專利名稱：多波長聯合外腔半導體激光器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體外腔激光器，尤其涉及多波長的外腔半導體激光器。
背景技術：
在光纖通信、光纖傳感、醫療檢測、環境監測、科學研究等領域中半導體激光器被廣泛應用。外腔半導體激光器通常都是通過將激光器的光輸出的一部分通過色散元件或非色散元件進行反饋，返回到激光器來影響激光器的工作模式和輸出特性的。通常的反饋元件位于激光器的相干長度內，如果反饋元件位于激光器的相干長度之外的，此時激光器處于相干崩潰狀態，可以認為是廣義的外腔激光器。目前的外腔激光器有全息光柵外腔激光器、光纖光柵外腔激光器、垂直腔外腔激光器以及可調諧外腔激光器等，這些外腔激光器都是單個光學反饋元件在離開一定距離處反饋部分光信號到激光器增益區上的。他們的作用是實現調諧、波長穩定、窄線寬和窄譜寬等。但是上述的各種類型外腔激光器中都是一個增益元件和一個反饋元件構成一個外腔激光器，沒有一種方案能夠同時進行多個激光器增益區在不同波長上進行聯合反饋，而使它們協同工作。同樣，多個不同波長的激光器也很難高效率地合在一起，成為一個光源。
發明內容
本發明目的是提供一種將多個半導體激光器管芯進行聯合反饋的多波長外腔半導體激光器。為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為一種多波長聯合外腔半導體激光器，它包括多個其增益區覆蓋一定波長范圍的半導體激光單元、依次設置在所述半導體激光單元輸出光路上的準直光學透鏡、色散光學元件以及部分反射鏡和輸出透鏡組，所述的多個半導體激光單元形成陣列排布，所述的準直光學透鏡用于將所述多個半導體激光單元輸出的光束準直為不同角度且近似平行的光束投射到所述的色散光學元件上，所述的色散光學元件用于將不同入射角度不同波長的光束衍射后以同一角度的光信號投射到部分反射鏡上，所述的部分反射鏡與所述的色散光學元件光信號輸出方向相垂直設置，且所述的部分反射鏡將部分光信號反饋到各半導體激光單元，各所述的半導體激光單元與色散光學元件、部分反射鏡形成多個相互重疊的諧振外腔，在形成的外腔結構中，各所述的半導體激光單元自動調整其輸出波長使得最終經部分反射鏡輸出的多波長光束為平行單束激光。在根據上述技術方案所優化的實施方式，所述的多個半導體激光單元設置在所述的準直光學透鏡的焦平面上。所述的多個半導體激光單元的單個輸出端面上鍍有增透膜，以抑制管芯F-P腔模式引起的激射，有利于外腔模式的激射。所述的色散光學元件為衍射光柵。所述的色散光學元件衍射面與所述的部分反射鏡反射面的夾角為30° 60°。每個所述的半導體激光單元為獨立的單個端面鍍有增透膜的半導體激光器管芯。
所述的多個半導體激光單元由多個激光管芯和下面與之連接的熱沉組成。所述的準直光學透鏡為一塊透鏡或一組透鏡。所述的輸出透鏡組為用于調節所述部分反射鏡輸出光束空間大小的縮束透鏡組。所述的輸出透鏡組為用于將所述部分反射鏡輸出光束聚焦的聚焦透鏡。由于采用上述技術方案，本發明具有以下優點本發明由色散光學元件和部分反射鏡以及若干個不同的半導體激光管芯同時分別構成了具有多個外腔的半導體激光器，從而形成一種聯合的多外腔激光器。色散光學元件可采用光柵，其以色散的逆過程方式將多個激光管芯的不同波長實現復用，并統一投射到部分反射鏡上，然后由部分反射鏡反射回來，經過光柵的色散將各自的反射光送回到各個管芯，各個半導體激光管芯的波長自動調節到相應的波長，確保了整個聯合激光器輸出為單束平行光。本發明聯合外腔激光器提供了一種高效率的多波長激光光源，各個管芯的實際激射波長自動穩定在系統所需要的波長上。
