[发明专利]利用单光栅外腔反馈实现多半导体激光合束的装置及方法

权利要求书

1.一种利用单光栅外腔反馈实现多半导体激光合束的装置，其特征在于包括：半导体激光器模块（1，1’），场镜（2，2’），光栅（3），外腔反窥镜（4，4’），半波片（5），反射镜组（61，62），偏振分光棱镜（7），其半导体激光器模块（1，1’）与外腔反窥镜（4，4’）分别组成两个激光振荡腔，其中：

半导体激光器模块（1，1’）由半导体激光器（14）、快轴准直镜（15）和慢轴准直镜（16）组成；

单元光束入射到光栅（3）的振动方向与光栅（3）要求的偏振方向相匹配；

半导体激光器模块（1，1’）、场镜（2，2’）和光栅（3）的位置关系满足：半导体激光器模块（1，1’）和光栅（3）分别位于场镜（2，2’）的前后焦平面处。

2.根据权利要求1所述的利用单光栅外腔反馈实现多半导体激光合束的装置，其特征在于：半导体激光器（14）为多个激光单管组合，或为激光列阵，或由激光列阵组成的激光线阵或迭阵，或者是多个激光线阵或迭阵的组合。

3.根据权利要求1所述的利用单光栅外腔反馈实现多半导体激光合束的装置，其特征在于：半导体激光器（14）输出激光一端的腔面膜反射率<0.5%，另一端的腔面膜反射率>95%；该半导体激光器（14）输出激光束的偏振度>95%。

4.根据权利要求1所述的利用单光栅外腔反馈实现多半导体激光合束的装置，其特征在于：半导体激光器（14）的材料增益波长覆盖半导体激光器所有能激射波长，包括从紫外到红外，其排列方式沿着光谱合束方向单调变化；半导体激光器（14）为多个激光单元组合时，激光单元材料相互之间相同或不同。

5.根据权利要求1所述的利用单光栅外腔反馈实现多半导体激光合束的装置，其特征在于：光栅（3）为透射或反射式，只存在1级衍射或只存在-1级衍射，衍射效率>90%，并具有高损伤阈值，达到10KW/cm²量级。

6.根据权利要求1所述带动利用单光栅外腔反馈实现多半导体激光合束的装置，其特征在于：外腔反窥镜（4，4’）为部分反射镜，反射率为5%~15%，并与光栅（3）产生的衍射光的传输方向垂直。

7.根据权利要求1所述的利用单光栅外腔反馈实现多半导体激光合束的装置，其特征在于：半波片（5）和偏振分光棱镜（7）为宽波带元件，其使用光谱范围大于外腔反馈镜（4，4’）输出偏振激光束（8，8’）的光谱宽度，并具有高损伤阈值，要求激光连续工作模式下，大于10KW/cm²。

8.一种利用单光栅外腔反馈实现多半导体激光合束的方法，其特征在于：

采用单个光栅，通过外腔反馈，实现多个半导体激光器合束成两束光，再结合偏振合束实现超高亮度、高功率单激光束输出的半导体激光合束，具体为：

a、两个完全相同半导体激光器模块（1，1’）对称放置在光栅（3）法线OP两侧，设每个激光器模块（1，1’）分别输出3束线偏振单元光束（11，12，13和11’，12’，13’），经过场镜（2，2’）作用后，单元光束以单调变化的角度入射到光栅（3）上，并在光栅（3）重合；

b、由光栅（3）的角色散和外腔反窥镜（4，4’）的反馈作用，使得起振的单元激光束（11，12，13和11’，12’，13’）的波长λ₁，λ₂，λ₃各不相同，且沿光谱合束方向单调变化，于是从外腔反窥镜（4，4’）输出两束光束质量和单元光束相同、光谱一致、功率提高3倍的线偏振激光束（8和8’），其中一束光（8）经过半波片（5）作用后振动方向翻转90°，与经过反射镜组（61，62）作用的偏振合束输出光束（9’）通过偏振分光棱镜（7）实现偏振合束；

c、该方法可扩展为在光谱合束方向采用更多半导体激光器模块，这些半导体激光器模块在光谱合束方向上以材料增益波长单调变化的方式排列，通过合束更多的单元光束，实现更高亮度的激光输出。