激光系统技术方案

一种用以产生至少两个输出光束的激光系统，它包括：发出具有强度分布的包括多个空间模式的光束的多模激光二极管部件（１０１）；由第一和第二选择装置（１０８，１１０，１１１）形成双反馈腔，所述第一和第二选择装置用以选择光轴相反两侧所述多个空间模式中相应的一个模式；以及第一和第二反射元件（１０６，１１２），其中，激光二极管部件和反射元件形成双腔，并且所述第一和第二反射元件适合于把发射光束的选定部分的相应的反射部分反射回激光二极管部件，并产生相应的输出光束（１１３，１１４）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光系统。众所周知，激光二极管是价格合理、小型和坚固的激光光束源。已经可以获得输出功率小和相干性好的传统的激光二极管，它们用在诸如CD重放机、条码阅读器等许多用途。最近已经可以获得数瓦输出功率的激光二极管。这些高功率激光二极管在诸如印刷行业中印版(Print Plate)的曝光等其他领域有应用潜力。但是，这些激光二极管发光面积大，导致输出光束相干性差。这样的二极管的单一发射极的排列一般具有几百微米的宽度、1-2微米的高度和0.5-2.5mm的腔长度。在宽度方向上，这样的二极管所发射的光束是多模的并且空间相干特性差。在高度方向上所发射的光束一般是单模的并具有良好的相干特性。相干性高的方向往往称作快轴(FA)。相干性低的方向通常称作慢轴(SA)。术语快轴和慢轴是指在这些方向上光束的不同发散程度。于是，一般都希望改善高功率多模激光二极管的低相干轴的相干特性。这样的二极管或者是单一发射极二极管，或者是几个发射极排列成棒状、堆叠或阵列的多个二极管。另外，二极管可能是边发射二极管、垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)、Novalux扩展空腔表面发射激光器(NECSEL)等等。将来还会有两个低相干轴的二极管。由于高功率多模激光二极管所发射的光的低相干性，这样的激光二极管发出的输出光束在低相干轴上光束质量差和亮度低。这在激光光束要从远距离聚焦成一个小光斑的应用上是不方便的。同时，这些类型的二极管激光器在物理上，比例如气体激光器小，价格便宜。因此，若这样的激光二极管可以在光束质量和亮度方面进行改善，将会有很大好处。已知高功率多模激光二极管发出的光包括光功率总量分布于其间的多个模式。这些模式以不同的空间角辐射，因此造成亮度低。衡量激光光束质量的尺度是光束质量因数M2。具有理想的高斯光束分布的光束，对应于光束质量因数M2＝1，而对于光束分布不同于标准高斯光束的光束，M2变大。传统的高功率多模激光二极管的相干性低的轴M2的典型值在10到几百的范围内，而相干性高的轴的M2值接近于1。光束质量因数提供一个激光光束能够聚焦得多好，从而能够获得多小的焦点的指标。这个特性在例如印刷行业中是非常重要的，在这里，为了使印版曝光，波长为830nm而功率为8瓦的光束必须通过例如300mm的距离聚焦为10μm的光点。在这里焦点的尺寸对于需要在计算机到印版(CtP)过程中通过曝光转移到印版上的图像的分辨率来说是一个限制性因素。国际专利申请WO 02/21651公开了一种激光系统，它包括激光二极管和反射器，其中激光二极管和反射器限定了一个腔，而且其中反射器把激光二极管发射的光束的选定部分作为反馈光束反射回二极管。反馈光束在激光媒质中被进一步放大，并作为输出光束发射。按照上述的先有技术系统，反射器把其模数高于最大增益模式的空间模式反射回激光二极管。尽管已知上述先有技术系统在发射极宽度高达数百微米的单发射极激光二极管上工作得很好，但是上述先有技术系统有一个问题，就是输出功率随着发射极宽度增大而降低，而且若由于泵电流增大而迫使输出功率上升，则二极管可能永久破坏。采用以下激光系统可以解决上述和其他问题，所述系统包括-包括第一表面的激光二极管部件，用以发射具有围绕光轴的强度分布的光束，所述光束包括多个空间模式，每个模式对应于相对于光轴的各自的发射角；-第一选择装置，用以选择与在光轴第一侧以第一发射角发射的所述多个空间模式的第一个模式对应的发射光束的第一部分；-第一反射元件，其中，激光二极管部件和第一反射元件限定了第一腔，其中第一反射元件适合于把所发射的光束的选定的第一部分的第一反馈部分反射回激光二极管部件，并适合于产生与所发射的光束的选定第一部分的第一输出部分对应的第一输出光束；-第二选择装置，用以选择与在与第一侧相反的光轴第二侧以第二发射角发射的发射的所述多个空间模式中的第二个模式对应的发射光束的第二部分；-第二反射元件，其中，激光二极管部件和第二反射元件限定了第二腔，而且其中第二反射元件适合于把所发射的光束的选定的第二部分的第二反馈部分反射回激光二极管部件，并适合于产生与所发射的光束的选定第二部分的第二输出部分对应的第二输出光束；因而，提供了一种具有两个协同操作腔的激光系统，从而提供一种相对于光轴而言至少是部分对称的双反馈。