附圖1為根據本發明技術方案所具體實施的一種聯合外腔激光器結構原理示意圖(實施例一)；
附圖2為根據本發明技術方案所具體實施的另一種聯合外腔激光器結構原理示意圖 (實施例二)；
其中1、半導體激光單元；11、熱沉；12、激光管芯；2、準直光學透鏡；3、色散光學元件； 4、部分反射鏡；5和6、為縮束透鏡組；7為聚焦透鏡。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明優選的具體實施例進行說明
如圖1所示的多波長聯合外腔激光器，其主要由半導體激光單元1、準直光學透鏡2、色散光學元件3以及部分反射鏡4，下面將首先對各個部分進行介紹
所述的半導體激光單元1為由多個半導體激光管芯排列的激光器陣列，所述的多個半導體激光管芯可以是多個獨立的半導體激光器上的管芯，也可以由多個激光管芯和與管芯相連的熱沉組成。本實施例所示的半導體激光單元1即由熱沉11、排列設置在熱沉11上的半導體激光管芯12組成，在每個半導體激光管芯12的端面上鍍有增透膜，從而可以抑制管芯自身F-P腔引起的激射，有利于外腔模式的激射。每個所述的半導體激光管芯12可發出一定波長的光束，由于半導體激光管芯12 的排列位置不同，因此，每個半導體激光管芯12，相對于準直透鏡(組)的中心，將以不同角度輸出其光束。所述的準直光學透鏡2設置在所有半導體激光管芯12的輸出光路上，其可以由一塊透鏡構成，也可以由多塊透鏡形成透鏡組，所述的準直光學透鏡2用于將各個半導體激光管芯12輸出的光束變為不同角度輸出的近似平行光束，并投射到色散光學元件3上。本實施例中，所述的半導體激光單元1設置在準直光學透鏡2的焦平面上，從而進一步保證各激光管芯的輸出光束能夠準直為近似的平行光束。所述的色散光學元件3設置在準直光學透鏡2的輸出光路上，色散光學元件3用于將不同入射角度的光束衍射后以同一角度的光信號投射到部分反射鏡4上，本實施例中，色散光學元件3為衍射光柵，其衍射面相對于部分反射鏡4的反射面相傾斜設置，傾斜角在30° 60°之間。經色散光學元件3衍射后輸出的同一角度光信號垂直投射到部分反射鏡4上。上面對本實施例聯合外腔激光器各功能部件進行了介紹，下面將對其工作原理和工作過程進行說明
由于在每個激光管芯12外部設置色散光學元件3和部分反射鏡4，從而多個激光管芯 12與色散光學元件3以及部分反射鏡4之間同時形成多個空間上部分重疊的外腔激光諧振模式。不同的激光管芯光束，經過準直光學透鏡2準直后，以不同的角度入射到衍射光柵上，然后以相同的角度衍射輸出到部分反射鏡4上。所述的部分反射鏡4能夠將一定量的光信號反射回到衍射光柵，經過色散回到各個激光管芯中。由于部分反射鏡與衍射光柵輸出光束相垂直設置的空間結構，根據外腔激光器的工作原理，會自動地將各個管芯的激射波長調整到所要求的波長上，反過來保證了整個聯合激光器的單光束輸出。本實施例中，在部分反射鏡4的輸出光路上還設置了縮束透鏡組5、6，其用于調節部分反射鏡4的輸出空間大小，如根據需要輸出較窄的激光光束。本實施例激光器的最大特點是利用部分反射鏡，通過衍射光柵進行波長復用，與若干個不同的半導體激光管芯分別構成了空間重疊的具有多個外腔的半導體激光器。這是一種聯合的多外腔激光器方案，光柵起到了波長復用和解復用的作用。正是這種聯合外腔方案使得多個激光器能夠協同工作，波長自適應地穩定在所需波長上，使聯合激光器形成整體的單光束輸出。實施例二
