专利名称：大功率半导体激光器偏振耦合装置及其方法
技术领域：
本发明设计是通过偏振分光棱镜对大功率半导体激光器的输出进行偏振耦合，实现两路激光并和输出，改善输出光束质量的一种装置，属于激光技术领域。
背景技术：
半导体激光阵列(这里包括一维半导体激光阵列和二维半导体激光阵列即半导体激光叠层阵列(stack)，叠层阵列是由一维阵列叠放在一起构成的)是实现高功率输出的有效技术途径。由于半导体激光阵列(DLA)各发光单元是非相干的，所以激光器的输出在空间上也是非相干的，光束质量差，这极大限制了大功率半导体激光器在工业领域的应用，且功率越大，光束质量也趋向更差，在国际上，改善大功率半导体激光器输出光束质量的一个有效途径是外腔耦合，目前实际中采用的外腔锁相技术，是通过在半导体激光器外加入具有一定反射率的外腔镜，利用光线在外腔中传播时发生的衍射以及外腔镜的反馈作用，成功地实现了阵列发光单元间的相互耦合。同时在外腔中插入可调相位元件、空间滤波器，或使外腔镜位于整数、分数倍TALBOT距离处实现外腔锁相。但外腔锁相相干耦合技术只能保证相邻发光单元之间有很强的耦合，不能形成真正意义上的“并联耦合”，因此不能获得大功率激光输出，目前利用TALBOT效应实现外腔锁相可以实现100W的输出。而光纤耦合技术则是把半导体激光器的输出光耦合到光纤中，通过光纤改善输出光的光束质量，但光纤耦合技术要求装置精密对准，由于需要插入多种光学元件，操作比较复杂，若要满足实现几千瓦则成本巨大。
发明内容
本发明的目的是，针对前面所述大功率半导体激光器几种外腔耦合方法的不足，提出一种新的耦合方法及装置。该方法采用偏振分光棱镜，两个半个半导体激光器功率相等，激光器输出光是非寻常光偏振态的线偏光，将其中一路的偏振态改变成寻常光偏振态，垂直入射棱镜将投射而出，不改变方向，使非寻常光偏振态的那一路光在棱镜内的空气界面处发生全反射，这样，两路激光最终在棱镜的同一端面出射，调整光路，使两路激光到棱镜的输出面的光程相等，且完全并合。
本发明提供了一种大功率半导体激光偏振耦合装置，其特征在于，包括两个输出功率相同并且发散角相同的大功率半导体激光器即半导体激光阵列I1和半导体激光阵列II4，半波片2插入半导体激光阵列I1和偏振分光棱镜3之间；半波片2与半导体激光阵列I1发出的激光方向垂直；从半波片2出射的寻常光和半导体激光阵列II4输出的激光耦合器件分别垂直入射偏振分光棱镜3两个相邻入射面。
本发明提供了一种大功率半导体激光器偏振耦合的方法，其特征在于，包括以下步骤1)两个输出功率相同并且发散角相同的大功率半导体激光器即半导体激光阵列I1和半导体激光阵列II4输出线偏振态一致的激光；2)半波片2将半导体激光阵列I1发出的激光转换为偏振分光棱镜3的寻常光，该寻常光从偏振分光棱镜3的一个入射面垂直入射以保证不改变前进方向；3)半导体激光阵列II4发出的激光从从偏振分光棱镜3的另一个入射面垂直入射以保证该入射光在偏振分光棱镜3内的空气界面处发生全反射；4)调节半导体激光阵列I1和半导体激光阵列II4从而调节两路入射光束，使从偏振分光棱镜输3出射面出射的两路光完全并合，且两路光到偏振分光棱镜3输出面的光程相等。
建议所采用的半波片2和偏振分光棱镜3的输入输出端面镀大功率半导体激光波段的增透膜，可以尽量消除反射光的损失。
本发明采用偏振分光棱镜，使两路线偏振方向分别是寻常光与非寻常光偏振方向的入射激光经偏振分光棱镜从同一输出面出射且完全并合成一路，由于合成出射光的两束光的偏振态互相垂直，因此输出光束的强度是两路入射光的叠加，而光束质量则相当于一路的光束质量，从而实现满足较好光束质量下的更大功率输出。
图1大功率半导体激光阵列偏振耦合装置示意图。
1半导体激光阵列I2半波片3偏振分光棱镜4半导体激光阵列II
具体实施例方式结合附图，具体说明本发明的实施方式1、采用两台输出功率相同的半导体激光器，其输出光为线偏振光，偏振方向是偏振分光棱镜的非寻常光偏振方向，在其中一路激光入射光路上插入半波片，改变这一路激光的偏振方向为寻常光偏振方向；2、两路光垂直入射棱镜；3、调整光路，使得两路光的输出完全并和，到输出面的光程相等。
采用两台输出功率为600W的大功率半导体激光器偏振耦合，可以实现1千瓦以上的较高光束质量的输出，光束质量小于70mm.mrad。
权利要求
1.一种大功率半导体激光偏振耦合装置，其特征在于，包括两个输出功率相同并且发散角相同的大功率半导体激光器即半导体激光阵列I(1)和半导体激光阵列II(4)，半波片(2)插入半导体激光阵列I(1)和偏振分光棱镜(3)之间；半波片(2)与半导体激光阵列I(1)发出的激光方向垂直；从半波片(2)出射的寻常光和半导体激光阵列II(4)输出的激光耦合器件分别垂直入射偏振分光棱镜(3)两个相邻入射面。
2.一种大功率半导体激光器偏振耦合的方法，其特征在于，包括以下步骤1)两个输出功率相同并且发散角相同的大功率半导体激光器即半导体激光阵列I(1)和半导体激光阵列II(4)输出线偏振态一致的激光；2)半波片(2)将半导体激光阵列I(1)发出的激光转换为偏振分光棱镜(3)的寻常光，该寻常光从偏振分光棱镜(3)的一个入射面垂直入射以保证不改变前进方向；3)半导体激光阵列II(4)发出的激光从从偏振分光棱镜(3)的另一个入射面垂直入射以保证该入射光在偏振分光棱镜(3)内的空气界面处发生全反射；4)调节半导体激光阵列I(1)和半导体激光阵列II(4)从而调节两路入射光束，使从偏振分光棱镜输(3)出射面出射的两路光完全并合，且两路光到偏振分光棱镜(3)输出面的光程相等。
3.根据权利要求2的所述大功率半导体激光器偏振耦合的方法，其特征在于，所采用的半波片(2)和偏振分光棱镜(3)的输入输出端面镀大功率半导体激光波段的增透膜。
全文摘要
大功率半导体激光器偏振耦合装置及其方法属于激光领域。大功率半导体激光器因为其光束质量差而限制了其在工业领域的应用。本发明装置包括两个输出功率相同并且发散角相同的大功率半导体激光器即半导体激光阵列I(1)和半导体激光阵列II(4)，半波片(2)插入半导体激光阵列I(1)和偏振分光棱镜(3)之间；半波片(2)与半导体激光阵列I(1)发出的激光方向垂直；从半波片(2)出射的寻常光和半导体激光阵列II(4)输出的激光耦合器件分别垂直入射偏振分光棱镜(3)两个相邻入射面。本发明解决了以前采用TALBOT腔方案不能实现1000瓦以上输出的问题以及光纤耦合方案结构复杂不利于工程化的问题，更易于操作和实现工业化应用。
文档编号H01S5/00GK1972046SQ20061011466
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月21日 优先权日2006年11月21日
发明者张辉, 王智勇, 张亮, 丁鹏, 左铁钏 申请人:北京工业大学