一种应用光纤耦合的半导体激光器的外腔相干锁相方法技术

本发明专利技术涉及一种应用光纤耦合的半导体激光器的外腔相干锁相方法，属于激光多光束整形、耦合及其相干光模式锁定技术领域。在半导体激光器阵列（１）的前面设置有聚焦准直透镜（２），在聚焦透镜准直透镜（２）的另一面并对应半导体激光器阵列（１）的每个发光单元粘贴上光纤，所粘贴的光纤组成光纤阵列（３），假设发光单元的个数为Ｎ。将光纤阵列（３）直接熔接到一根多模光纤（５）中，在多模光纤（５）的另一端通过多模光纤分束器（６）再熔接上Ｎ根光纤，在该Ｎ根光纤的相同长度的位置熔接上作为外腔反射镜的光纤光栅。这样既能有效的对激光器输出光进行高效率的反馈，又能避免了外界因数对激光器外腔的影响，减少了谐振和传输中的光损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于激光多光束整形、耦合及其相干光模式锁定

技术介绍
由于大功率半导体激光器各发光单元是光电隔离，输出辐射在空间上是非相干的、光场分布不均匀、光束质量差。如果几个参数相同的激光器发出的光在一个共有的谐振腔内实现叠加，会发生相位自动锁定过程从而在谐振腔内形成相干激光振荡。外腔锁相相干技术正是实现相干激光振荡的技术，它是在半导体激光器外形成新的谐振腔来锁定每个激光单元的位相，从而获得近衍射的相干输出。这个技术提高了半导体激光器的光束质量和亮度。目前的外腔锁相技术通过在半导体激光器外加入具有一定反射率的光学外腔镜或位相共轭镜等形成外腔，利用光辐射在外腔中传播时的衍射作用产生锁相的效果。主要有主动相位控制法、空间滤波法以及Talbot外腔法。其中，主动相位控制法通过外部光电检测、控制每个激光单元的位相，使各个单元间达到相位一致，获得耦合输出、改善光束质量。但是在大功率激光输出需要锁相的半导体激光单元非常多，很难实现对每个单元的快速、精密且复杂的相位测控。空间滤波法采用了复杂的滤波光学元件，需要进行精心的设计和调整才能实现，过滤后激光在外腔中的损耗比较大。Talbot外腔法利用周期排列的发光单元经过Talbot距离后将自成像等方法实现输出光的相干锁相，这些方法都是形成空间谐振器，利用光学透镜元件，这种结构机构复杂且不稳定，即增加了传输损耗，又存在着调节困难、成本过高等问题，难以实现外腔的相干锁相。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中采用主动相位控制法、空间滤波法以及Talbot外腔法中存在的结构复杂、损耗大、调节不便、成本过高等问题，本专利技术提供了，本方法能够获得窄线宽、高峰值功率的半导体相干锁相激光输出。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。该方法是按如下步骤实现的在半导体激光器阵列1发光单元的前面安装聚焦准直透镜2，在聚焦透镜准直透镜2的另一面、并对应半导体激光器阵列1的每个发光单元分别粘贴上光纤，所粘贴的光纤组成光纤阵列3，假设半导体激光阵列的发光单元的个数为N，即光纤阵列3中的光纤数为N，然后将光纤阵列3直接熔接到一根多模光纤5中，在多模光纤5的另一端再通过多模光纤分束器6熔接上N根光纤，在该N根光纤的相同长度的位置熔接或制备上Bragg光纤光栅或者将该N-1根光纤直接熔接到一个多模光纤光栅28上，另一根主输出端熔接上与光纤光栅28同样直径大小和纤芯直径的光纤光栅29。所述的在N根光纤的相同长度的位置熔接或制备上Bragg光纤光栅，其中只有一路低反射率光纤光栅25的反射率在4～10％之间，其它各路光纤光栅的反射率在80～99.9％之间。所述的多模光纤光栅28的反射率在80～99.9％之间，光纤光栅S29的反射率在4～10％之间。本专利技术的外腔相干锁相方法，利用光纤通过聚焦准直透镜2与半导体激光器1的发光单元一对一的相耦合，实现大功率半导体激光中各发光单元一维到二维的转变重排，然后再将耦合后的多根光纤组成的光纤束直接合束到一根大直径光纤中，在这根大直径光纤的另一端同样采用多根光纤合束输出，在输出端的相同长度的位置熔接或制备上Bragg光纤光栅，其中一路的光纤光栅的反射率较低，保持在4～10％之间，另外其他多路的光纤光栅的反射率较高，保持在80～99.9％的范围内。通过光纤光栅的反馈，实现了二维相干耦合提高光束质量的目的。在这一过程中，增大了外腔锁相所对应的“发光单元”填充因子的数值。同时相邻“发光单元”的数目由2个增加到4或6个，这有利于提高外腔锁相相干耦合效率。其中只有一根输出光纤熔接上低反射率的光纤光栅，作为输出通道。光纤合束器采用保偏光纤，确取保偏阵性一致。