專利名稱：熔錐光纖相向交叉耦合外腔半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種熔錐光纖相向交叉耦合外腔半導(dǎo)體激光器，屬于半導(dǎo)體激光 器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光列陣由于具有體積小、重量輕、壽命長、效率高等優(yōu)點，在軍 事、工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在市場，因而已成為世 界各國競相追逐的研究熱點。半導(dǎo)體激光列陣是實現(xiàn)高功率輸出的有效技術(shù) 途徑。由于半導(dǎo)體激光列陣的固有的結(jié)構(gòu)缺陷，各發(fā)光單元的輸出光束質(zhì)量 很差，且各發(fā)光單元是非相干的，所以激光器的輸出在空間上也是非相干的。 外腔鎖相相干耦合技術(shù)在半導(dǎo)體激光陣列外形成新的諧振腔來鎖定每個激光 單元的位相，可以獲得相干耦合的輸出，從而改善了輸出光的光束質(zhì)量。
為了提高半導(dǎo)體激光列陣的光束質(zhì)量，主要有兩種方法。 一種是在列陣后 加整形元件，將列陣輸出的光束分割和重排，使矩形光斑變?yōu)閳A形光斑，但 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功率損失比較大。另一種是外腔鎖相技術(shù)，將列陣原有的諧振腔 破壞，加入鎖相光學(xué)元件后組成新的外諧振腔，得到強的相干光輸出，于是 列陣整體的光束質(zhì)量得到提高。目前的外腔鎖相技術(shù)，通過在半導(dǎo)體激光器 外加入具有一定反射率的外腔鏡，利用光線在外腔中傳播時發(fā)生的衍射以及 外腔鏡的反饋作用，人們成功地實現(xiàn)了陣列發(fā)光單元間的相互耦合。同時在
外腔中插入可調(diào)相位元件、空間濾波器，或使外腔鏡位于整數(shù)、分數(shù)倍TALBOT 距離處實現(xiàn)外腔鎖相。這些外腔結(jié)構(gòu)，大多存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，損耗大，調(diào)節(jié)精 度高，難于實用化等缺點。但外腔鎖相相干耦合技術(shù)只能保證相鄰發(fā)光單元 之間有很強的耦合，并不能形成真正意義上的"并聯(lián)耦合"，這是造成不能獲 得大功率相干激光輸出的一個主要原因。只有當每個半導(dǎo)體發(fā)光單元同時與 多個發(fā)光單元之間產(chǎn)生耦合時，整個半導(dǎo)體激光列陣才能會有強耦合，從而
提高列陣的光束質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種熔錐光纖相向交叉耦合外腔半導(dǎo)體激光器，該激光器 能在半導(dǎo)體激光列陣的各發(fā)光單元之間實現(xiàn)強的并聯(lián)耦合，同時還具有結(jié)構(gòu) 簡單、損耗小的優(yōu)點。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。熔錐光纖相向交叉耦 合外腔半導(dǎo)體激光器，其特征在于包括沿光束的傳播方向依次放置的半導(dǎo) 體激光列陣、快軸準直透鏡、熔錐光纖耦合器和輸出固定套。半導(dǎo)體激光列 陣、快軸準直透鏡、對準固定套、熔錐光纖耦合器和輸出固定套一起構(gòu)成外 諧振腔。半導(dǎo)體激光列陣的輸出端面鍍增透膜，發(fā)光單元發(fā)出的激光束，經(jīng) 過快軸準直透鏡準直后，耦合進入熔錐光纖耦合器，熔錐光纖耦合器由數(shù)根 光纖集束而成，光纖數(shù)目與半導(dǎo)體激光列陣的發(fā)光單元數(shù)目相等，將熔錐光 纖耦合器中的光纖分成數(shù)目相等的兩部分，兩部分沿相向的方向交叉排列在 一起，使相鄰光纖中的激光束的傳播方向相反；對交叉部分熔融拉錐，形成 熔錐區(qū)，在烙錐區(qū)，光纖的形狀變?yōu)閳A錐型，光纖束緊密結(jié)合在一起，光纖 之間無空隙。熔錐光纖耦合器的輸出端與輸出固定套相連，激光束從輸出固 定套輸出。
