[发明专利]一种半导体激光器合束装置

说明书

本发明提供了一种半导体激光器合束装置，包括：至少两路模块式激光输入设备，各自包括：沿光路方向依次排列的产生光束的半导体激光器、光束整形元件、变换透镜以及第一衍射光栅，半导体激光器位于变换透镜的前焦点，第一衍射光栅位于变换透镜的后焦点之前；各路光束由变换透镜汇聚后分别通过各自的第一衍射光栅衍射到达同一个第二衍射光栅，各路光束在第二衍射光栅上有相同的位置和衍射角实现合束；经过第二衍射光栅后的合束光垂直入射到输出耦合镜输出。本发明通过多路光谱合束来提高输出功率和亮度，能使得谱宽控制在半导体增益介质的增益范围和光栅的高效率衍射范围内。

技术领域

本发明涉及激光设备领域，具体地说，涉及一种半导体激光器合束装置。

背景技术

半导体激光器有着成本低，寿命长，体积小，可靠性高等优点，在工业加工，泵浦，医疗，通信等方面都有广泛的应用前景。能否进一步提高半导体激光器的亮度是制约半导体激光器未来发展的一个重要因素。激光光束的亮度由输出功率的大小和光束质量决定，功率越大，光束质量越好，亮度就越高，半导体激光器的应用领域也更加广泛。

合束技术是当前实现高亮度半导体激光器的常用手段，常规合束技术包括光束整形、偏振合束和波长合束等。光束整形通过平衡快慢轴方向的光参数积来提高光束质量，但激光亮度并没有提升；偏振合束通过将两个偏振方向的光合为一束，亮度只能提高到两倍；波长合束受到镀膜技术的限制，合束单元数一般不超过5个，对功率和亮度的提高也有限。

光谱合束是一种新颖的半导体激光器合束技术，Daneu V等人提出这种方法并对其原理进行了详细论述(Daneu V，Sanchez A，Fan T Y，et al.Spectral beam combiningof a broad-stripe diode laser array in an external cavity.[J].Optics Letters，2000，25(6):405-7.)。通过外腔反馈作用和光栅的色散作用将各个发光单元锁定在不同的波长，从而获得相同的衍射角实现合束。光谱合束的优点在于：其一，将多个单管半导体激光器的输出光合束，实现了功率的叠加，同时光束质量能保持为单个发光单元的高光束质量，极大地提高了半导体激光器的亮度；其二，若干个发光单元可以共用合束元件，不限制合束单元数量的特点能够大幅降低成本，在应用时有更大的优势。因此，光谱合束技术已经成为大功率半导体激光器领域的一个重要课题。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种半导体激光器合束装置，克服了现有技术的困难，通过多路光谱合束来提高输出功率和亮度，并使用多光栅结构来压缩光谱，减小光谱展宽。

本发明提供了一种半导体激光器合束装置，包括：至少两路模块式激光输入设备，所述模块式激光输入设备包括：沿光路方向依次排列的产生光束的半导体激光器、光束整形元件、变换透镜以及第一衍射光栅，所述半导体激光器位于所述变换透镜的前焦点，所述第一衍射光栅位于所述变换透镜的后焦点之前；

第二衍射光栅，各路光束由所述变换透镜汇聚后分别通过各自的所述第一衍射光栅衍射到达同一个所述第二衍射光栅，各路光束在第二衍射光栅上有相同的位置和衍射角实现合束；以及

输出耦合镜，经过所述第二衍射光栅后的合束光垂直入射到所述输出耦合镜输出。

优选地，所述模块式激光输入设备中的半导体激光器的输出光轴相互平行。

优选地，所述半导体激光器是单个半导体激光器发光单元、一维阵列排列的半导体激光器巴条、二维阵列排列的半导体激光器叠阵中的一种。优选地，所述第一衍射光栅和第二衍射光栅均为透射式光栅。

优选地，所述第一衍射光栅和第二衍射光栅均为反射式光栅。

优选地，所述第一衍射光栅是透射式光栅，第二衍射光栅均为反射式光栅。

优选地，所述第一衍射光栅是反射式光栅，第二衍射光栅均为透射式光栅。