专利名称：半导体激光装置的制作方法
技术领域：
半导体激光装置
技术领域：
本实用新型涉及激光技术领域，特别是涉及一种半导体激光装置。
背景技术：
大功率半导体激光装置具有电光转换效率高、体积小、可靠性高和寿命长等优点，在工业加工、生物医疗、国防等诸多领域有着极其重要的应用价值。随着半导体激光技术的发展，单阵列半导体激光器(LDA, Laser Diode Array)的出光功率已可达千瓦量级，电光转换效率可达60%以上。然而，半导体激光器的波导结构导致其光束质量不好，快慢轴方向的光参数积极不均衡，快轴方向接近衍射极限，而慢轴方向的光束质量极差，严重制约了其应用范围。目前一般半导体激光阵列输出光束在快轴方向的发散角为35-40度，在慢轴方向的发散角为6-8度，自由运转时的光谱峰值半宽度为2-4nm。激光的亮度与光功率成正比，与光参数积的平方成反比，高亮度的激光可以在较大的瑞利长度条件下聚焦成高功率密度的光斑，提高材料加工的质量和效率。高亮度的半导体激光可以直接用于金属材料的切割、焊接、熔覆及打孔等领域，拓展了半导体激光的应用范围。而目前，大功率的半导体激光阵列亮度相对较低，聚焦后的光斑一般用于塑料、橡胶等非金属的熔焊和切割，以及金属表面改性及熔覆等对功率密度要求不高的场合，而在金属的深熔焊、切割、打孔等对功率密度要求很高的场合应用还比较少，其主要原因就是激光光束的亮度不够高。因此，如何提供一种可以产生高亮度激光光束的半导体激光装置，是目前亟待解决的技术问题。
实用新型内容本实用新型提供了一种半导体激光装置，旨在解决现有技术中半导体激光装置产生激光光束亮度不够高的问题。本实用新型采用如下技术方案:一种半导体激光装置，所述激光装置包括沿光路依次设置的:半导体激光阵列，快轴准直镜，变栅距衍射光栅，反射镜；所述半导体激光阵列包括至少2个激光发光单元，所述激光发光单元发出的激光经过快轴准直镜准直后入射到变栅距衍射光栅，并经变栅距衍射光栅衍射后形成平行光入射到反射率为1%_15%的反射镜，所述反射镜设置为与衍射后的平行光垂直，衍射后的平行光经反射镜透射出高亮度的激光束。优选地，所述激光发光单元发出的激光中心波长范围为SOOnm—lOOOnm。优选地，所述快轴准直镜紧贴所述半导体激光阵列的出光侧固定，快轴准直镜上镀有增透膜。优选地，所述变栅距衍射光栅刻线为1000-1800线/mm，栅距为bx，其中所述bx为沿慢轴方向光栅X处的光栅常数；变栅距衍射光栅中心距半导体激光阵列的距离L为IOO-SOOmm ;相邻的激光发光单元对变栅距衍射光栅同一点的入射角相差1_4毫弧度，所述变栅距衍射光栅为透射型光栅或者反射型光栅。优选地，所述反射镜的反射率均匀分布；或者所述反射镜的中心部分反射率高，边缘部分反射率低。优选地，所述反射镜的反射率在一维方向上呈高斯函数分布。优选地，所述变栅距衍射光栅与反射镜设置为一体化光学元件。优选地，所述一体化光学元件的形状为三棱柱，所述三棱柱的截面为三角形，三棱柱的一侧面实现变栅距衍射光栅的功能，三棱柱的另一侧面实现部分反射镜的功能。优选地，所述半导体激光阵列包括3个激光发光单元。优选地，所述半导体激光装置包括3个半导体激光阵列，由所述3个半导体激光阵列组成一半导体激光堆阵，每个半导体激光阵列包括3个激光发光单元，每个半导体激光阵列的出光侧均分别固定有一快轴准直镜，三束来自不同半导体激光阵列的光束经各自的快轴准直镜准直后同时入射至变栅距衍射光栅和反射镜，透射出高亮度的激光束。本实用新型的有益效果在于:通过变栅距衍射光栅和反射镜构成外腔反馈，对半导体激光阵列中各子激光光束进行外腔选频，控制各子激光光束的波长梯度，改善各子激光发光单元的出射光束质量。同时，变栅距衍射光栅具有色散合束功能，经光栅衍射后，各子激光光束平行出射。整个装置简单、稳定、可靠，能产生超高亮度的半导体激光光束。
