[发明专利]一种基于光子晶体激光的光谱合束结构

说明书

一种基于光子晶体激光的光谱合束结构，其激光光源包括至少两个快轴方向排列的光子晶体激光芯片，光束经准直镜准直后，在快轴方向上进行光谱合束得到光束阵列，可以得到小光斑尺寸、高亮度、高功率的激光输出。由于高亮度、低发散角的光子晶体激光芯片较商用半导体激光芯片的慢轴光束质量有较大改善，而激光芯片经过光谱合束后的光束质量与单个激光芯片的光束质量相当，所以基于光子晶体激光的光谱合束结构可以缩小输出激光快慢轴方向光束质量的差异。将多个光子晶体激光芯片在快轴方向排列，并结合光谱合束得到了基于光子晶体激光的光谱合束结构，缩小了光源体积，提高了激光光源的功率密度、光束质量和亮度，具有更广阔的应用前景。

技术领域

本公开属于半导体激光器领域，涉及一种基于光子晶体激光的光谱合束结构。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、寿命长、能直接调制以及易与其他半导体器件集成等优点，广泛用于固体和光纤激光器泵浦、激光加工、激光雷达，激光武器，微小卫星，激光制导等领域。但是随着应用的不断深入，半导体激光器单元输出功率有限(一般小于20W)、光束质量差(快轴发散角约为28°，慢轴发散角约为6°，慢轴光参数积为4.5mm·mrad)，并且快慢轴方向光束质量极不均衡、功率密度较低(一般为kW/cm²量级)的缺点导致其很难作为百瓦、千瓦及万瓦级直接光源应用。如何同时获得高功率密度、高光束质量、高亮度的半导体激光输出已成为国际上的重大瓶颈技术问题。

单个半导体激光发光单元的出光功率有限，可以通过合束技术使光纤输出功率相对于单个半导体激光发光单元有数十倍的提高。但是对于常规的激光合束技术，光源的光束质量一般远远低于激光单元的光束质量，即使激光单元具有衍射极限的光束质量，通过常规激光合束后输出激光的光束质量也变差，难以达到全固态激光器或光纤激光器的光束质量水平。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种基于光子晶体激光的光谱合束结构，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种基于光子晶体激光的光谱合束结构，包括：激光光源，包含m个沿快轴方向排列的光子晶体激光芯片10，其中m≥2；光谱合束结构，包含依次设置的：准直镜20、变换镜30、光栅40和外腔镜50，该准直镜20、变换镜30、光栅40和外腔镜50共同形成一外腔反馈区；其中，激光光源与外腔反馈区构成一谐振腔，在快轴方向进行多个光子晶体激光芯片10的光谱合束，m个沿快轴方向排列的光子晶体激光芯片10发出的光束先通过准直镜20，使光束经过准直后接近平行光，再经过变换镜30进行像质校正以使所有光子晶体激光芯片10的光束在光栅40处重合，经过光栅40后输出的激光以相同的衍射角出射，经过外腔镜50的输出激光在近场和远场重合，输出激光的光束质量和单个光子晶体激光芯片的光束质量相当。

在本公开的一些实施例中，m个沿快轴方向排列的光子晶体激光芯片10中的每个光子晶体激光芯片10采用的是高亮度、低发散角的光子晶体增益芯片。

在本公开的一些实施例中，m个沿快轴方向排列的光子晶体激光芯片10中的每个光子晶体激光芯片10为毫米量级的微型巴条光子晶体激光芯片，每个光子晶体激光芯片为独立封装，采用巴条激光芯片的封装形式，使用基于传导冷却的CS热沉或主动冷却的微通道热沉。

在本公开的一些实施例中，每个光子晶体激光芯片10靠近外腔反馈区的一侧12镀有增透膜，远离外腔反馈区的一侧11镀有高反膜或部分反射部分透射膜，相应的，在外腔镜50的表面镀有部分反射部分透射膜或高反膜。

在本公开的一些实施例中，准直镜20为准直度较好且对光束质量影响较小的微透镜，包括如下准直镜型形式之一：球面准直镜、自聚焦准直镜、非球面准直柱面镜、非球面准直柱面镜阵列、或非球面反射准直镜。