專利名稱：用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種功率擴展器，具體涉及一種用于半導(dǎo)體激光器的功率擴展
O
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光二極管(LD)由于具有體積小、重量輕、壽命長、電光轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用在民用和軍用等領(lǐng)域，如醫(yī)療、印刷、激光測距、激光制導(dǎo)、材料處理和加工等各個方面，特別是LD抽運的固體激光器(DPL)和光纖激光器已經(jīng)成為重點的發(fā)展方向，得到了廣泛的重視和研究。近年來追求更高功率激光器已成為激光器的發(fā)展目標(biāo)，功率擴展技術(shù)是高功率激光器的技術(shù)趨勢之一。半導(dǎo)體激光器的功率擴展首先是從優(yōu)化和改變自身結(jié)構(gòu)達到功率擴展，(1)提高單元芯片生長技術(shù)從而增加單發(fā)射腔半導(dǎo)體激光器輸出功率，如增加芯片的腔長，由2mm腔長增加到4mm腔長，功率也有2 5W，提高到8 10W，⑵增加半導(dǎo)體激光器中單發(fā)光單元的個數(shù)從而提高輸出功率。一個發(fā)光區(qū)為最小單元，制備水平線陣、垂直疊陣及面陣的方法不斷增加激光器的輸出功率，輸出功率從幾瓦擴展到幾千瓦，甚至數(shù)十千瓦。此外通過增加外部光學(xué)元件使同一個系統(tǒng)中實現(xiàn)多個線陣、疊陣或者面陣激光器的合束從而實現(xiàn)功率擴展。目前用于功率擴展的光學(xué)元件主要包括多波長合束和偏振合束元件。這些元件不僅適用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展，其它類型的激光器擴展功率仍然實用。目前常用的多波長合束器是將兩個波長的光束合束，功率擴展到兩倍；偏振合束器實現(xiàn)了兩種偏振態(tài)(T偏振和P偏振)的合束，功率擴展到兩倍。也可將現(xiàn)有多波長或偏振耦合元件重疊實現(xiàn)兩倍以上工率擴展器重疊，但是重疊處容易產(chǎn)生空氣間隙，當(dāng)用于高功率激光器合束時空氣間隙由于受熱膨脹，使玻璃表面破裂，從而不利于高功率激光束的合束。盡管可以采用膠粘合的方式結(jié)合得到兩倍以上的功率擴展器，但膠粘合仍然不利于高功率激光束的合束。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，主要解決了現(xiàn)有技術(shù)難于將功率擴展至兩倍以上，或擴展兩倍以上功率容易造成功率擴展器損壞的問題。本實用新型提供的用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，在同一光學(xué)系統(tǒng)中既可以進行多波長合束，又可以進行偏振合束實現(xiàn)功率擴展，在2 6倍間調(diào)整功率擴展倍數(shù)，可以實現(xiàn)2 4種不同波長的合束。本實用新型的具體技術(shù)解決方案如下該用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，包括三個等腰直角三角棱鏡，三個等腰直角三角棱鏡的縱截面為等腰直角三角形，第一等腰直角三角棱鏡和第二等腰直角三角棱鏡全等；第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊與第一等腰直角三角棱鏡縱截面的斜邊長度相等；第一等腰直角三角棱鏡縱截面的斜邊所在的平面與第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊所在的平面完全結(jié)合，第二等腰直角三角棱鏡縱截面的斜邊所在的平面與第三等腰直角三角棱鏡縱截面的另一直角邊所在的平面完全結(jié)合；第一等腰直角三角棱鏡和第二等腰直角三角棱鏡的縱截面的斜邊所在的平面上鍍有偏振膜或者多波長膜，在第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊所在的平面上鍍有增透膜；或在所述第一等腰直角三角棱鏡和第二等腰直角三角棱鏡的縱截面的斜邊所在的平面上鍍有增透膜，在第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊所在的平面上鍍有偏振膜或者多波長膜。