按照本专利技术已经认识到通过提供一种至少部分对称的双反馈，由于增益几何特性的缘故，激光二极管内的强度分布也是(部分)对称的。因此，与非对称的的功率分布相比，总功率得以进一步增大，而不造成材料的局部破坏。对于宽度较大的发射极带条，这个作用甚至还要显著。在一个实施例中，来自两个反射元件的反馈基本上是对称的，具体地说，具有基本上相等的强度。本专利技术的另一个优点是，对称的双腔反馈在激光二极管的放大媒质中引入动态光栅，从而分别与第一和第二选择装置的合作，对不从第一和第二反射元件反馈的空间模式提供有效的抑制。因而，所发射的光功率基本上集中在单模中，从而提供相干特性良好和M2值低的输出光束。随着二极管宽度的增大，空间模式的数量增加，从而使有效的模式抑制更加有好处。因此，通过在按照本专利技术的系统中增大反馈，提供了一种改进的模式选择。本专利技术的另一个优点是，通过调整各自的第一和第二反馈部分，可以调整反馈的对称性，亦即反馈部分的相对强度。在本专利技术一个推荐的实施例中，第一和第二反馈部分是基本上相同的部分，从而提供高度的对称性。光轴周围发射光的强度分布限定了低相干平面和高相干平面。低相干平面由激光二极管的光轴和低相干方向，亦即慢轴限定，而高相干平面由激光二极管的光轴和高相干方向，亦即快轴限定。空间模式是在低相干平面内相应的方向，亦即相对于光轴以不同的发射角并在低相干平面内发射的。因此，由第一和第二选择装置提供的滤光是沿着低相干方向提供的。按照一个推荐的实施例，所述激光系统还包括第三选择装置，用以选择与低相干平面的方向交叉的，亦即从低相干平面突出的方向上所发射的光束部分。因而，提供对沿着高相干轴所发射的光束的滤光，从而防止噪音，例如，由透镜内的衍射和表面的散射造成的噪音，从而进一步改进输出功率效率。本专利技术的再一个优点是，它提供一种闭环反馈控制，从而降低对外部干扰和内部系统参数波动的敏感度。激光二极管部件可以包括一个或多个包括适当的放大媒质的发射极。这样的激光二极管部件的示例包括大面积激光二极管，最好具有大的带条宽度。可以用作放大媒质的半导体二极管材料的示例包括(但不限于)GaAs、InGaAlP、GaAlAs、InGaAs和InGaAsP。按照再一个推荐的实施例，所述激光系统包括棒、堆叠、阵列等，从而允许使用较低宽度的发射极，而同时维持系统总的输出功率。因此，进一步减少模式的数目以及上文和下文描述的宽二极管所引起的有害作用。术语选择装置包括适合于选择性地允许所发射的光束的一部分达到至少一个反射元件的任何布置。这样的选择装置的示例包括空间滤光器，诸如窄隙或具有不同形状开孔的滤光器、光栅等。另外，选择装置和相应的反射元件可以结合为单一的元件。例如，反射元件可以包括窄的带条形反光镜，其中反光镜的边缘形成空间滤光器，因为只有在反光镜方向上传播的第一光束的一部分被反射回激光二极管。还应明白，可以把一个或多个选择装置组合成一个装置或结构，例如，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光系统，它包括：－激光二极管部件（１０１），它包括第一表面（１１６），用以发射强度分布于光轴（１０７）周围的光束，所述光束包括所述多个空间模式，每个模式对应于相对于所述光轴的各自的发射角；－第一选择装置（１０９，１１０ ，５０２），用以选择与在所述光轴第一侧以第一发射角发射的所述多个空间模式中的第一个模式对应的发射光束的第一部分；－第一反射元件（１０６，５０２），其中，所述激光二极管部件和所述第一选择装置限定了第一腔，而且其中所述第一反射元件适合于 把所述发射光束的所述选定的第一部分的第一反馈部分反射回所述激光二极管部件，并产生与所发射光束的选定所述第一部分的第一输出部分对应的第一输出光束（１１３）；－第二选择装置（１０９，１１１，５０３），用以选择与在与所述第一侧相反的所述光 轴的第二侧以第二发射角发射的所述多个空间模式中的第二个模式对应的发射光束的第二部分；－第二反射元件（１１２，５０３），其中，所述激光二极管部件和所述第二反射元件限定了第二腔，而且其中所述第二反射元件适合于把所发射光束的选定的第二部分 的第二反馈部分反射回所述激光二极管部件，并产生与所发射光束的选定第二部分的第二输出部分对应的第二输出光束（１１４）。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：ME尼尔森，NS博，
申请(专利权)人：埃斯科绘图有限公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]