[發明專利]一種提高大功率激光二極管列陣輸出光束質量的裝置及其方法

無效

• 申請號: 201210360162.7
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN102904160A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 劉崇;亓云軒;葛劍虹;項震
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40;H01S5/125
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及一種提高大功率激光二極管列陣輸出光束質量的裝置及其方法。

背景技術

高功率激光器二極管列陣（LD?bars）以其優越的性能逐漸取代了閃光燈成為固體激光的主要泵浦源，但是也由于橫向多模振蕩所造成的光束質量較差，同時輸出光束譜線較寬，使其應用受到很大的限制。利用外腔進行反饋是改善高功率激光器二極管列陣輸出光束質量的一種有效手段，理論上可以獲得近衍射極限輸出的光束。

利用外腔對高功率激光器二極管列陣進行反饋，根據應用需求的不同主要可以分為兩種技術形式，一種是以改善輸出光束的光束質量為目的，通過鎖定各個發光單元的相位，獲得同相的模式輸出，這種比較多的使用泰伯腔（Talbot?cavity）的形式，反饋元件一般使用平面鏡；第二種是以改善輸出光譜特性為目的，反饋元件一般使用體全息布拉格光柵，不僅可以獲得窄線寬的光譜輸出，還可以使輸出譜線的穩定性提高，極大地方便了后續的應用。上述的第二種方式技術上已經比較成熟，但是第一種方式目前還存在一些問題，目前報道的結果雖然可以較好的光束質量輸出，但是輸出功率都比較小，主要問題是隨著輸出功率的增加，各個發光單元之間的相位鎖定變得更加困難，最終導致相位完全失鎖，輸出光束質量惡化。

綜合了上述兩種反饋技術的優點，提出一種提高大功率激光二極管列陣輸出光束質量的裝置，不僅可以獲得良好的光束質量輸出，而且具有較大的相位鎖定工作范圍，適合在高功率條件下使用。裝置中采用體全息布拉格光柵作為泰伯腔的反射鏡，通過增強各個發光單元的相干性，使得更為容易地獲得同相的模式輸出，同時由于體全息布拉格光柵具有良好的光譜選擇性和角度選擇性，在高功率輸出的情況下仍然可以保持相位鎖定輸出，從而實現在高功率輸出情況下光束質量的改善。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種提高大功率激光二極管列陣輸出光束質量的裝置及其方法。

提高大功率激光二極管列陣輸出光束質量的裝置是，在同一光軸上依次垂直放置激光二極管列陣、快軸準直透鏡和體全息布拉格光柵；快軸準直透鏡與激光二極管列陣前端面之間的距離L₁=f，f為快軸準直透鏡的焦距，體全息布拉格光柵與激光二極管列陣前端面之間的距離???????????????????????????????????????????????，體全息布拉格光柵的光柵波矢與光軸之間的夾角α?=?λ?/(2d)，λ為輸出激光波長，d為激光二極管列陣發光單元周期，激光器二極管列陣前端面鍍有反射率小于0.5%的反射膜，激光器二極管列陣后端面鍍有反射率大于99.5%的反射膜。

所述的反射膜的材料為氧化鋯或氧化硅。所述的激光器二極管列陣的輸出功率為5W～300W，發光單元數為9個～99個，發光單元周期為10μm～500μm。所述的快軸準直透鏡為平凸柱面透鏡，兩端面鍍有反射率小于0.5%的減反射膜，快軸準直透鏡的焦距為0.05mm～5mm。所述的體全息布拉格光柵為反射式體全息布拉格光柵，反射率為5%～80%，反射的光譜帶寬為0.01nm～2nm，光柵厚度0.2mm～5mm。

提高大功率激光二極管列陣輸出光束質量的方法包括以下步驟：

（1）在光軸上垂直放置激光二極管列陣、快軸準直透鏡、體全息布拉格光柵；

（2）調整快軸準直透鏡與激光二極管列陣前端面之間的距離L₁，同時觀測輸出激光在快軸方向的發散角，當發散角小于0.2度時，快軸準直透鏡與激光二極管列陣前端面之間的距離L₁=f，f為快軸準直透鏡的焦距；

（3）旋轉體全息布拉格光柵，同時觀測輸出激光在慢軸方向的發散角，當發散角小于1度時，體全息布拉格光柵的光柵波矢與光軸之間的夾角α?=?λ?/(2d)，λ為輸出激光波長，d為激光二極管列陣發光單元周期；

（4）調整體全息布拉格光柵與激光二極管列陣前端面之間的距離L₂，同時觀測輸出激光的光束質量，當光束質量因子M²小于10時，體全息布拉格光柵與激光二極管列陣前端面之間的距離，達到提高大功率激光二極管列陣輸出光束質量的目的。

本發明使得激光二極管列陣輸出光束質量大幅提高，輸出波長穩定，相干性好，同時具有較大的相位鎖定工作范圍，獲得高功率輸出。