上述完全結(jié)合是吸合或粘合兩種方式吸合時，表面的加工誤差達到精度等級A 標(biāo)準(zhǔn)；粘合時，用耐高溫且高透過率的光學(xué)膠將兩個表面結(jié)合，可以選擇硅膠等；上述第一等腰直角三角棱鏡、第二等腰直角三角棱鏡和第三等腰直角三角棱鏡的入射光和出射光面上均鍍有增透膜；上述第一等腰直角三角棱鏡、第二等腰直角三角棱鏡和第三等腰直角三角棱鏡的剩余面上進行拋光，以便雜散光透射出元件到其它散熱元件上。上述激光光束傳輸方向與入射表面垂直。上述第一等腰直角三角棱鏡、第二等腰直角三角棱鏡和第三等腰直角三角棱鏡為石英玻璃棱鏡、K9玻璃棱鏡。本實用新型具有以下優(yōu)點1.本實用新型提供的用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，在同一光學(xué)系統(tǒng)中既可以實現(xiàn)多波長合束，又可以實現(xiàn)偏振合束從而達到功率擴展；2.本實用新型提供的用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，改變組成功率擴束器的等腰直角三角棱鏡的個數(shù)，可以調(diào)整合束波長數(shù)與偏振耦合的比例。也可在2 6倍間調(diào)整功率擴展倍數(shù)；3.本實用新型提供的用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，制備簡單，簡化了合束結(jié)構(gòu)；4.本實用新型提供的用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，可以實現(xiàn)2 4種不同波長的合束。

圖1為本實用新型的用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實用新型的用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器剖面圖；圖3-1為本實用新型的用于高功率半導(dǎo)體激光器的多波長合束功率擴展的原理；圖3-2為本實用新型的用于高功率半導(dǎo)體激光器的偏振合束功率擴展的原理；圖4為本實用新型的用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器原理圖。其中1-為第一等腰直角三棱鏡；2-第二等腰直角三棱鏡；3-第三等腰直角三棱鏡；4為功率擴展器4 ；5為功率擴展器5 ；6為激光6 ；7為激光7 ；8為激光8 ；9為激光9 ； 10為激光10 ;11為激光11 ;12為激光12 ；13為激光13。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細(xì)描述該用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，其具體制備是依據(jù)下述方法進行1]制備三個等腰直角三角棱鏡取透明材料進行三個等腰直角三角棱鏡的制作，其中第一等腰直角三角棱鏡和第二等腰直角三角棱鏡全等，第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊與第一等腰直角三角棱鏡縱截面的斜邊長度相等；2]拋光對步驟1制備好的三個等腰直角三角棱鏡分別進行拋光處理；3]鍍膜對步驟2拋光完成的三個等腰直角三角棱鏡分別進行鍍膜，其具體是分別在第一等腰直角三角棱鏡縱截面的斜邊所在的平面、第二等腰直角三角棱鏡縱截面的斜邊所在的平面、第三等腰直角三角棱鏡縱截面的兩條直角邊所在的平面上進行鍍膜處理，鍍膜是鍍上偏振增透膜或?qū)?yīng)的波長增透膜；當(dāng)?shù)谝坏妊苯侨抢忡R和第二等腰直角三角棱鏡的縱截面的斜邊所在的平面上鍍有偏振膜或者多波長膜時，在第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊所在的平面上鍍有增透膜；當(dāng)?shù)谝坏妊苯侨抢忡R和第二等腰直角三角棱鏡的縱截面的斜邊所在的平面上鍍有增透膜時，在第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊所在的平面上鍍有偏振膜或者多波長膜；4]拋光處理將第一等腰直角三角棱鏡、第二等腰直角三角棱鏡和第三等腰直角三角棱鏡的入射光和出射光面上均鍍有增透膜；三個等腰直角三角棱鏡未進行鍍膜的平面上進行拋光， 