專利名稱：大功率半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)是通過偏振分光棱鏡對(duì)大功率半導(dǎo)體激光器的輸出進(jìn)行偏振耦合，實(shí)現(xiàn)兩路激光并和輸出，改善輸出光束質(zhì)量的一種裝置，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(shí)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，這極大限制了大功率半導(dǎo)體激光器在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，且功率越大，光束質(zhì)量也趨向更差，在國際上，改善大功率半導(dǎo)體激光器輸出光束質(zhì)量的一個(gè)有效途徑是外腔耦合，目前實(shí)際中采用的外腔鎖相技術(shù)，是通過在半導(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(shí)發(fā)生的衍射以及外腔鏡的反饋?zhàn)饔?，成功地?shí)現(xiàn)了陣列發(fā)光單元間的相互耦合。同時(shí)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?jǐn)?shù)倍TALBOT距離處實(shí)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(qiáng)的耦合，不能形成真正意義上的“并聯(lián)耦合”，因此不能獲得大功率激光輸出，目前利用TALBOT效應(yīng)實(shí)現(xiàn)外腔鎖相可以實(shí)現(xiàn)100W的輸出。而光纖耦合技術(shù)則是把半導(dǎo)體激光器的輸出光耦合到光纖中，通過光纖改善輸出光的光束質(zhì)量，但光纖耦合技術(shù)要求裝置精密對(duì)準(zhǔn)，由于需要插入多種光學(xué)元件，操作比較復(fù)雜，若要滿足實(shí)現(xiàn)幾千瓦則成本巨大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對(duì)前面所述大功率半導(dǎo)體激光器幾種外腔耦合方法的不足，提出一種新的耦合方法及裝置。該方法采用偏振分光棱鏡，兩個(gè)半個(gè)半導(dǎo)體激光器功率相等，激光器輸出光是非尋常光偏振態(tài)的線偏光，將其中一路的偏振態(tài)改變成尋常光偏振態(tài)，垂直入射棱鏡將投射而出，不改變方向，使非尋常光偏振態(tài)的那一路光在棱鏡內(nèi)的空氣界面處發(fā)生全反射，這樣，兩路激光最終在棱鏡的同一端面出射，調(diào)整光路，使兩路激光到棱鏡的輸出面的光程相等，且完全并合。
本發(fā)明提供了一種大功率半導(dǎo)體激光偏振耦合裝置，其特征在于，包括兩個(gè)輸出功率相同并且發(fā)散角相同的大功率半導(dǎo)體激光器即半導(dǎo)體激光陣列I1和半導(dǎo)體激光陣列II4，半波片2插入半導(dǎo)體激光陣列I1和偏振分光棱鏡3之間；半波片2與半導(dǎo)體激光陣列I1發(fā)出的激光方向垂直；從半波片2出射的尋常光和半導(dǎo)體激光陣列II4輸出的激光耦合器件分別垂直入射偏振分光棱鏡3兩個(gè)相鄰入射面。
本發(fā)明提供了一種大功率半導(dǎo)體激光器偏振耦合的方法，其特征在于，包括以下步驟1)兩個(gè)輸出功率相同并且發(fā)散角相同的大功率半導(dǎo)體激光器即半導(dǎo)體激光陣列I1和半導(dǎo)體激光陣列II4輸出線偏振態(tài)一致的激光；2)半波片2將半導(dǎo)體激光陣列I1發(fā)出的激光轉(zhuǎn)換為偏振分光棱鏡3的尋常光，該尋常光從偏振分光棱鏡3的一個(gè)入射面垂直入射以保證不改變前進(jìn)方向；3)半導(dǎo)體激光陣列II4發(fā)出的激光從從偏振分光棱鏡3的另一個(gè)入射面垂直入射以保證該入射光在偏振分光棱鏡3內(nèi)的空氣界面處發(fā)生全反射；4)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光陣列I1和半導(dǎo)體激光陣列II4從而調(diào)節(jié)兩路入射光束，使從偏振分光棱鏡輸3出射面出射的兩路光完全并合，且兩路光到偏振分光棱鏡3輸出面的光程相等。
建議所采用的半波片2和偏振分光棱鏡3的輸入輸出端面鍍大功率半導(dǎo)體激光波段的增透膜，可以盡量消除反射光的損失。
