多波长激光二极管制造技术

在一些实施方式中，光学设备(例如，单片主振荡器功率放大器(MOPA)二极管)可以包括第一端面；一个或多个前光栅；放大器结构，终止于第二端面；和振荡器阵列，耦合到第一端面和一个或多个前光栅，其中所述振荡器阵列包括被配置成生成多个种子光束的多个单模振荡器，以及其中多个单模振荡器耦合到放大器结构中，使得多个单模振荡器将多个种子光束传输通过一个或多个前光栅并进入放大器结构中。多个前光栅并进入放大器结构中。多个前光栅并进入放大器结构中。

【技术实现步骤摘要】
多波长激光二极管


[0001]本公开总体上涉及多波长激光二极管和单片主振荡器功率放大器(MOPA)二极管芯片，其包括耦合到一个放大器区域中的多个光栅锁定单模振荡器，使得光栅锁定单模振荡器产生重叠的种子光束(seed beam)，该种子光束有效且均匀地从放大器提取增益，同时减少或消除发射端面上的成丝(filamentation)。

技术介绍

[0002]术语主振荡器功率放大器(MOPA)指的是一种激光器配置，其包括配置成产生高相干光束的主振荡器(例如，单频激光器)和配置成在保持主振荡器的主要特性的同时增加输出功率的光放大器。一种特殊的情况是主振荡器光纤放大器(MOFA)，其中功率放大器是光纤设备。在其他情况下，MOPA可以包括固态块体激光器(solid
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state bulk laser)和块体放大器(bulk amplifier)，或者可调谐外腔二极管激光器和半导体光放大器。虽然MOPA配置通常比直接产生所需输出功率的激光器更复杂，但是MOPA设计可以更容易地达到所需性能(例如，在线宽、波长调谐范围、光束质量和/或脉冲持续时间方面)，因为各种性能方面与高功率的产生是不相关。此外，将现有激光技术与现有放大器(或放大器链)相结合可能比开发具有更高输出功率的新激光器更简单和/或更具成本效益。然而，MOPA设计也带来了各种挑战，例如更高的激光噪声和/或对背反射的敏感性。

