[发明专利]大功率半导体堆栈笑脸校正及线宽压窄装置及方法

摘要

本发明属于半导体激光领域，尤其涉及一种利用两块平行放置的反射式相位板消除大功率半导体堆栈笑脸效应及利用面光栅进行线宽压窄的装置及方法。所述装置包括由大功率半导体堆栈组成的激光源、快轴准直装置、笑脸校正反射式相位板、像差补偿反射式相位板、凹透镜、凸透镜、面光栅；为了解决大功率半导体堆栈笑脸效应对线宽压窄的影响问题，本发明提出了一种大功率半导体堆栈笑脸校正及线宽压窄装置及方法，对传统基于长焦快轴准直微透镜、复合外腔、透射式相位板等的笑脸校正方法进行了改进，降低了元件加工难度，提高了大功率半导体堆栈线宽压窄方法的功率扩展性。

主权项

一种大功率半导体堆栈笑脸校正及线宽压窄装置，其特征在于：所述装置包括由大功率半导体堆栈组成的激光源(11)、快轴准直装置(21)、笑脸校正反射式相位板(31)、像差补偿反射式相位板(41)、凹透镜(51)、凸透镜(52)、面光栅(61)；所述激光源(11)发射含有笑脸效应的单一波长的光束，经由所述快轴准直装置(21)准直后，使其平行向前传播；所述笑脸校正反射式相位板(31)的反射面以与所述快轴准直装置(21)发射的平行光束成135度角的方式放置在平行光束的光路上，用于消除笑脸效应，使光束变平整；所述像差补偿反射式相位板(41)的反射面以与从笑脸校正反射式相位板(31)反射的平行光束成135度角的方式放置在平行光束的光路上，用于补偿由笑脸校正反射式相位板(31)引入的像散、慧差等轴外像差；所述凹透镜(51)和凸透镜(52)均垂直放置在平行光束的光路中，凹透镜(51)置于靠近所述像差补偿反射式相位板(41)的一侧，凸透镜(52)置于远离所述像差补偿反射式相位板(41)的一侧，共同构成光束望远放大系统，用于在空间上放大半导体光束，以提高系统的光谱分辨率；所述面光栅(61)以其法线与从所述光束望远放大系统出射的平行光束成闪耀角的方式放置在平行光束的光路上，用于锁定需要的波长，压窄半导体光束的线宽；所述笑脸校正反射式相位板(31)的设计方法包括如下步骤：S1拍摄出由大功率半导体堆栈组成的激光源(11)的笑脸图样：在激光源(11)全功率运行情况下，依次拍摄每根巴条的光束偏差图像；S2根据单根巴条光束偏差图像拟合出笑脸像差表达式，具体步骤如下：S2.1在电脑上将单根巴条的光束偏差图像转换成一系列数据点，这些点由平面二维坐标和光强组合而成，坐标原点为图像左下方的初始点；S2.2检索光强值，得到光强最大值Imax，然后以0.5Imax为阈值确定发光元的Q个分布区域，选取这Q个分布区域的中心点作为数据拟合点，坐标分别为(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、…、(XQ,YQ)；S2.3计算各拟合点相对图像中心纵坐标的偏差值ΔY1、ΔY2、ΔY3、…、ΔYQ，这些偏差值可以分解为常函数Y＝1、正弦函数和余弦函数三种基本像差，所述正弦函数和余弦函数的频率均为m，需根据实际情况调整，所述正弦函数和余弦函数的初始相位为S2.4首个拟合偏差值的对应点为所述三种基本像差中首个数值点，后面的Q‑1个拟合偏差值依次对应相应横坐标处三种基本像差中的Q‑1个数值点，拟合得到所述三种基本像差的权重因子，依次为a1、a2、a3，满足以下两个条件：①a1+a2+a3＝1；②各点的拟合偏差和最小；S2.5根据拟合得到的所述三种基本像差的权重因子，得到笑脸像差表达式为：S3根据拟合得到的笑脸像差表达式设计单根巴条光束的校正面：所述三种基本像差可以通过三种对应基本面型来校正，根据笑脸像差表达式，可以确定三种基本面型所占的比重，将其叠加即可得到单根巴条的校正面；S4设计整块笑脸校正反射式相位板：重复S2和S3，设计出P根巴条光束的校正面；将设计出的P根巴条光束的校正反射面等间距地依次排列起来，此间距与各巴条间距相同，固定在同一块基底上，最终得到一块完整的笑脸校正反射式相位板。