[发明专利]衍射光栅列阵外腔半导体激光线阵及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于半导体激光器领域，涉及改善由于半导体激光线阵发光单元弯曲引起的谱线加宽的外腔半导体激光线阵。

背景技术：

激光线阵条与热沉键合的制作过程存在内在热应力，使线阵条中各个发光单元不在一条直线上，发生弯曲。US 6,584,133中利用整个衍射光栅外腔反馈进行光谱压缩时，如图1所示，光轴(z轴)上发光单元发出的光束a与离轴发光单元发出的光束b不同角度入射到光栅上，衍射光栅为利特罗结构时，导致由原路返回的反馈光中心波长不同，这样光轴上和离轴发光单元输出的光谱中心波长不同，而半导体激光线阵整体光谱是每个发光单元光谱的叠加，故整体谱线加宽。通常1μm的弯曲引起40GHz的光谱展宽[Appl.Opt.44(15)，3101(2005)]。

CN 1960093A方案中光栅外腔采用利特曼结构，光栅的零阶衍射光作为激光输出，光栅的一阶衍射光入射到反射镜上，经反射镜反射后沿原路返回再次入射到光栅上进行第二次衍射，其中一阶衍射光沿原路返回激光二极管列阵各个发光单元，从而振荡、放大，零级衍射光损失掉了。方案中反射镜由前后错开的有部分重叠的多块小面积的各自反射角度可调的高反镜组成，通过调节反射镜角度来减小半导体激光线阵条弯曲引起的线宽加宽。此方案的缺点是，由于采用光栅利特曼结构，光线经反射镜反射再次入射到光栅进行第二次衍射时，零阶衍射光损失了，故输出功率较低。另外，由于反射镜的引入，光学元件增多，故光路调节复杂，调节较难。

发明内容：

本发明要解决的问题在于克服上述方法的不足，提供一种衍射光栅列阵外腔半导体激光线阵及其制备方法，通过衍射光栅列阵进行外腔反馈，使半导体激光线阵一个或数个发光单元入射到对应的一个衍射光栅单元上，通过调节每个衍射光栅单元，使不同弯曲程度的发光单元经衍射单元后沿原路返回的反馈光中心波长很接近，这样不同弯曲程度的发光单元输出光的中心波长很接近，从而整体光谱线宽减小。

本发明的技术解决方案如下：

一种衍射光栅列阵外腔半导体激光线阵，包括半导体激光器线阵1，沿半导体激光线阵1的激光输出方向依次设有快轴准直镜2、小透镜3、半波片4、大透镜5、衍射光栅列阵6，小透镜3与快轴准直镜2的距离为小透镜3的焦距f₁，小透镜3和大透镜5共焦点放置组成倒置望远系统，大透镜5与衍射光栅列阵6的距离为大透镜5的焦距f₂，半波片4位于小透镜3与大透镜5焦点处，其特征是所述的衍射光栅列阵6由不同旋转角度衍射光栅单元7胶合而成，每个衍射光栅单元7均利特罗结构放置，所述的半导体激光线阵1的一个或数个发光单元入射到对应的一个衍射光栅单元7上，调节每个衍射光栅单元7，使光轴和离轴发光单元的光束a、b入射到衍射光栅单元7的入射角θ、φ相等或很相近。

所述的小透镜3和大透镜5为凸透镜，大透镜5焦距是小透镜3焦距的3-10倍。

所述的快轴准直镜2，小透镜3，半波片4，大透镜5，都镀有工作波长的增透膜，而衍射光栅列阵6每个衍射光栅单元7均镀有工作波长的增反膜。

本发明的工作过程：

半导体激光线阵1发出的光经过快轴准直镜2准直后，快轴方向(y方向)近似为平行光。快轴准直镜2一般为微柱透镜或短焦距(焦距1mm左右)非球面镜。小透镜3与快轴准直镜2的距离为小透镜3的焦距f₁，小透镜3与大透镜5共焦点放置，组成倒置望远系统，用来压缩慢轴方向(x方向)的发散角。衍射光栅列阵6与大透镜5的距离为大透镜5的焦距f₂，衍射光栅列阵6由衍射光栅单元7组成。半波片4放置在透镜3和透镜5的焦点处，旋转半波片4可以改变半导体激光线阵1输出激光的偏振方向，由于衍射光栅效率与激光的偏振方向有关，故通过旋转半波片4可以调节输出激光的功率。半导体激光线阵1的发光单元成像在衍射光栅列阵6上，一个或数个发光单元的像对应相应的一个衍射光栅单元7，衍射光栅单元7为利特罗结构，即其零阶衍射光为输出光，一阶衍射光沿原路返回半导体激光线阵1的每个发光单元。调节每个衍射光栅单元7，使光轴上和离轴发光单元发出的光束a、b入射到衍射光栅单元7的入射角θ、φ相等或很相近(如图3)，这样根据一阶利特罗公式：2dsin θ＝λ可知，沿原路反馈回的光轴上和离轴发光单元的中心波长相同或很相近，这样光轴上和离轴发光单元输出的光谱中心波长相同或很相近，从而半导体线阵1整体光谱线宽减小。每个衍射光栅单元7调节好后胶合成衍射光栅列阵6。