以便雜散光透射出元件到其它散熱元件上；5]結(jié)合將第一等腰直角三角棱鏡縱截面的斜邊所在的平面與第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊所在的平面完全結(jié)合，第二等腰直角三角棱鏡縱截面的斜邊所在的平面與第三等腰直角三角棱鏡縱截面的另一直角邊所在的平面完全結(jié)合；結(jié)合完成后得到構(gòu)成功率擴展器；功率擴展原元件的結(jié)合，采用吸合或粘合的方式，吸合方式對需要結(jié)合的兩個面的加工要求很高，表面的誤差達到精度等級A標(biāo)準(zhǔn)，表面疵病參數(shù)要求很高；粘合的方法是用耐高溫且高透過率的光學(xué)膠，如硅膠，將兩個表面結(jié)合，但是粘合的方法在激光功率密度大時不建議使用，以吸合方式為佳；參見圖1、圖2，該用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，包括三個等腰直角三角棱鏡，三個等腰直角三角棱鏡的縱截面為等腰直角三角形，第一等腰直角三角棱鏡和第二等腰直角三角棱鏡全等；第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊與第一等腰直角三角棱鏡縱截面的斜邊長度相等；第一等腰直角三角棱鏡縱截面的斜邊所在的平面與第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊所在的平面完全結(jié)合，第二等腰直角三角棱鏡縱截面的斜邊所在的平面與第三等腰直角三角棱鏡縱截面的另一直角邊所在的平面完全結(jié)合；第一等腰直角三角棱鏡和第二等腰直角三角棱鏡的縱截面的斜邊所在的平面上鍍有偏振膜或者多波長膜，在第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊所在的平面上鍍有增透膜；或在第一等腰直角三角棱鏡和第二等腰直角三角棱鏡的縱截面的斜邊所在的平面上鍍有增透膜，在第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊所在的平面上鍍有偏振膜或者多波長膜。第一等腰直角三角棱鏡、第二等腰直角三角棱鏡和第三等腰直角三角棱鏡的入射光和出射光面上均鍍有增透膜；第一等腰直角三角棱鏡、第二等腰直角三角棱鏡和第三等腰直角三角棱鏡的剩余面上進行拋光，以便雜散光透射出元件到其它散熱元件上。第一等腰直角三角棱鏡、第二等腰直角三角棱鏡和第三等腰直角三角棱鏡一般選用石英玻璃棱鏡、K9玻璃棱鏡。本實用新型的工作原理如下如圖3-1和3-2所示，本實用新型的用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器多波長合束工作原理為功率擴展器4的第一等腰直角三角棱鏡1的斜面鍍有多波長膜，第二等腰直角三角棱鏡2的兩個直角面鍍有增透膜，第三等腰直角三角棱鏡3的斜面鍍有多波長膜，當(dāng)波長不相同偏振態(tài)相同的4束波長為λ ，λ2，λ3和λ 4的激光束入射到功率擴展器上，功率擴展器的第一等腰直角三角棱鏡1的斜面和第二等腰直角三角棱鏡2的一個直角面實現(xiàn)波長為λ 1的光束實現(xiàn)全反射輸出，對波長為λ 2的激光束實現(xiàn)全透射輸出，功率擴展器的第三等腰直角三角棱鏡3的斜面和第二等腰直角三角棱鏡2的另一個直角面實現(xiàn)波長為 λ 4的光束實現(xiàn)全反射輸出，對波長為λ 3的激光束實現(xiàn)全透射輸出，這樣輸出波長為入1， λ 2，λ 3和λ 4的光束通過多波長合束器后為4個波長的激光束。功率擴展器5的第一等腰直角三角棱鏡1的斜面鍍有偏振膜，第二等腰直角三角棱鏡2的兩個直角面鍍有增透膜，第三等腰直角三角棱鏡3的斜面鍍有偏振膜，當(dāng)偏振態(tài)不相同的4束激光，其中激光9和激光13的偏振態(tài)相同均，激光10和11的偏振相同。激光 9和10入射到功率擴展器上，功率擴展器的第一等腰直角三角棱鏡1的斜面和第二等腰直角三角棱鏡2的一個直角面實現(xiàn)激光10的光束實現(xiàn)全反射輸出，對激光9光束實現(xiàn)全透射輸出，功率擴展器的第三等腰直角三角棱鏡3的斜面和第二等腰直角三角棱鏡2的另一個直角面實現(xiàn)激光11光束的全反射輸出，對激光12實現(xiàn)全透射輸出，這樣輸出激光9、10、11 和12的光束通過偏振合束器后為兩個偏振態(tài)的的激光束。如圖4所示，本實用新型的用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器由多波長合束與偏振合束的原理為功率擴展器5的第一等腰直角三角棱鏡1的斜面鍍有偏振膜，第二等腰直角三角棱鏡2的兩個直角面鍍有增透膜，第三等腰直角三角棱鏡3的斜面鍍有偏振膜；功率擴展器 4的第一等腰直角三角棱鏡1的斜面鍍有多波長膜，第二等腰直角三角棱鏡2的兩個直角面鍍有增透膜，第三等腰直角三角棱鏡3的斜面鍍有多波長膜。