[發(fā)明專(zhuān)利]一種實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光相干偏振合成的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310066584.8
• 申請(qǐng)日: 2013-03-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103199434A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱洪波;郝明明;秦莉;王立軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01S5/065
• 分類(lèi)號(hào): H01S5/065;H01S5/06
• 代理公司: 長(zhǎng)春菁華專(zhuān)利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 張偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光合束光源領(lǐng)域，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光相干偏振合成的方法。

背景技術(shù)

由于半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、可靠性高、電光轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，使其不僅成為激光加工、激光醫(yī)療、激光顯示、激光監(jiān)控、激光測(cè)距、激光制導(dǎo)、激光引信等領(lǐng)域的核心光源和支撐技術(shù)，也在激光雷達(dá)、激光氣體檢測(cè)、激光測(cè)距等領(lǐng)域獲得越來(lái)越引人注目的應(yīng)用前景。半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用極大地降低了這些應(yīng)用中整機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性，并大幅度提高其可靠性。但在激光雷達(dá)、主動(dòng)探測(cè)識(shí)別等應(yīng)用中需要測(cè)量目標(biāo)的精細(xì)參數(shù)（振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、進(jìn)動(dòng)、章動(dòng)等），要求光源必須是相干光。而普通的大功率半導(dǎo)體激光器通常運(yùn)行于飽和模式，呈多模輸出，相干性較差。能實(shí)現(xiàn)單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體激光器具有較好的相干性，相干長(zhǎng)度較長(zhǎng)（相干長(zhǎng)度是相干光源的重要指標(biāo)，主要由激光頻率線(xiàn)寬決定），可達(dá)幾十公里，但是輸出功率在百毫瓦量級(jí)，難以滿(mǎn)足上述應(yīng)用中對(duì)大功率輸出的要求。

半導(dǎo)體激光相干合成技術(shù)是獲得大功率相干光源的有效途徑，通常是指一組激光單元通過(guò)一定的手段使彼此頻率相同、偏振一致、相位形成固定的關(guān)聯(lián)，從而使整體光場(chǎng)呈現(xiàn)出相干疊加的現(xiàn)象。據(jù)目前已報(bào)道的半導(dǎo)體激光相干合成的方案來(lái)看，主要有以下幾種形式：（1）采用倏逝波，泄漏波等單元間自組織實(shí)現(xiàn)相干合成。主要是依靠單元間的漏模（泄露波、漸逝波等）在波導(dǎo)中形成自適應(yīng)的穩(wěn)定鎖相，從而實(shí)現(xiàn)單元間光束的相干合成。這種方法強(qiáng)烈地依賴(lài)于波導(dǎo)和激光諧振腔耦合系統(tǒng)的頻率窄化作用和相位的選擇鎖定作用，對(duì)激光器的結(jié)構(gòu)要求比較嚴(yán)格。（2）采用外腔鎖相技術(shù)實(shí)現(xiàn)相干合束。外腔鎖相主要是在半導(dǎo)體激光器陣列外形成新的諧振腔，通過(guò)衍射效應(yīng)及外腔鏡的反射作用使各個(gè)發(fā)光單元之間相互充分耦合，鎖定每個(gè)激光發(fā)光單元的相位，從而使半導(dǎo)體激光相干輸出。（3）采用主從注入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)相干合成。主從注入技術(shù)是將一個(gè)低功率、窄線(xiàn)寬的半導(dǎo)體激光器(主激光器)作為種子源注入到普通的半導(dǎo)體激光器陣列(從激光器)中，在一定條件下，從激光器自由運(yùn)轉(zhuǎn)模式被抑制并在注入光頻率處建立起穩(wěn)定的振蕩，從而使陣列中各單元與主激光器同頻率運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到鎖相相干的目的。在（2）（3）中由于每個(gè)發(fā)光點(diǎn)的頻譜不一致，使獲得的相干激光的頻譜無(wú)法壓縮到單縱模，線(xiàn)寬較寬。由于上述方案存在激光器結(jié)構(gòu)特殊、制備工藝復(fù)雜、合束單元頻譜有差異等缺點(diǎn)，導(dǎo)致相干合成光源在頻譜線(xiàn)寬和輸出功率兩方面難以同時(shí)滿(mǎn)足要求，這也成為了半導(dǎo)體激光器在激光雷達(dá)、主動(dòng)探測(cè)識(shí)別、激光氣體檢測(cè)等領(lǐng)域應(yīng)用的主要技術(shù)瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有半導(dǎo)體激光相干合成光源在頻譜線(xiàn)寬和輸出功率兩方面難以同時(shí)滿(mǎn)足應(yīng)用要求的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種可以實(shí)現(xiàn)高功率、窄線(xiàn)寬的半導(dǎo)體激光相干偏振合成的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光相干偏振合成的方法，包括以下步驟：

步驟i：主激光器發(fā)出的種子光經(jīng)過(guò)分光棱鏡后被分成多路，分別注入多個(gè)從激光器以實(shí)現(xiàn)從激光器的相位鎖定；每個(gè)從激光器發(fā)射出的激光，都與另外一個(gè)從激光器發(fā)射出的或者經(jīng)過(guò)偏振合成的，經(jīng)過(guò)半波片作用的激光，在偏振合束棱鏡中進(jìn)行偏振合成；

步驟ii：光電探測(cè)器對(duì)偏振合成后的合成光束進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然后將信號(hào)傳遞給相位控制模塊；所述相位控制模塊解調(diào)出兩束光的相位誤差，并將控制信號(hào)反饋給相位調(diào)制器從而對(duì)每個(gè)從激光器發(fā)出的光束進(jìn)行相位調(diào)制，將參與偏振合成的兩路光束的相位差控制在π的整數(shù)倍并保持為線(xiàn)偏振光，從而繼續(xù)與下一路光束進(jìn)行偏振合束，實(shí)現(xiàn)相干偏振合成。

在上述技術(shù)方案中，所有主、從激光器均固定在同一平面上。

在上述技術(shù)方案中，主、從激光器前還分別安裝有用來(lái)減小激光器發(fā)散角、進(jìn)行準(zhǔn)直的準(zhǔn)直鏡。

在上述技術(shù)方案中，所述主激光器發(fā)出的種子光經(jīng)過(guò)分光棱鏡被分成多路后，通過(guò)全反射鏡和反射平板的作用注入多個(gè)從激光器；所述全反射鏡為反射率接近100%的反射平板或者反射棱鏡。

在上述技術(shù)方案中，所述主激光器發(fā)出的種子光經(jīng)過(guò)分光棱鏡被分成多路后，通過(guò)全反射鏡和反射平板的作用注入多個(gè)從激光器；所述反射平板為具有一定反射率的平行平板，反射率值從1%到50%。

在上述技術(shù)方案中，所述從激光器的前腔面鍍有反射率在99%以上的增透膜，以保證種子光具有高的注入率。

在上述技術(shù)方案中，所使用的相位控制模塊包括相位控制電路、鎖相放大器、信號(hào)發(fā)生器。

在上述技術(shù)方案中，所述相位調(diào)制器為鈮酸鋰(LiNbO₃)相位調(diào)制器。

在上述技術(shù)方案中，所述多個(gè)從激光器的數(shù)量為4個(gè)。