[發明專利]一種超大功率半導體列陣外腔形變補償量全量獲取技術

無效

• 申請號: 200710049476.4
• 申請日: 2007-07-09
• 公開（公告）號: CN101127436A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 蔡然
• 申請（專利權）人: 蔡然;榮健;鐘曉春
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40;H01S5/14;H01S5/06;H01S5/00;G02F1/35
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技術領域

本發明屬于超大功率半導體列陣鎖相運行的穩定技術，涉及超大功率半導體列陣通過偏轉適配角度的外腔鏡選擇基超模震蕩后，對殘余熱效應等引起外腔形變導致適配角度的偏離，涉及防止與外腔形變相關的非基超模起振，涉及外腔形變測量和補償量獲取，涉及保障列陣穩定地震蕩于基超模運行。

背景技術

半導體列陣量子效率高，輸出波長范圍涵蓋570nm至1600nm，工作壽命可達數百萬小時，疊層列陣可提供超高功率激光輸出，在諸如工業、醫學等很多領域具有非常廣闊和良好的應用前景，但是由于自由運行的半導體列陣各個發光單元發出的光是不相干的，其輸出質量較差，特別是慢軸多模輸出的發散角大、光譜寬，在干擾、色散、方向性等方面特性極差，既無法通過光學系統聚焦到小尺寸，又無法實現遠距離傳輸，嚴重阻礙了其在機械加工、表面處理、高功率密度泵浦、空間高速光通信等領域中獲得有效應用。因而，采取空間鎖相措施使得各個單元運行于相同的波長并使得它們之間具有固定的相位差，就變得至關重要。

實現各個單元相干運行方法包括內部耦合和外部耦合。內部耦合通過控制折射率、增益區分布、構造適當的有源層、襯底和覆蓋層等措施來使位相得到鎖定，但是此種機制相應的發光單元寬度大大限制了半導體列陣能夠輸出的功率，另外，其相應的系統不穩定性會隨著發光單元的增多和驅動電流的增大而增大。外部耦合通過在半導體列陣外部采用位相共軛鏡反饋注入鎖定技術、主從激光器注入鎖定技術、外腔鏡技術實現鎖相輸出。

對于相鄰發光單元距離達數百微米的大功率半導體列陣，特別適宜采用基于模式耦合理論和Talbot腔理論的外腔耦合鎖相，相應功率耦合主要發生在緊鄰單元之間，非相鄰單元耦合可以忽略不計，相應系統結構簡單而功效良好。

利用工作中心波長為λ，慢軸列陣周期為d，腔長為L_c＝d²/2λ，外腔鏡法線方向垂直于慢軸的1/4Talbot外腔鏡技術能夠成功地鎖定大功率半導體列陣相位，但相應遠場分布為雙瓣結構，標明相應震蕩模式為最高階超模；按照分數Talbot腔場分布規律，為使系統震蕩于基超模，以得到遠場分布為單瓣結構、接近衍射極限的極佳輸出，必須將此1/4Talbot外腔鏡在慢軸方向適當地偏轉一定角度，這是二維半導體疊層列陣采用外腔技術選擇基超模震蕩的方式，已成功地獲得工程實現，然而，在此項技術應用于超大功率二維半導體列陣鎖相時，在傾斜適配角度的外腔鏡使列陣選擇基超模震蕩后，雖然冷卻子系統能夠保障列陣持續工作，但殘余熱效應仍然會使得外腔形變不斷加劇，再加上平臺震動等，導致最高階超模震蕩。因此，必須對超大功率二維半導體列陣采取穩模措施，以使列陣能夠穩定地震蕩于基超模，輸出高質量激光束，為此，本發明給出了一種超大功率半導體列陣外腔形變補償量獲取技術，

發明內容

本發明針對的技術問題描述：當半導體列陣采用1/4Talbot外腔鏡技術鎖相時，在其外腔鏡由垂直于發光單元的位置偏轉β＝λ/2d后，外腔鏡將發光單元發出的最高階超模光反射并成像于發光單元間，從而，腔內損耗極大，同時，將發光單元發出的基超模光反射并成像于發光單元內，因而列陣將選擇基超模震蕩，列陣及相應光場分布如圖1所示。但是，對于超大功率二維半導體列陣，在采用此技術鎖相時，雖然列陣的冷卻子系統能夠保障列陣持續工作，隨著列陣輸出功率的增加，由于殘余熱效應等作用于外腔鏡，將引起β漂移，對于光發區慢軸寬度為S的任意一個發光單元，當β漂移超過Sλ/2d²時，超過一半的基超模反射光將成像于發光單元之間，導致最高階超模占優；當β漂移超過((d-S)λ)/2d²時，超過一半的最高階超模反射光將成像于發光孔中，也將導致最高階超模占優，為保障列陣恒定不變地震蕩于基超模，必須及時地補償外腔鏡形變引起的β漂移，而外腔形變補償量獲取是成功補償的系統輸入源泉，對于補償操作而言，是決定成敗的關鍵第一步。

本發明針對的技術問題解決辦法：隨著列陣輸出基超模激光功率的增大，由于殘余熱效應、以及運行環境等給列陣鎖相帶來的影響，引起1/4Talbot外腔鏡技術鎖相半導體列陣的外腔鏡形變，導致β發生近似對稱性的雙向漂移，本發明針對性地采用雙路鎖相穩定伺服系統，即與CCD1相關鎖相穩定伺服子系統和與CCD2相關鎖相穩定伺服子系統，各實時測量β一個方向的漂移量，并分別適時補償之，克服β一個方向漂移對鎖相穩定性的影響。兩路探測補償子系統聯合探測補償，使列陣穩定地與運行于基超模。