本發(fā)明采用偏振分光棱鏡，使兩路線偏振方向分別是尋常光與非尋常光偏振方向的入射激光經(jīng)偏振分光棱鏡從同一輸出面出射且完全并合成一路，由于合成出射光的兩束光的偏振態(tài)互相垂直，因此輸出光束的強(qiáng)度是兩路入射光的疊加，而光束質(zhì)量則相當(dāng)于一路的光束質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)滿足較好光束質(zhì)量下的更大功率輸出。


圖1大功率半導(dǎo)體激光陣列偏振耦合裝置示意圖。
1半導(dǎo)體激光陣列I2半波片3偏振分光棱鏡4半導(dǎo)體激光陣列II
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖，具體說明本發(fā)明的實(shí)施方式1、采用兩臺(tái)輸出功率相同的半導(dǎo)體激光器，其輸出光為線偏振光，偏振方向是偏振分光棱鏡的非尋常光偏振方向，在其中一路激光入射光路上插入半波片，改變這一路激光的偏振方向?yàn)閷こ９馄穹较颍?、兩路光垂直入射棱鏡；3、調(diào)整光路，使得兩路光的輸出完全并和，到輸出面的光程相等。
采用兩臺(tái)輸出功率為600W的大功率半導(dǎo)體激光器偏振耦合，可以實(shí)現(xiàn)1千瓦以上的較高光束質(zhì)量的輸出，光束質(zhì)量小于70mm.mrad。
權(quán)利要求
1.一種大功率半導(dǎo)體激光偏振耦合裝置，其特征在于，包括兩個(gè)輸出功率相同并且發(fā)散角相同的大功率半導(dǎo)體激光器即半導(dǎo)體激光陣列I(1)和半導(dǎo)體激光陣列II(4)，半波片(2)插入半導(dǎo)體激光陣列I(1)和偏振分光棱鏡(3)之間；半波片(2)與半導(dǎo)體激光陣列I(1)發(fā)出的激光方向垂直；從半波片(2)出射的尋常光和半導(dǎo)體激光陣列II(4)輸出的激光耦合器件分別垂直入射偏振分光棱鏡(3)兩個(gè)相鄰入射面。
2.一種大功率半導(dǎo)體激光器偏振耦合的方法，其特征在于，包括以下步驟1)兩個(gè)輸出功率相同并且發(fā)散角相同的大功率半導(dǎo)體激光器即半導(dǎo)體激光陣列I(1)和半導(dǎo)體激光陣列II(4)輸出線偏振態(tài)一致的激光；2)半波片(2)將半導(dǎo)體激光陣列I(1)發(fā)出的激光轉(zhuǎn)換為偏振分光棱鏡(3)的尋常光，該尋常光從偏振分光棱鏡(3)的一個(gè)入射面垂直入射以保證不改變前進(jìn)方向；3)半導(dǎo)體激光陣列II(4)發(fā)出的激光從從偏振分光棱鏡(3)的另一個(gè)入射面垂直入射以保證該入射光在偏振分光棱鏡(3)內(nèi)的空氣界面處發(fā)生全反射；4)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光陣列I(1)和半導(dǎo)體激光陣列II(4)從而調(diào)節(jié)兩路入射光束，使從偏振分光棱鏡輸(3)出射面出射的兩路光完全并合，且兩路光到偏振分光棱鏡(3)輸出面的光程相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的所述大功率半導(dǎo)體激光器偏振耦合的方法，其特征在于，所采用的半波片(2)和偏振分光棱鏡(3)的輸入輸出端面鍍大功率半導(dǎo)體激光波段的增透膜。
全文摘要
大功率半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置及其方法屬于激光領(lǐng)域。大功率半導(dǎo)體激光器因?yàn)槠涔馐|(zhì)量差而限制了其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明裝置包括兩個(gè)輸出功率相同并且發(fā)散角相同的大功率半導(dǎo)體激光器即半導(dǎo)體激光陣列I(1)和半導(dǎo)體激光陣列II(4)，半波片(2)插入半導(dǎo)體激光陣列I(1)和偏振分光棱鏡(3)之間；半波片(2)與半導(dǎo)體激光陣列I(1)發(fā)出的激光方向垂直；從半波片(2)出射的尋常光和半導(dǎo)體激光陣列II(4)輸出的激光耦合器件分別垂直入射偏振分光棱鏡(3)兩個(gè)相鄰入射面。本發(fā)明解決了以前采用TALBOT腔方案不能實(shí)現(xiàn)1000瓦以上輸出的問題以及光纖耦合方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜不利于工程化的問題，更易于操作和實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01S5/00GK1972046SQ20061011466
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月21日
發(fā)明者張輝, 王智勇, 張亮, 丁鵬, 左鐵釧 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)