[发明专利]一种实现高功率近衍射极限半导体激光的方法及系统

说明书

本发明公开了一种实现高功率近衍射极限半导体激光的方法及系统，所述方法包括以下步骤：S1，构建M个LD共孔径相干合成模块，每个LD共孔径相干合成模块输出窄线宽高光束质量低相位噪声的LD激光，其中，M≥2且M为正整数；S2，将步骤S1中得到的M路窄线宽高光束质量低相位噪声的LD激光进行共孔径光谱合成，得到单路高光束质量输出的LD激光。本发明解决了现有技术存在的在近衍射极限下输出的功率难以大幅提高等问题。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体是一种实现高功率近衍射极限半导体激光的方法及系统。

背景技术

LD具有转换效率高和使用寿命长等众多优点，但由于自身结构导致的光束质量差和功率密度低的缺点，使得半导体激光器很难作为千瓦、万瓦级直接光源应用在材料加工和国防领域。如何获得高功率、高光束质量的LD光源已成为国际上的重大瓶颈技术问题，美、德等国已将其列入国家级重大计划进行攻克，我国在近年也把LD功率和亮度的提升作为重点关注的领域。激光合束被证明是解决该难题的关键技术。

在众多的合束技术之中，LD共孔径光谱合束技术是不牺牲单管光束质量的同时有效提升输出功率的方法，是突破万瓦级LD的关键技术。但是，光谱合束技术的合成路数受到光学器件尺寸和合成光谱宽度要求的双重影响，因此提升的空间有限；光谱合束效率与光栅衍射效率等器件的制造息息相关，同样可以提升的范围有限。若想进一步提升LD共孔径光谱合束输出的功率，在保持合成子束光谱宽度和光束质量的同时大幅提升子束的功率则是有效的方法。但是，现有的LD单管芯片在近衍射极限下输出的功率有限，并且可以提升的空间比较少，因此，开发另一种提升光谱合束子束功率的方法是非常有必要的。

LD共孔径相干合成技术，利用单个种子光同时注入多个半导体放大芯片，在进行共孔径叠加之后可以实现相干相长，因此可以保持每个芯片输出的线宽，提升光束质量，同时功率得到大幅增长。但是，由于多个LD的相干性调控较难，现有的LD共孔径相干合束的合成路数有限，且输出功率较低，很难单独实现千瓦级输出。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种实现高功率近衍射极限半导体激光的方法及系统，解决现有技术存在的在近衍射极限下输出的功率难以大幅提高等问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种实现高功率近衍射极限半导体激光的方法，包括以下步骤：

S1，构建M个LD共孔径相干合成模块，每个LD共孔径相干合成模块输出窄线宽高光束质量低相位噪声的LD激光，其中，M≥2且M为正整数；

S2，将步骤S1中得到的M路窄线宽高光束质量低相位噪声的LD激光进行共孔径光谱合成，得到单路高光束质量输出的LD激光。

作为一种优选的技术方案，步骤S1包括以下步骤：

S11，对单横模单纵模高频率稳定性LD激光器实施低噪声放大；

S12，将步骤S11中得到的光分为N份，其中，N≥2且N为正整数；

S13，将步骤S12中得到的光耦合进入被相位调控的N个低相位噪声半导体放大芯片；

S14，将步骤S13中N个半导体放大芯片的输出光进行共孔径叠加；

S15，将步骤S14中得到的叠加光分出一路作为参考，运用联动相位调控算法对半导体放大芯片的加载电流进行调整，最终使共孔径叠加的光实现相干相长；

S16，将步骤S15中共孔径叠加后相干相长的光通过输出窗口输出LD共孔径相干合成模块。

作为一种优选的技术方案，步骤S12中运用Dammann光栅、透镜组或平面高反镜实现分光，和/或，步骤S14中，运用Dammann光栅、透镜组或平面高反镜实现共孔径叠加。