[發明專利]線陣激光相干鏡

有效

• 申請號: 201410508751.4
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104300350B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 陳泳屹;秦莉;寧永強;王立軍;佟存柱;劉云
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙)22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明屬于激光相干耦合技術領域，具體涉及一種對線陣激光器中的各個出光單元進行鎖相相干的線陣激光相干鏡及其制備方法。

背景技術

線陣激光相比于激光器單管，由于可以獲得較高功率，被廣泛的應用，但是，隨著科技發展，越來越多的領域對高光束質量、高亮度、窄線寬、高相干度的高功率激光的需求不斷增長。

一般的線陣激光，由于不能夠實現線陣中各個出光單元間的光子相互注入，因而不存在相干性，這就導致了出射激光線寬較寬，模式特性差，遠場發散角大，亮度低，不能實現鎖相的缺點，限制了其應用。針對一般線陣激光，通過減小條寬來實現單側模，通過額外制備DBR光柵來窄化線寬，通過額外添加外腔鏡來增加相干性，但卻大大降低了激光器的功率，并且工藝步驟多而繁雜，對光學系統的穩定性要求很高。

為了得到高功率、高相干性的激光，鎖相激光器陣列被廣泛研究。現有的鎖相方式主要分為兩類：內部耦合鎖相和外部耦合鎖相；

內部耦合鎖相是靠相鄰兩個單元光場的相互作用實現鎖相，包括消逝場耦合、反波導耦合等，但單元間的相互作用復雜，間距較難控制，且耦合單元不能太多，這就限制了更高功率的輸出光；

外部耦合鎖相主要有外腔鎖相和種子注入鎖相；一般的外腔鎖相通過在外腔中放置濾波器，實現不同光束的相互作用，但是該技術對濾波器的要求高，光路復雜，能量損失較大；而種子注入鎖相需要一個額外的輸出高質量激光的主激光器，以及昂貴的光隔離器，并且實現鎖相的單元數量較少，效率較低。

因此，需要研制出一種適用于線陣激光實現高功率、高相干性，且制作工藝簡單、性能穩定、成本低、易推廣的線陣激光相干鏡裝置。

發明內容

本發明的目的在于提出一種線陣激光相干鏡及其制備方法，解決現有技術存在的線陣激光相干性差、穩定性差、功率低和成本高的問題。

為實現上述目的，本發明的線陣激光相干鏡包括交替連接的n個衍射光柵和n+1個光波導，在由衍射光柵和光波導構成的結構兩側，制備波導反射結構。

所述n的取值范圍為：n≥1。

所述衍射光柵是在光波導上生長得到或刻蝕得到。

波導反射結構為可以用于對光波導內傳輸的光學模式進行反射的光學結構。

波導反射結構為光柵結構、光子晶體結構、光學槽結構、反射鏡結構或反射膜系統結構。

所述的衍射光柵的形狀為矩形光柵、閃耀光柵、梯形光柵、正弦光柵或復合光柵；所述的衍射光柵的材料為介質、薄膜系統、金屬或半導體。

所述的光波導的材料為單層或多層介質、薄膜系統、半導體或金屬；所述的光波導的結構為單層結構、內部全反射結構、布拉格分布反饋結構、多層膜結構或表面等離子體波導結構。

線陣激光相干鏡制備方法，包括以下步驟：

步驟一：針對所用線陣激光器的波段，選取該波段透明的材料，通過晶體生長法或薄膜制作法制備無衍射損耗和散射損耗的光波導，光波導的尺寸和結構應使得其本身的截止頻率小于所選波段；

步驟二：在步驟一中制備得到的光波導上通過刻蝕技術或生長技術制備與實際應用的線陣激光器的間隔和占空比相同的衍射光柵；

其中：占空比定義為激光器線陣中，激光出射區域和無激光出射區域的比值；

步驟三：在最外側的光波導上通過刻蝕方法制作能夠反射波導內光學模式的波導反射結構，得到線陣激光相干鏡。

所述制備方法還包括步驟四：在步驟三中制備得到的線陣激光相干鏡上進行化學處理或者制作保護層。

步驟一中所述的光波導可以是在SiO₂襯底上制備，或者集成在光學系統中線陣激光器以及其他光學元件表面或內部。

在光波導上通過刻蝕技術制備得到的衍射光柵的深度小于等于光波導的厚度。

根據實際工藝條件可以調整步驟二和步驟三的順序，線陣激光相干鏡的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：針對所用線陣激光器的波段，選取該波段透明的材料，通過晶體生長法或薄膜制作法制備無衍射損耗和散射損耗的光波導，光波導的尺寸和結構應使得其本身的截止頻率小于所選波段；

步驟二：設計上指定需要制作衍射光柵的位置和與之相連的光波導的位置，在最外側的光波導上通過刻蝕方法制作能夠反射波導內光學模式的波導反射結構；

步驟三：在步驟二中的光波導中指定位置上通過刻蝕技術或生長技術制備與實際應用的線陣激光器的間隔和占空比相同的衍射光柵，得到線陣激光相干鏡；

其中：占空比定義為激光器線陣中，激光出射區域和無激光出射區域的比值。