图1是本实用新型实施例1提供的单阵列半导体激光装置结构示意图；图2是图1中变栅距衍射光栅的结构示意图；图3是本实用新型实施例1中变栅距衍射光栅与反射镜一体化的结构示意图；图4是本实用新型实施例1中反射镜的反射率高斯分布示意图；图5是本实用新型实施例2提供的多阵列半导体激光装置结构示意图。附图标记说明:100:半导体激光阵列101:激光发光单元200:快轴准直镜300:变栅距衍射光栅400:反射镜10:半导体激光堆阵
具体实施方式为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。[0036]本实用新型实施例提供了一种半导体激光装置，所述激光装置包括沿光路依次设置的:半导体激光阵列，快轴准直镜，变栅距衍射光栅，反射镜；所述半导体激光阵列包括至少2个激光发光单元，所述激光发光单元发出的激光经过快轴准直镜准直后入射到变栅距衍射光栅，并经变栅距衍射光栅衍射后形成平行光入射到反射率为1%_15%的反射镜，所述反射镜设置为与衍射后的平行光垂直，衍射后的平行光经反射镜透射出高亮度的激光束。本实用新型实施例通过变栅距衍射光栅和反射镜构成外腔反馈，对半导体激光阵列中各子激光光束进行外腔选频，控制各子激光光束的波长梯度，改善各子激光发光单元的出射光束质量。同时，变栅距衍射光栅具有色散合束功能，经光栅衍射后，各子激光光束平行出射。整个装置简单、稳定、可靠，能产生超高亮度的半导体激光光束。实施例1本实用新 型实施例1提供了一种单阵列半导体激光装置。提高半导体激光阵列亮度的方法主要有相干叠加和非相干叠加两类:相干叠加的本质是光波振幅的叠加，可以有效地改善半导体激光阵列输出光束的光束质量，但需要各叠加子光源相位同步锁定，技术难度较大，且不容易获得大功率的同相稳定输出；非相干叠加是光强的叠加，如光束整形法、偏振叠加法及波长叠加法等方法，但非相干叠加难以获得高亮度的激光光束，且对光束质量的改善有限。激光的亮度与光功率成正比，与光参数积的平方成反比，所以将光参数积减小一个数量级，亮度就会增加两个数量级。如果在非相干叠加类中先改善子激光发光单元的光束质量，再对具有波长梯度的光束实施光强叠加，就能得到更高亮度的激光光束。利用外腔反馈，能改善半导体激光的光束质量，改善后的各子激光光束叠加，可以获得高亮度的稳定激光。本实用新型实施例采用外腔和色散元件，通过外腔注入让各激光发光单元分别谐振在不同的波长上，且相邻激光发光单元的中心波长顺次相差一个△、的梯度，再经色散分光后将半导体激光阵列发出的光近似平行地沿某一方向出射，使整个半导体激光阵列的光束质量等同于单个激光发光单元在外腔注入锁定时的光束质量，改善子激光光束质量的同时使总功率提高N倍，其中N为半导体激光阵列中的发光点数，也即半导体激光阵列中的激光发光单元数。请参考图1所示，为实施例1提供的单阵列半导体激光装置结构示意图。该半导体激光装置为单阵列，包括沿光路依次设置的一个半导体激光阵列100、快轴准直镜200、变栅距衍射光栅300和反射镜400。该半导体激光阵列100包括至少2个激光发光单元101,本实施例中为3个激光发光单兀101。激光发光单兀发出的激光中心波长范围可以为800nm-1000nm,但不限于此波长范围。优选地,可采用发出激光中心波长为976nm的半导体激光阵列100，但不限于此波长。本实施例中，激光发光单元101的发光点为lxlOOum (微米)，快轴发散角为35度，慢轴发散角为8度，相邻激光发光单元101间距为500um，单个激光阵列100的输出功率为50-80w。[0049]本实施例中，快轴准直镜200的焦距为1.0mm左右，数值孔径为0.5-0.8。快轴准直镜200紧贴半导体激光阵列100的出光侧固定，其上镀有增透膜，976nm附近的光透过率大于99.5%。半导体激光阵列100发出的光经快轴准直镜200准直后，快轴方向发散角约为几个毫弧度。请同时参考图2所示，为变栅距衍射光栅300的结构示意图。变栅距衍射光栅300刻线平均为1000-1800线/mm，透射衍射效率为90%以上，本实施例中变栅距光栅密度
