[发明专利]一种单管半导体激光器合束方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种单管半导体激光器合束方法。

背景技术

由于单管半导体激光器具有高光束质量，散热特性好，寿命长等优点，因此采用单管合束技术制成的光纤耦合模块在激光医疗、光纤激光器泵浦、激光监控、激光加工等方面都有着广泛的应用。但是由于单管半导体激光器的功率输出较低，为了能够提高光纤耦合模块的输出功率以满足单管半导体激光器技术应用，一些研究机构已经采取一些单管合束技术，如（100-W, 105-μm, 0.15NA Fiber Coupled Laser Diode Module，Scott R. Karlsen, R. Kirk Price, Proc. of SPIE Vol. 7198 71980T-1），这是国际上单管半导体激光器合束主要采用的技术。固定在阶梯热沉的每一级上的激光器在快轴方向叠加成组合光束，将两个组合光束单元通过偏振合束技术进行偏振合束。由于偏振态的限制，只能将一个P偏振的组合光束单元与一个S偏振的组合光束单元进行合束，这样就限制了合束单元的数量以及光纤耦合模块的输出功率。

发明内容

本发明要解决现有单管合束技术中偏振合束方法对合束单元数量的限制问题，提供一种没有合束单元数量限制的单管半导体激光器合束方法。

为了解决上述技术问题，本发明的单管半导体激光器合束方法的技术方案具体如下：

一种单管半导体激光器合束方法，包括以下步骤：

步骤i：每个阶梯热沉和其上安装的多个同一波长的单管半导体激光器形成一个单元，将多个所述单元安放在同一平面上，每个单元发出一路组合光束；

步骤ii：每个组合光束经过不同角度摆放的反射镜进行反射，反射后各自以一定的角度入射到衍射光栅上，所有单元发出的组合光束的光斑在衍射光栅上重叠成一个光斑；

步骤iii：逆用衍射光栅的分光作用，所有激光束以相同的衍射角衍射至外腔镜；

步骤iv：激光束被外腔镜反馈后经衍射光栅从原光路返回到各自的单管半导体激光器腔内，使每只单管半导体激光器发出具有与注入反馈相同波长的激光；

步骤v：衍射光栅将经过注入反馈的光束合成为一束实现外腔合束，最后通过聚焦镜耦合进入多模光纤。

在上述技术方案中，每个所述的单管半导体激光器前腔面镀有透过率在99%以上的增透膜。

在上述技术方案中，在步骤i之前还包括步骤：每个阶梯热沉上的多个单管半导体激光器发出的光束经过快轴准直镜和慢轴准直镜进行准直，以在快轴方向叠加成平行等距的组合光束；所述快轴准直镜为柱面微透镜或球面微透镜；所述慢轴准直镜为柱面微透镜或球面微透镜。

在上述技术方案中，每个阶梯热沉上单管半导体激光器的数目为至少两个。

在上述技术方案中，所述衍射光栅为透射型衍射光栅或者反射型衍射光栅。

在上述技术方案中，所述外腔镜为具有一定反射率的平行平板，反射率值为从1%到50%。

在上述技术方案中，所述外腔镜的摆放方向与衍射光束的方向严格垂直。

在上述技术方案中，所述聚焦镜为球面透镜、非球面透镜或者两个分离的柱面镜。

在上述技术方案中，所述单管半导体激光器的波长从400nm～2000nm。

在上述技术方案中，所述多模光纤纤芯直径范围为50μm～1000μm，数值孔径范围为0.1到0.3，光功率输出为1W～1000W。

本发明的单管半导体激光器合束方法具有以下的优点：

本发明的单管半导体激光器合束方法，将多个单管半导体激光器空间合束后的组合光束，利用衍射光栅实现外腔合束，并以单个阶梯单元上激光器的组合光束的光束质量进行输出，合束后还可以通过偏振合束进一步合束，解决了只采用空间合束和偏振合束中合束单元数量的限制，耦合进光纤后输出功率相对于只采用空间合束和偏振合束技术制成的光纤耦合模块有大幅度的提高。

本发明的单管半导体激光器合束方法中，半导体激光器合束结构中阶梯热沉上激光器的数量可根据需要的激光总功率和单个激光器的功率、机械尺寸、散热条件确定，十分灵活。参与合束的单元的数量取决于激光器的增益谱宽和衍射光栅的衍射能力以及衍射光栅的损伤阈值。

附图说明

图1是本发明的单管半导体激光器合束方法的一种具体实施方式中单管半导体激光器合束结构的结构示意图，其中衍射光栅为反射型衍射光栅；