所述的熔錐光纖耦合器的輸入端由對準固定套固定，保證每根光纖對準 一個發(fā)光單元。所述的對準固定套包括底板和蓋板，底板上設(shè)置有用來卡住 光纖的V型槽。
本發(fā)明的優(yōu)點利用光纖柔軟，排列靈活的特點，熔錐光纖耦合器可以將 半導(dǎo)體激光列陣的發(fā)光單元的一維排列，變?yōu)楣饫w束的二維排列，使得發(fā)光 單元之間可以產(chǎn)生強的并聯(lián)耦合。光纖經(jīng)過拉錐后，在圓錐形區(qū)間發(fā)生耦合 的激光束幾乎可以全部進入相鄰光纖，泄漏損失很小。由于相鄰光纖中傳播 的激光束方向相反，熔錐光纖耦合器同時起到了耦合器和輸出反饋鏡的雙重 作用，無需再單獨設(shè)置輸出反饋鏡，使得整個外腔的結(jié)構(gòu)簡化，損耗小，效
率高。實現(xiàn)了光學(xué)相干性高，效率高，結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)容易的熔錐光纖相向
交叉耦合外腔半導(dǎo)體激光器。


圖1熔錐光纖耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2熔錐光纖耦合器中熔錐區(qū)光纖排列方式示意圖
圖3對準固定套結(jié)構(gòu)示意圖
圖4輸出固定套示意圖
圖中1、半導(dǎo)體激光列陣，2、快軸準直透鏡，3、對準固定套，4、熔錐 光纖耦合器，5、輸出固定套，6、熔錐區(qū)，7、白色光纖，8、黑色光纖，9、 光纖，10、底板，11、蓋板，12、套管。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進一步說明，但本發(fā)明不限于這些實
如圖l所示，本實施例包括沿光束傳播方向依次放置的半導(dǎo)體激光列陣l、 快軸準直透鏡2、對準固定套3、熔錐光纖耦合器4、輸出固定套5。半導(dǎo)體 激光列陣1輸出端面鍍增透膜，快軸準直透鏡2是直徑105um的圓柱形透鏡， 軸向平行于半導(dǎo)體激光列陣l的發(fā)光端面放置。發(fā)光單元發(fā)射的激光束快軸 方向發(fā)散角為30 40度，經(jīng)過快軸準直透鏡后，快軸方向發(fā)散角小于0.25 度，然后射入熔錐光纖耦合器4。熔錐光纖耦合器4的輸入端由對準固定套固 定，保證每根光纖對準一個發(fā)光單元。熔錐光纖耦合器中的光纖被分為數(shù)量 相等的兩部分，兩部分方向相向的交叉排列在一起，使相鄰光纖中的激光束 的傳播方向相反。對光纖束的交叉段加熱后拉伸，使光纖由圓柱形變成圓錐 形，這樣光纖中的激光束可以部分耦合進入相鄰光纖，直接進入該相鄰光纖 對應(yīng)的發(fā)光單元。未耦合的激光束由熔錐光纖耦合器輸出。熔錐光纖耦合器 的輸出端由輸出固定套固定，輸出固定套的作用是保持光纖束緊密排列在一 起，所有光纖的端面保持在同一平面。
對準固定套3的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括底板10和蓋板11，底板IO 上設(shè)置有用來卡住光纖9的V型槽，V型槽的周期與半導(dǎo)體激光列陣1的周期 相同。對準固定套3與半導(dǎo)體激光列陣1相對應(yīng)的端面拋光。
