器放置在半導(dǎo)體激光陣列(1)和外腔鏡(6)之間，包括有對準固定套(3)、光纖(4)和重排固定套(5)；經(jīng)微透鏡(2)壓縮的光束一對一耦合進對準固定套固定的光纖中，重排固定套將二維排列的光纖另一端重新排列并固定。本發(fā)明實現(xiàn)了發(fā)光光束重排，提高了大功率半導(dǎo)體激光陣列相干耦合度。
文檔編號G02B6/42GK1738119SQ20051008711
公開日2006年2月22日 申請日期2005年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月27日
發(fā)明者王智勇, 左鐵釧, 馬春雨, 初新俊 申請人:北京工業(yè)大學(xué)