技术实现思路

[0003]在一些实施方式中，单片光学设备包括:第一端面；一个或多个前光栅；放大器结构，终止于第二端面；和振荡器阵列，耦合到第一端面和一个或多个前光栅，其中所述振荡器阵列包括被配置成生成多个种子光束的多个单模振荡器，以及其中多个单模振荡器耦合到放大器结构中，使得多个单模振荡器将多个种子光束传输通过一个或多个前光栅并进入放大器结构中。
[0004]在一些实施方式中，光学组件，包括:光学设备，包括多个光栅锁定单模振荡器，所述多个光栅锁定单模振荡器被配置成将具有不同波长的多个种子光束传输到共享放大器结构中，其中多个种子光束在共享放大器结构内扩展，以形成由光学设备发射的啁啾光；色散元件，在激光二极管和光纤之间的光路中；和一个或多个准直透镜，将啁啾光耦合到色散元件，其中具有不同波长的多个种子光束以不同的入射角照射到色散元件上，并且其中色散元件被布置成以相应的角度传输多个种子光束，这使得多个种子光束在进入光纤的输出光束中重叠。
[0005]在一些实施方式中，封装结构，包括:沿高度方向交错的至少一行多个光学设备，其中所述多个光学设备各自包括:终止于发射端面的放大器结构；包括多个振荡器的振荡器阵列；和光栅阵列，包括将多个振荡器耦合到放大器结构中的一个或多个光栅，使得多个振荡器将多个种子光束传输通过一个或多个光栅并进入到放大器结构中；和波长光束组合器，被布置成接收由多个激光二极管发射的多个光束，并将在输出光束将多个光束对准。
附图说明
[0006]图1是说明扩张主振荡器功率放大器(MOPA)二极管示例的示意图。
[0007]图2A
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2C是与单片MOPA二极管芯片的一个或多个示例性实施例相关的图，该芯片包括耦合到共享放大器区域中的多个光栅锁定的单模振荡器。
[0008]图3A
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3C是与单片MOPA二极管芯片的一个或多个示例性实施例相关的图，该单片MOPA二极管芯片包括耦合到具有喇叭形几何形状的共享放大器区域中的多个光栅锁定的单模振荡器。
[0009]图4
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6是说明单片MOPA二极管芯片的一个或多个示例性实施例的图，该芯片包括耦合到放大器区域中的多个光栅锁定的单模振荡器。
[0010]图7是示出多芯片封装结构的示例的图。
[0011]图8是示出使用单片MOPA二极管芯片的波长光束组合器(WBC)配置的示例性实施例的图，该单片MOPA二极管芯片包括耦合到共享放大器区域中的多个光栅锁定的单模振荡器。
[0012]图9A
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9B是示出了多芯片封装结构的一个或多个示例性实施例的图，该多芯片封装结构包括具有布置在一个或多个芯片组中的多个单片MOPA二极管芯片的WBC配置。
具体实施方式
[0013]示例性实施例的以下具体实施方式参考了附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。
[0014]低成本、高效率、高亮度、976纳米(nm)锁定的多模泵浦可用于泵浦千瓦(kW)光纤激光器。例如，在976纳米的窄吸收带上对掺镱(Yb)的光纤进行泵浦可能是有用的，因为与在920
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960纳米对宽吸收进行泵浦相比，存在大约高四倍的吸收并且光子效率更高。然而，在实践中很少在976纳米的窄吸收带上对掺镱光纤进行泵浦，因为传统的非锁定多模泵浦的发射光谱对于976纳米的吸收带来说太宽。
[0015]除了不能很好地匹配976纳米的镱泵浦之外，当芯片被缩放到更高的功率时，传统的非锁定泵浦受到不利的亮度缩放的限制。不良的缩放源于各种因素，包括光束倾向于分裂成分布在发射端面(emission facet)上的多个尖锐的空间峰值(例如，在所谓的“成丝”现象中)。此外，因为最大芯片工作功率通常受到端面上峰值强度的限制(例如，灾难性的光学损伤阈值)，所以芯片工作功率受到峰值强度的限制，而不是受到孔上总平均功率的限制。此外，如果通过增加发射器宽度(例如，在100
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200微米(μm)的范围内)来按比例增加芯片工作功率，那么芯片亮度将以不利的速率下降。例如，增加的发射器面积增加了近场尺寸，并且由于增加的宽度增加了发射器的热透镜强度，远场尺寸也增加。即使功率按比例增加，这些和/或其他因素也可能显著降低芯片亮度。
[0016]现有的波长锁定多模泵浦虽然通常对窄波长激光泵浦有效，但对于kW光纤激光器市场来说成本相对较高。这些泵浦可以使用外部体积布拉格光栅(external volume Bragg grating：VBG)用于波长锁定，以及偏振光束组合器(PBC)用于亮度增强，这两者都增加了显著的部件成本以及大约5
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10％的光学损耗，从而显著增加了每瓦的成本。此外，由VBG耦合回二极管芯片用于锁定的光功率增加了端面负载，并且要求芯片在比非锁定泵浦更低的功率水平下工作。因此，例如，尽管传统的非锁定泵浦的额定功率约为200瓦(W)，但相当的锁
定泵浦的每单位成本更高，且额定功率可能仅为150瓦，因此每瓦泵浦功率的成本高得多。即使考虑到锁定波长的好处，这种泵浦对于kW应用来说也不具有成本效益，因此没有得到广泛的接受或使用。
[0017]另一种现有的波长锁定技术使用写在多模二极管上的光栅。然而，传统的光栅设计带来了各种挑战，包括需要一种改进的外延设计，其效率和可靠性不如非锁定芯片中使用的外延设计。额外的设计挑战包括光栅反射率对光栅形状的高灵敏度、窄的处理窗口以及仅产生均匀光栅间距的限制，这排除了提供性能优势的非均匀光栅设计。因此，使用写在多模二极管上的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单片光学设备，包括:第一端面；一个或多个前光栅；放大器结构，终止于第二端面；和振荡器阵列，耦合到第一端面和一个或多个前光栅，其中所述振荡器阵列包括被配置成生成多个种子光束的多个单模振荡器，以及其中多个单模振荡器耦合到放大器结构中，使得多个单模振荡器将多个种子光束传输通过一个或多个前光栅并进入放大器结构中。2.根据权利要求1所述的单片光学设备，其中，在所述多个种子光束传输通过所述一个或多个前光栅并进入所述放大器结构之后，所述多个种子光束在所述放大器结构内扩展。3.根据权利要求2所述的单片光学设备，其中所述放大器结构具有非扩张的几何形状，使得向所述放大器结构的边缘扩展的所述多个种子光束的一个或多个部分被截断或向所述放大器结构的中心反射。4.根据权利要求2所述的单片光学设备，其中所述放大器结构具有扩张的几何形状，其允许所述多个种子光束在所述放大器结构内扩展。5.根据权利要求1所述的单片光学设备，其中所述多个单模振荡器与第一端面处或附近的高反射率涂层或后光栅相关联，并且其中所述第二端面包括低反射率涂层。6.根据权利要求1所述的单片光学设备，其中所述一个或多个前光栅被配置成根据光栅间距图案反射不同的波长。7.根据权利要求1所述的单片光学设备，其中所述放大器结构包括电接触区域，所述电接触区域根据横向增益曲线来配置，以在空间上改变放大器结构上的光学增益。8.根据权利要求1所述的单片光学设备，其中，所述多个单模振荡器在出发(射出？)点将所述多个种子光束传输到所述放大器结构中，所述出发点被定位成预先补偿所述放大器结构中的横向光束偏移或透镜化效应中的一个或多个。9.根据权利要求1所述的单片光学设备，其中，所述多个单模振荡器在基于放大器中的光束转向的出发方向上将多个种子光束传输到放大器结构中。10.根据权利要求1所述的单片光学设备，其中所述一个或多个前光栅位于所述放大器结构内，并且具有将所述多个种子光束反射回相应波导的几何形状。11.根据权利要求1所述的单片光学设备，其中所述多个单模振荡器和所述一个或多个前光栅嵌入在所述放大器结构内。12.根据权利要求1所述的单片光学设备，其中所述多个单模振荡器沿着从所述第一端面到进入所述放大器结构的出发点的长度绝热地扩张。13.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：MH门德尔，V罗辛，JJ莫尔海德，JG白，
申请(专利权)人：朗美通经营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：