这样组成了一个全光纤结构的半导体激光器的外腔相干合束锁相反馈谐振腔，半导体激光器辐射光在光纤中谐振，通过光纤光栅反射回半导体激光器有源区，在有源区相邻发光单元之间实现相干锁相，通过低反射率光纤光栅的一路光纤输出窄线宽、高峰值功率的半导体相干锁相激光。采用光纤光栅作为外腔的反射镜和全光纤合束器，这样即能有效的对激光器输出光进行高效率的反馈，又能避免了外界因数对激光器外腔的影响，减少了谐振和传输中的光损耗；无需加入光学元件，其结构紧凑简单，实现了全光纤化结构，成本降低。附图说明图1是本专利技术开放式全光纤相干耦合反馈腔示意2是本专利技术封闭式全光纤相干耦合反馈腔示意中1、半导体激光器阵列，2、聚焦准直透镜，3、光纤阵列，4、多模光纤合束器，5多模光纤，6多模光纤分束器，7、光纤光栅A，8、光纤光栅B，9、光纤光栅C，10、光纤光栅D，11、光纤光栅E，12、光纤光栅F，13、光纤光栅G，14、光纤光栅H，15、光纤光栅I，16、光纤光栅G，17、光纤光栅K，18、光纤光栅L，19、光纤光栅M，20、光纤光栅N，21、光纤光栅O，22、光纤光栅P，23、光纤光栅Q，24、光纤光栅R，25、低反射率光纤光栅，26、半导体激光直线形阵列，27、光纤束，28、多膜光纤光栅，29、光纤光栅S。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，但本专利技术不限于这些实施例。实施例1图1所示为本专利技术的第一个实施例。选取一个半导体激光器直线型阵列，其中发光单元选取为19个，在半导体激光器1的发光面前大约0.5mm处安装上一个聚焦准直透镜2，在聚焦准直透镜2的另一面紧贴着聚焦准直透镜输出面一对一地平行对应发光单元粘结上19根光纤，形成光纤阵列3，然后再将粘贴耦合后的19根光纤组成的光纤阵列3的另一端捆扎成光纤束，将这个光纤束直接熔接到一根大直径多膜光纤5中，在这根大直径多膜光纤5的另一端同样采用熔接上1×(18+1)多膜光纤分束器6，其中18根输出端为副输出端，1根为主输出端。在这个多膜光纤分束器6的(18+1)根输出端上的18根副输出端上熔接上光纤光栅A7、光纤光栅B8、光纤光栅C9、光纤光栅D10、光纤光栅E11、光纤光栅F12、光纤光栅G13、光纤光栅H14、光纤光栅I15、光纤光栅G16、光纤光栅K17、光纤光栅L18、光纤光栅M19、光纤光栅N20、光纤光栅O21、光纤光栅P22、光纤光栅Q23、光纤光栅R24，这些光纤光栅为多膜光纤光栅，其反射率都为95％，其实现将通过这18根光纤传输来的光以95％的效率给反射回副输出光纤。另一根主输出端熔接上同样直径大小和纤芯直径的低反射率光纤光栅25，这个低反射率光纤光栅25为多模光纤光栅，其中反射效率为8％，这样实现通过这根主输出光纤的光有8％的量被反射回主输出光纤中。实施例2图2所示为本专利技术的第二个实施例。选取一个半导体激光器直线型阵列1，其中发光单元选取为19个，在半导体激光器1的发光面前大约0.5mm处安装上一个聚焦准直透镜2，在聚焦准直透镜2的另一面紧贴着聚焦准直透镜输出面一对一地平行对应发光单元粘结上19根光纤，形成光纤阵列3，然后再将粘贴耦合后的19根光纤组成的光纤阵列3的另一端捆扎成光纤束，将这个光纤束直接熔接到一根大直径多膜光纤5中，在这根大直径多膜光纤5的另一端同样采用熔接上1×(18+1)多膜光纤分束器6，其中18根输出端为副输出端，1根为主输出端。将18根副输出端捆扎成光纤束27，将这个光纤束直接熔接到一根大直径多膜光纤光栅28上，这根大直径多膜光纤光栅28的反射率为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用光纤耦合的半导体激光器的外腔相干锁相方法，其特征在于，该方法是按如下步骤实现的：在半导体激光器阵列（１）发光单元的前面设置有聚焦准直透镜（２），在聚焦透镜准直透镜（２）的另一面、并对应半导体激光器阵列（１）的每个发光单元的位置分别粘贴上光纤，所粘贴的光纤组成光纤阵列（３），假设半导体激光阵列的发光单元的个数为Ｎ，即光纤阵列（３）中的光纤数为Ｎ，然后将光纤阵列（３）直接熔接到一根多模光纤（５）中，在多模光纤（５）的另一端通过多模光纤分束器（６）再熔接上Ｎ根光纤，在该Ｎ根光纤的相同长度的位置熔接或制备上Ｂｒａｇｇ光纤光栅，或者将其中Ｎ－１根光纤直接熔接到一个多模光纤光栅（２８）上，另一根主输出端熔接上与多模光纤光栅（２８）同样直径大小和纤芯直径的光纤光栅Ｓ（２９）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，王智勇，左铁钏，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]