[發明專利]一種半導體激光器的空間模式檢測系統及檢測方法

有效

• 申請號: 202011603029.0
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112729780B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 林星辰;趙宇;聶真威;韓冰;陳媛;王俊杰
• 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: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 長春中科長光知識產權代理事務所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

1.一種半導體激光器的空間模式檢測系統，其特征在于，所述空間模式檢測系統包括準直單元、擴束單元、光束篩選單元、聚焦單元、衍射單元、轉動單元、第一反射鏡(10)、場鏡(12)以及接收屏(13)；

所述準直單元用于對半導體激光器發射出的激光束進行準直，所述擴束單元用于對準直后的激光束進行擴束；所述準直單元、所述擴束單元以及所述聚焦單元同軸依次排放設置，并與半導體激光器(1)的發光區的中心保持同軸；

所述光束篩選單元設置在所述擴束單元與所述聚焦單元之間，用于減少通過的激光束；所述聚焦單元用于將通過所述光束篩選單元的激光束聚焦至所述衍射單元上；所述衍射單元固定設置于所述轉動單元上，可由所述轉動單元帶動旋轉；所述第一反射鏡(10)設置在所述衍射單元的衍射方向，并與所述衍射單元構成高分辨率雙通光柵光譜儀結構；

所述場鏡(12)用于將經過所述第一反射鏡(10)后的出射光束成像至所述接收屏(13)上；所述轉動單元帶動所述衍射單元旋轉，所述接收屏(13)獲得不同空間模式下的投射；

所述衍射單元包括衍射光柵(8)；所述第一反射鏡(10)將經過所述衍射光柵(8)衍射的激光束再次反射到所述衍射光柵(8)上，形成二次衍射；

所述空間模式檢測系統還包括第二反射鏡(11)，所述衍射單元包括衍射光柵(8)；所述第二反射鏡(11)與所述場鏡(12)均設置于所述衍射光柵(8)二次衍射的出射方向，所述第二反射鏡(11)改變所述出射光束的傳輸方向后，所述場鏡(12)成像到接收屏(13)上。

2.根據權利要求1所述的空間模式檢測系統，其特征在于，所述空間模式檢測系統還包括水冷座(2)，所述半導體激光器(1)固定設置于所述水冷座(2)上，所述水冷座(2)用于對所述半導體激光器(1)進行散熱。

3.根據權利要求1所述的空間模式檢測系統，其特征在于，所述空間模式檢測系統還包括電荷耦合器件(14)以及計算機(15)，所述計算機(15)與所述電荷耦合器件(14)通過信號線連接；所述電荷耦合器件(14)與所述接收屏(13)非垂直正對設置；所述電荷耦合器件(14)記錄所述接收屏(13)上獲得的空間模式分布，并傳輸至所述計算機(15)。

4.根據權利要求3所述的空間模式檢測系統，其特征在于，所述電荷耦合器件(14)與所述接收屏(13)成角度設置，所述角度的范圍為45°～80°。

5.根據權利要求1所述的空間模式檢測系統，其特征在于，所述擴束單元包括第一擴束透鏡(4)和第二擴束透鏡(5)；所述第一擴束透鏡(4)的焦距為5mm≤f_1a≤50mm，所述第二擴束透鏡(5)的焦距為50mm≤f_1b≤350mm；所述第一擴束透鏡(4)與所述第二擴束透鏡(5)之間的距離為166mm，放大倍率為2～50倍。

6.根據權利要求5所述的空間模式檢測系統，其特征在于，所述第一擴束透鏡(4)的焦距為f_1a＝16mm，所述第二擴束透鏡(5)的焦距為f_1b＝150mm；所述第一擴束透鏡(4)與所述第二擴束透鏡(5)之間的距離為166mm，放大倍率為9倍。

7.根據權利要求1所述的空間模式檢測系統，其特征在于，所述準直單元包括準直透鏡(3)，所述準直透鏡(3)的焦距為1mm～5mm；所述準直透鏡(3)為圓形透鏡；所述準直透鏡(3)包括兩個分立的準直透鏡；

所述光束篩選單元包括光闌(6)，所述光闌(6)為滑動光闌；

所述聚焦單元包括長焦聚焦透鏡(7)，所述長焦聚焦透鏡(7)的焦距為1000mm～3000mm；

所述衍射單元包括衍射光柵(8)，所述衍射光柵(8)的周期為1800～3000線/mm；

所述轉動單元包括精密轉臺(9)。

8.一種如權利要求1所述的半導體激光器的空間模式檢測系統的檢測方法，其特征在于，所述檢測方法包括步驟：

S1、半導體激光器(1)發射激光束，所述激光束經過準直透鏡(3)進行準直，然后依次通過第一擴束透鏡(4)和第二擴束透鏡(5)進行擴束；

S2、擴束后的激光束經過光闌(6)后，部分激光束經過長焦聚焦透鏡(7)，入射到衍射光柵(8)上；

S3、通過精密轉臺(9)帶動所述衍射光柵(8)旋轉，半導體激光器(1)在不同空間模式下發射的不同激光束分別以不同角度入射到所述衍射光柵(8)上，并以相同的衍射角入射到第一反射鏡(10)上，實現空間模式的分離；

S4、分離后的空間模式分別由場鏡(12)成像到接收屏(13)上，進而獲得所述空間模式分布。