权利要求1.一种半导体激光装置，其特征在于，所述激光装置包括沿光路依次设置的: 半导体激光阵列， 快轴准直镜， 变栅距衍射光栅， 反射镜； 所述半导体激光阵列包括至少2个激光发光单元，所述激光发光单元发出的激光经过快轴准直镜准直后入射到变栅距衍射光栅，并经变栅距衍射光栅衍射后形成平行光入射到反射率为1%_15%的反射镜，所述反射镜设置为与衍射后的平行光垂直，衍射后的平行光经反射镜透射出高亮度的激光束。
2.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，所述激光发光单元发出的激光中心波长范围为800nm-1000nm。
3.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，所述快轴准直镜紧贴所述半导体激光阵列的出光侧固定，快轴准直镜上镀有增透膜。
4.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，所述变栅距衍射光栅刻线为1000-1800线/mm，栅距为bx，其中所述bx为沿慢轴方向光栅x处的光栅常数；变栅距衍射光栅中心距半导体激光阵列的距离L为IOO-SOOmm ;相邻的激光发光单元对变栅距衍射光栅同一点的入射角相差1-4毫弧度，所述变栅距衍射光栅为透射型光栅或者反射型光栅。
5.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，所述反射镜的反射率均匀分布；或者所 述反射镜的中心部分反射率高，边缘部分反射率低。
6.根据权利要求5所述的半导体激光装置，其特征在于，所述反射镜的反射率在一维方向上呈高斯函数分布。
7.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，所述变栅距衍射光栅与反射镜设置为一体化光学兀件。
8.根据权利要求7所述的半导体激光装置，其特征在于，所述一体化光学元件的形状为三棱柱，所述三棱柱的截面为三角形，三棱柱的一侧面实现变栅距衍射光栅的功能，三棱柱的另一侧面实现部分反射镜的功能。
9.根据权利要求1 8任一项所述的半导体激光装置，其特征在于，所述半导体激光阵列包括3个激光发光单元。
10.根据权利要求1 8任一项所述的半导体激光装置，其特征在于，所述半导体激光装置包括3个半导体激光阵列，由所述3个半导体激光阵列组成一半导体激光堆阵，每个半导体激光阵列包括3个激光发光单元，每个半导体激光阵列的出光侧均分别固定有一快轴准直镜，三束来自不同半导体激光阵列的光束经各自的快轴准直镜准直后同时入射至变栅距衍射光栅和反射镜，透射出高亮度的激光束。
专利摘要本实用新型涉及激光技术领域，提供了一种半导体激光装置，该激光装置包括沿光路依次设置的半导体激光阵列、快轴准直镜、变栅距衍射光栅和反射镜；该半导体激光阵列包括至少2个激光发光单元，激光发光单元发出的激光经过快轴准直镜准直后入射到变栅距衍射光栅，并经变栅距衍射光栅衍射后形成平行光入射到反射率为1%-15%的反射镜，反射镜设置为与衍射后的平行光垂直，衍射后的平行光经反射镜透射出超高亮度的激光束。本实用新型可提供超高亮度的激光光束，且整个装置简单、稳定、可靠。
文档编号G02B27/10GK203150902SQ20132014195
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者余勤跃, 樊仲维, 扈金富 申请人:温州泛波激光有限公司