熔錐光纖耦合器4的光纖數(shù)目與半導(dǎo)體激光列陣1的發(fā)光單元數(shù)目相等， 光纖芯徑105um，每根光纖的輸入端都卡在對準固定套3的一個V型槽中，如 圖3所示。光纖束被分成數(shù)目相等的兩部分，將兩部分相向放置，交叉排列 在一起，光纖為二維排列，互相之間無空隙。對排列后的光纖束加熱至熔融 態(tài)后拉伸，形成熔錐區(qū)6，拉伸長度3mm。光纖束在進入熔錐區(qū)6之前的排列 順序是從a至f ，從熔錐區(qū)6出來后排列順序相反，變?yōu)閺膄至a，如圖1所 示。光纖在熔錐區(qū)內(nèi)的交叉排列形式如圖2所示，白色光纖7中激光束傳播 方向出紙面，黑色光纖8中激光束的傳播方向入紙面。
熔錐光纖耦合器4的輸出端由輸出固定套5固定，輸出固定套5包括光纖 9和套管12，套管12的材料可為玻璃或金屬或陶瓷，輸出端面拋光。
大功率半導(dǎo)體激光列陣1為無鋁量子阱結(jié)構(gòu)，中心波長為808nm，發(fā)光單 元寬度100um，周期500um，在輸出端面鍍808nm的增透膜。工作電流20A時， 無外腔情況下，半導(dǎo)體激光列陣1的輸出功率6. 5W，光譜寬度(FWHM)是1. 8nm， 加入快軸準直透鏡2、對準固定套3、熔錐光纖耦合器4、輸出固定套5組成 的外諧振腔后，光譜寬度減小為0.6nm，輸出功率為2.9W。可見，本外腔得 到了窄光譜，高相干性的半導(dǎo)體激光輸出。
權(quán)利要求
1、熔錐光纖相向交叉耦合外腔半導(dǎo)體激光器，其特征在于包括沿光束的傳播方向依次放置的半導(dǎo)體激光列陣(1)、快軸準直透鏡(2)、熔錐光纖耦合器(4)和輸出固定套(5)；半導(dǎo)體激光列陣(1)的輸出端面鍍增透膜，發(fā)光單元發(fā)出的激光束，經(jīng)過快軸準直透鏡(2)準直后，耦合進入熔錐光纖耦合器(4)，熔錐光纖耦合器(4)由數(shù)根光纖集束而成，光纖數(shù)目與半導(dǎo)體激光列陣(1)的發(fā)光單元數(shù)目相等，將熔錐光纖耦合器(4)中的光纖分成數(shù)目相等的兩部分，兩部分沿相向的方向交叉排列在一起，使相鄰光纖中的激光束的傳播方向相反，對交叉部分熔融拉錐，形成熔錐區(qū)(6)；熔錐光纖耦合器(4)的輸出端與輸出固定套(5)相連，激光束從輸出固定套(5)輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的熔錐光纖相向交叉耦合外腔半導(dǎo)體激光器，其特征 在于所述的熔錐光纖耦合器(4)的輸入端由對準固定套(3)固定，保證 每根光纖對準一個發(fā)光單元；所述的對準固定套(3)包括底板(10)和蓋板(11)，底板(10)上設(shè)置有用來卡住光纖(9)的V型槽。
全文摘要
本發(fā)明是一種熔錐光纖相向交叉耦合外腔半導(dǎo)體激光器，屬于半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域。包括半導(dǎo)體激光列陣(1)、快軸準直透鏡(2)、對準固定套(3)、熔錐光纖耦合器(4)和輸出固定套(5)。本發(fā)明采用將半導(dǎo)體激光列陣發(fā)光單元與光纖一一對應(yīng)的方法，使半導(dǎo)體激光耦合進光纖束，通過光纖束熔融拉錐的方法實現(xiàn)激光束之間的耦合，提高了耦合效率。本發(fā)明將光纖束分成兩部分，將兩部分交叉排列，方向為相向，耦合光直接進入相應(yīng)的發(fā)光單元，無需外腔反饋鏡，結(jié)構(gòu)簡單，反饋損耗低。
文檔編號H01S5/00GK101364707SQ20081022355
公開日2009年2月11日 申請日期2008年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月8日
發(fā)明者鵬 丁, 左鐵釧, 王智勇 申請人:北京工業(yè)大學(xué)