本發明專利技術公開了一種提高大功率激光二極管列陣輸出光束質量的裝置。它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。本發明專利技術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。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術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。
技術介紹
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。
技術實現思路
本專利技術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=L 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L2 - d2 /(2 λ)，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O. 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10// m 500// m。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O. 5%的減反射膜，快軸準直透鏡的焦距為O. 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O. Olnm 2nm,光柵厚度O. 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O. 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=L 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I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L2 = 2 (1λ)，達到提高大功率激光二極管列陣輸出光束質量的目的。本專利技術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。本專利技術通過在泰伯腔中使用體全息布拉格光柵作為激光二極管列陣的反饋元件，利用泰伯腔的特性，使激光二極管列陣發光單元輸出激光經體全息布拉格光柵反射后，進入與其相鄰的發光單元，從而增強了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。附圖說明圖I是提高大功率激光二極管列陣輸出光束質量裝置的示意 圖2是相位鎖定前后激光二極管列陣輸出光束遠場光強分布對比 圖3是相位鎖定前后激光二極管列陣輸出光束光譜特性對比 圖中激光二極管列陣I、快軸準直透鏡2和體全息布拉格光柵3。具體實施例方式本專利技術利用泰伯腔對激光二極管列陣進行了外腔反饋，首先對激光二極管列陣輸出激光在快軸方向進行準直，然后在四分之一泰伯距離處放置了體全息布拉格光柵對入射激光進行反饋，使部分光束被反射后再次進入激光二極管列陣，通過調整體全息布拉格光柵的角度，使反饋的光束進入激光二極管列陣的相鄰發光單元，從而使激光二極管列陣的各個發光單兀相互I禹合，最終實現相位鎖定，獲得同相的模式輸出。由體全息布拉格光柵輸出的激光束相比由激光二極管列陣直接輸出的激光束的光束質量獲得了大幅提高。本專利技術使用了體全息布拉格光柵替代了常用的平面反射鏡作為泰伯腔的反饋元件，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，所以在反饋的過程中對入射激光有了更加嚴格的要求，從而保證了在高功率輸出的情況下仍然滿足相位鎖定的要求，使得整個裝置有了較大的工作范圍，可以獲得高功率和良好光束質量的輸出。下面根據附圖詳細說明本專利技術，本專利技術的目的和效果將變得更加明顯。如圖I所示，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I、快軸準直透鏡2和體全息布拉格光柵3 ;快軸準直透鏡2與激光二極管列陣I前端面之間的距離L1=Lf為快軸準直透鏡2的焦距，體全息布拉格光柵3與激光二極管列陣I前端面之間的距離L2 二 d2/(2A)，體全息布拉格光柵3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I前端面鍍有反射率小于O. 5%的反射膜，激光器二極管列陣I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I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10// m 500// m。所述的快軸準直透鏡2為平凸柱面透鏡，兩端面鍍有反射率小于O. 5%的減反射膜，快軸準直透鏡2的焦距為O. 05mm 5mm。所述的體全息布拉格光柵3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O. Olnm 2nm,光柵厚度O. 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I、快軸準直透鏡2、體全息布拉格光柵3； (2)調整快軸準直透鏡2與激光二極管列陣I前端面之間的距離L1,同時觀測輸出激光在快本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種提高大功率激光二極管列陣輸出光束質量的裝置，其特征在于在同一光軸上依次垂直放置激光二極管列陣（1）、快軸準直透鏡（2）和體全息布拉格光柵（3）；快軸準直透鏡（2）與激光二極管列陣（1）前端面之間的距離L1=f，f為快軸準直透鏡（2）的焦距，體全息布拉格光柵（3）與激光二極管列陣（1）前端面之間的距離？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？，體全息布拉格光柵（3）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（1）前端面鍍有反射率小于0.5%的反射膜，激光器二極管列陣（1）后端面鍍有反射率大于99.5%的反射膜。2012103601627100001dest_path_image001.jpg
【技術特征摘要】
1.一種提高大功率激光二極管列陣輸出光束質量的裝置，其特征在于在同一光軸上依次垂直放置激光二極管列陣(I)、快軸準直透鏡(2)和體全息布拉格光柵(3);快軸準直透鏡(2)與激光二極管列陣(I)前端面之間的距離L1=L f為快軸準直透鏡(2)的焦距，體全息布拉格光柵(3)與激光二極管列陣(I)前端面之間的距離L2 = (12/(2λ),體全息布拉格光柵(3)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(I)前端面鍍有反射率小于O. 5%的反射膜，激光器二極管列陣(I)后端面鍍有反射率大于99. 5%的反射膜。2.如權利要求I所述的一種提高大功率激光二極管列陣輸出光束質量的裝置，其特征在于所述的反射膜的材料為氧化鋯或氧化硅。3.如權利要求I所述的一種提高大功率激光二極管列陣輸出光束質量的裝置，其特征在于所述的激光器二極管列陣(I)的輸出功率為5W 300W,發光單兀數為9個 99個,發光單元周期為10// m 500// m。4.如權利要求I所述的一種提高大功率激光二極管列陣輸出光束質量的裝置，其特征在于所述的快軸準直透鏡(2)為平凸柱面透鏡，兩端面鍍有反射率小于O. 5%的減反射膜， 快軸準直透鏡(2)的焦距為O. 05mm 5mm。5.如...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉崇，亓云軒，葛劍虹，項震，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：
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