將功率擴展器5設(shè)于功率擴展器4前功率擴展器，首先將波長相同但偏振態(tài)不同的激光6、激光7、激光8按照圖4所示入射到功率擴展器5上，其中激光7和激光8的波長為λ 1，偏振態(tài)為Τ，激光6的波長為 λ 1，偏振態(tài)為P，激光6的輸出功率和輸出光束尺寸是激光7或激光8的兩倍。功率擴展器5對T偏振態(tài)實現(xiàn)全反，對P偏振態(tài)實現(xiàn)全透，這樣激光6、激光7和激光8通過功率擴展器 5合束后輸出激光9，其功率為4倍激光束，波長為λ 。將激光9入射到功率擴展器4上， 激光10和激光11的波長為λ 2，按照圖4所示垂直入射到功率擴展器4上，功率擴展器4 對波長為λ 1激光9進行全透射，對波長為λ 2的激光10和激光11進行全反射，這樣激光 9、激光10、激光11通過功率擴展器4后輸出激光12，其功率為6倍的激光束。 綜上所述，本實用新型的用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器在同一光學(xué)系統(tǒng)中既可以進行多波長合束，又可以進行偏振合束實現(xiàn)功率擴展，在2 6倍間調(diào)整功率擴展倍數(shù)，可以實現(xiàn)2 4種不同波長的合束。同時結(jié)構(gòu)簡單，簡化了合束結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1.一種用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，包括三個等腰直角三角棱鏡，所述三個等腰直角三角棱鏡的縱截面為等腰直角三角形，其特征在于所述第一等腰直角三角棱鏡和第二等腰直角三角棱鏡全等；所述第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊與第一等腰直角三角棱鏡縱截面的斜邊長度相等；所述第一等腰直角三角棱鏡縱截面的斜邊所在的平面與第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊所在的平面完全結(jié)合，所述第二等腰直角三角棱鏡縱截面的斜邊所在的平面與第三等腰直角三角棱鏡縱截面的另一直角邊所在的平面完全結(jié)合；所述第一等腰直角三角棱鏡和第二等腰直角三角棱鏡的縱截面的斜邊所在的平面上鍍有偏振膜或者多波長膜，在第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊所在的平面上鍍有增透膜；或在所述第一等腰直角三角棱鏡和第二等腰直角三角棱鏡的縱截面的斜邊所在的平面上鍍有增透膜，在第三等腰直角三角棱鏡縱截面的直角邊所在的平面上鍍有偏振膜或者多波長膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，其特征在于所述完全結(jié)合是吸合或粘合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，其特征在于 所述第一等腰直角三角棱鏡、第二等腰直角三角棱鏡和第三等腰直角三角棱鏡的入射光和出射光面上均鍍有增透膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，其特征在于所述第一等腰直角三角棱鏡、第二等腰直角三角棱鏡和第三等腰直角三角棱鏡的剩余面進行拋光。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，其特征在于所述第一等腰直角三角棱鏡、第二等腰直角三角棱鏡和第三等腰直角三角棱鏡為石英玻璃棱鏡或K9玻璃棱鏡等高透光率的玻璃介質(zhì)。
專利摘要本實用新型提供一種用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，主要解決了現(xiàn)有技術(shù)難于將功率擴展至兩倍以上，或擴展兩倍以上功率容易造成功率擴展器損壞的問題。該用于高功率半導(dǎo)體激光器的功率擴展器，包括三個等腰直角三角棱鏡，三個等腰直角三角棱鏡的縱截面為等腰直角三角形，其在同一光學(xué)系統(tǒng)中既可以進行多波長合束，又可以進行偏振合束實現(xiàn)功率擴展，在2～6倍間調(diào)整功率擴展倍數(shù)，可以實現(xiàn)2～4種不同波長的合束。
文檔編號G02B27/28GK201985428SQ20112008576
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者劉興勝, 張普, 李小寧, 熊玲玲, 王敏, 王曉飚 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所