[发明专利]激光器合束装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光器(Laser Diode，LD)技术领域，尤其是一种利用衍射光栅对多个激光器进行合束的装置和方法。

背景技术

在各种激光器中，LD(半导体激光器)单管(单个LD)具有体积小、重量轻、电光转换效率高、输出光束质量相对较好等优点，目前其输出功率可以达到了二三十瓦，10W器件已经商用化，在激光测距、激光雷达、泵浦等很多领域都有着广泛的应用。但其输出功率和亮度还是偏低，严重限制了其在远程测距、工业加工、大功率泵浦等很多领域的应用。

为了提高LD的输出功率，通常是将多个LD周期排列组成半导体激光器列阵(LDA)，或进行空间合束。

目前LDA的输出功率达到了百瓦量级，但是LDA输出功率的增加是以牺牲光束质量为代价的，其输出亮度比LD还低，且需要复杂而昂贵的光束整形过程才能应用。

空间合束也同样是以牺牲光束质量为代价来提高输出功率的，这样的大功率LD通常只能用做泵浦源或表面处理之类对亮度要求不高的场合。另外，波长合束技术虽然可以在不改变激光器输出光束质量的情况下，提高其输出功率，但由于LD输出光谱宽(约为3nm，如图1所示)，采用这样的单管进行波长合束只能选择两三个波长，对输出亮度的提升很有限，且会影响光束整形的效率和作为泵浦源使用时的泵浦效率。所以研制大功率、高亮度LD具有重要的意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明主要解决的是现有的LD输出亮度低的问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种激光器合束装置，用于对多个激光器合束后进行输出，包括多个激光器、光束整形装置、衍射光栅和输出耦合器，其中，所述多个激光器均具有增益区和后腔面，增益区为激光的产生提供必要的增益，后腔面与输出耦合器形成谐振腔产生激光震荡；所述光束整形装置用于接收所述多个激光器发出的激光，并将其以不同的角度入射到衍射光栅的同一位置；所述衍射光栅用于将入射到其上的激光进行色散后合为一束输出到一个输出耦合器；所述输出耦合器用于接收由所述衍射光栅出射的激光，将部分入射的激光进行反射后使其原路返回，与所述各激光器的后腔面形成谐振腔，以将衍射光栅选择的模式进行锁定；同时该输出耦合器还用于进行耦合输出。

根据本发明的具体实施方式，所述多个激光器平行地排列，或成角度地排列。

根据本发明的具体实施方式，所述后腔面具有90％以上的反射率。

根据本发明的具体实施方式，所述各激光器为半导体激光器。。

根据本发明的具体实施方式，所述多个激光器的锁定波长各不相同。

本发明还提出一种激光器合束方法，用于对多个激光器进行合束后进行输出，包括如下步骤：使所述多个激光器发射的激光通过一个光束整形装置后以不同的角度将其入射到所述衍射光栅的同一位置；利用所述衍射光栅将所述入射到其上的激光进行色散后合为一束，并输出到一个输出耦合器；利用所述输出耦合器将部分入射的激光进行反射后使其原路返回，与所述各激光器的后腔面形成谐振腔，以将衍射光栅选择的模式进行锁定，同时进行耦合输出。

根据本发明的具体实施方式，使所述多个激光器平行地排列，或成角度地排列。

根据本发明的具体实施方式，所述后腔面具有90％以上的反射率。

根据本发明的具体实施方式，所述各激光器为半导体激光器。

根据本发明的具体实施方式，所述多个激光器所发出的激光的锁定波长各不相同。

(三)有益效果

本发明提供的激光器合束装置和方法可以将半导体激光器的输出功率和亮度提高数十倍甚至上百倍，亮度接近甚至超过了固体激光器或光纤激光器的亮度，能够直接应用于远程测距、工业加工、军事等很多领域，应用前景极其广阔，并可以取代或部分取代固体激光器或光纤激光器。该合束装置和方法同样适用于固体激光器或气体激光器等具有一定谱宽的受激发射激光器。

附图说明

图1是现有的LD单管的输出光谱示意图；

图2是锁模后的LD单管的输出光谱示意图；

图3为利用5个LD单管进行合束的装置的一个实施例的示意图；

图4是本发明的实施例进行单管合束后输出的光谱示意图。

具体实施方式

为达到上述目的，本发明提供了一种新型的激光器合束装置和方法，基中利用衍射光栅的选频特性和色散特性，对多个激光器进行外腔锁模和波长合束，在保持单管输出光束质量不变的条件下，使其输出功率按单管个数成比例的增加。