[發明專利]一種半導體激光bar條以及半導體外腔

在審

• 申請號: 202011572378.0
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112688169A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 肖瑜;唐霞輝;周鵬;胡聰;馬豪杰;張成杰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;深圳華中科技大學研究院
• 主分類號: H01S5/22
• 分類號: H01S5/22;H01S5/20;H01S5/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種半導體激光bar條以及半導體外腔，屬于半導體激光陣列相干合束領域，半導體激光bar條包括：多個發光單元以及位于相鄰發光單元之間的不發光區域；發光單元與高階厄米高斯光束的波峰一一對應，不發光區域與高階厄米高斯光束的節線一一對應，且各發光單元的寬度與其對應波峰兩端零點之間的寬度相等，各不發光區域與其對應節線重合，各發光單元的寬度不相等，其中，高階厄米高斯光束由半導體激光bar條和外腔相互作用產生。這種非均勻分布的半導體激光bar條支持高階厄米高斯模式振蕩，在腔內產生高階厄米高斯模式時，引入的耦合損耗最低，每個發光單元的寬度和高階厄米高斯模式相匹配，可提高耦合效率，進而提高相干合束的功率和穩定性。

技術領域

本發明屬于半導體激光陣列相干合束領域，更具體地，涉及一種半導體激光bar條以及半導體外腔。

背景技術

半導體激光一直是激光研究的前沿熱點。限制高功率半導體激光廣泛應用的最大問題在于其光束質量較差。目前主要利用光譜合束技術提高高功率半導體激光亮度。這種方法使得半導體激光陣列的亮度有很大提高，然而，半導體激光再向更高功率推進的過程中，受到半導體增益帶寬的限制，不能實現更大量的半導體激光合束。另外，光譜合束技術通常需要較為復雜的鍍膜技術為基礎，實現難度較大。

除了光譜合束技術外，半導體激光相干合束技術也具有較大提高半導體激光陣列整體亮度的能力和空間。傳統技術中采用發光單元均勻分布的bar條，主要通過構建Talbot外腔結構實現被動相干合束，以在腔內構建周期結構的場分布。這個場分布的每個周期就會有一個放光單元內放大，而整體上又是一個具有確定相位關系的相干場分布。然而，基于Talbot成像技術的合束腔對于半導體激光功率和亮度有非常嚴重的限制：Talbot成像的耦合效率較弱，導致Talbot場的相位鎖定能力有限，當工作電流較高時增益較大，單個發光單元內部存在自發輻射放大作用，自發輻射放大會導致發光單元內部產生寄生振蕩，非相干寄生振蕩會抑制相干振蕩，從而使合束效率下降；半導體激光的隨機相位和強度波動會破壞光場周期結構，導致自再現的Talbot像惡化，Talbot像惡化又會導致周期場進一步惡化，最終導致相干合束下降嚴重。利用Talbot像來實現相干合束就需要精確控制激光器陣列中每個發光單元的相位波動幅度，精度要求較高，效率相對較低，實現難度較大。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種半導體激光bar條以及半導體外腔，其目的在于設計非均勻分布的半導體激光bar條，當外腔內產生高階厄米高斯模式時，引入的耦合損耗最低，每個發光單元的寬度和高階厄米高斯模式相匹配，可提高耦合效率，進而提高相干合束的功率和穩定性。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種半導體激光bar條，包括多個發光單元以及位于相鄰發光單元之間的不發光區域；所述發光單元與高階厄米高斯光束的波峰一一對應，所述不發光區域與所述高階厄米高斯光束的節線一一對應，且各所述發光單元的寬度與其對應波峰兩端零點之間的寬度相等，各所述不發光區域與其對應節線重合，各所述發光單元的寬度不相等，其中，所述高階厄米高斯光束由所述半導體激光bar條和外腔相互作用產生。

更進一步地，所述發光單元包括脊形波導區域和錐形放大區域；所述錐形放大區域中截面較小一端連接所述脊形波導區域，截面較大一端的寬度與其對應波峰兩端零點之間的寬度相等。

按照本發明的另一個方面，提供了一種半導體外腔，包括依次分布的半導體激光bar條、衍射光學元件和輸出鏡，所述半導體激光bar條為如上所述的半導體激光bar條；所述衍射光學元件用于實現高階厄米模式振蕩以生成高階厄米高斯光束，所述輸出鏡用于耦合輸出所述高階厄米高斯光束。

更進一步地，所述半導體激光bar條中背離衍射光學元件的端面設置有增反膜，以提供激光反饋，另一端面設置有增透膜，以限制這兩個端面之間的激光振蕩。

更進一步地，還包括反射型體布拉格光柵，位于所述半導體激光bar條的另一側，所述半導體激光bar條沿光路的兩個端面均設置有增透膜。