本實施例聯合外腔激光器，與實施例一的結構組成基本相同，區別在于，本實施例在部分反射鏡4的輸出光路上用聚焦透鏡(組)7代替了實施例一的縮束透鏡組，即經部分反射鏡4輸出的平行光將聚焦為一路輸出，該種模式的激光器能夠和光纖或其他類型的波導進行耦合。上述結合對本發明所優選的實施例進行了說明，但是上述實施例并不能理解為對本發明保護范圍的限制，凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種多波長聯合外腔半導體激光器，其特征在于它包括多個其增益區覆蓋一定波長范圍的半導體激光單元、依次設置在所述半導體激光單元輸出光路上的準直光學透鏡、 色散光學元件以及部分反射鏡和輸出透鏡組，所述的多個半導體激光單元形成陣列排布， 所述的準直光學透鏡用于將所述多個半導體激光單元輸出的光束準直為不同角度且近似平行的光束投射到所述的色散光學元件上，所述的色散光學元件用于將不同入射角度不同波長的光束衍射后以同一角度的光信號投射到部分反射鏡上，所述的部分反射鏡與所述的色散光學元件光信號輸出方向相垂直設置，且所述的部分反射鏡將部分光信號反饋到各半導體激光單元，各所述的半導體激光單元與色散光學元件、部分反射鏡形成多個相互重疊的諧振外腔，在形成的外腔結構中，各所述的半導體激光單元自動調整其輸出波長使得最終經部分反射鏡輸出的多波長光束為平行單束激光。
2.根據權利要求1所述的多波長聯合外腔半導體激光器，其特征在于所述的多個半導體激光單元設置在所述的準直光學透鏡的焦平面上。
3.根據權利要求1或2所述的多波長聯合外腔半導體激光器，其特征在于所述的多個半導體激光單元的單個輸出端面上鍍有增透膜。
4.根據權利要求3所述的多波長聯合外腔半導體激光器，其特征在于所述的色散光學元件為衍射光柵。
5.根據權利要求1或4所述的多波長聯合外腔半導體激光器，其特征在于所述的色散光學元件衍射面與所述的部分反射鏡反射面的夾角為30° 60°。
6.根據權利要求1所述的多波長聯合外腔半導體激光器，其特征在于每個所述的半導體激光單元為獨立的單個端面鍍有增透膜的半導體激光器。
7.根據權利要求1所述的多波長聯合外腔半導體激光器，其特征在于所述的多個半導體激光單元由多個激光管芯和下面與之連接的熱沉組成。
8.根據權利要求1所述的多波長聯合外腔半導體激光器，其特征在于所述的準直光學透鏡為一塊透鏡或一組透鏡。
9.根據權利要求1所述的多波長聯合外腔半導體激光器，其特征在于所述的輸出透鏡組為用于調節所述部分反射鏡輸出光束空間大小的縮束透鏡組。
10.根據權利要求1所述的多波長聯合外腔半導體激光器，其特征在于所述的輸出透鏡組為用于將所述部分反射鏡輸出光束聚焦的聚焦透鏡。
全文摘要
本發明提供一種多波長聯合外腔半導體激光器，它包括多個半導體激光單元、依次設置在半導體激光單元輸出光路上的準直光學透鏡、色散光學元件以及部分反射鏡，多個半導體激光單元形成陣列排布，各半導體激光單元與色散光學元件、部分反射鏡形成多個諧振外腔，在形成的外腔結構中，各半導體激光單元自動調整其輸出波長使得最終經部分反射鏡輸出的多波長光束為多波長的平行單束激光。本發明聯合外腔激光器提供了一種有效的多波長激光光源，各個管芯的實際激射波長自動穩定在使系統協同工作所需要的波長上。
文檔編號H01S5/024GK102208753SQ20111010674
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月27日 優先權日2011年4月27日
發明者周勝, 談根林 申請人:蘇州華必大激光有限公司