相干阵激光器的耦合增强空间双向导光装置与制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种相干阵激光器的耦合增强空间双向导光装置与制备方法，该空间双向导光装置包括依次对应设置的阵列激光单元、空间双向导光元件和相干阵耦合层，且形成谐振腔；空间双向导光元件由多层空间双向导光薄层形成，空间双向导光元件上形成有微孔阵列，微孔阵列垂直于导光薄层的表面，入光面的微孔阵列形成的光子晶体阵列与阵列激光单元相对应，出光面的微孔阵列形成的光子晶体阵列向阵列中心集中，光子晶体阵列实现对激光光束的导引。通过本发明专利技术的技术方案，能够把光束逐步精确导引至目标位置，并产生强互耦合，实现相干阵光的输出，其结构简单紧凑，稳定性好，损伤阈值高，实现了大功率光束的双向导引，实现了装置的高效制备。的高效制备。的高效制备。

【技术实现步骤摘要】
相干阵激光器的耦合增强空间双向导光装置与制备方法


[0001]本专利技术涉及光学与激光
，尤其涉及一种相干阵激光器的耦合增强空间双向导光装置以及一种相干阵激光器的耦合增强空间双向导光装置的制备方法。

技术介绍

[0002]高能激光光源广泛应用于制造加工、医疗诊治、军事国防等领域。由于热效应和非线性效应的存在，单一激光单元(孔径)的输出往往是有限的，难以满足日益增长的应用需求。相干阵激光使激光阵列在远场以相互干涉的方式进行叠加，能够实现高功率密度、高光束质量的激光输出，已成为高功率激光系统发展的重要方向。
[0003]相干阵激光技术利用谐振腔的非线性特性以及激光单元之间的互耦合作用，耦合越强，越趋于产生同相超模从而获得自组织的稳定同相相干输出。然而，受到激光器结构的限制，激光单元间距通常较大，而激光孔径大小有限，难以实现单元之间的强耦合。同时，目前相干阵激光器多采用空间光路、光纤、或光纤
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空间光路混合的方式实现相干耦合。其中，空间光路光学元件的损伤阈值往往比较高，能够应用于大功率光学系统中，但往往系统复杂，因此稳定性差、环境适应能力和抗干扰能力低。光纤具有损耗小、体积小、重量轻、抗干扰强的特点，但光纤中非线性效应的存在使得其难以导引高功率光束。
[0004]因此，需要研制出一种相干阵激光器耦合增强空间双向导光装置，实现激光单元强互耦合，且结构简单紧凑、损伤阈值高、方便实现。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供了一种相干阵激光器耦合增强空间双向导光装置与制备方法，通过在空间双向导光薄层上形成空气微孔阵列，并在中心位置缺失一个或多个空气孔以形成光子晶体，将光束限制在中心区，多个空间双向导光薄层进行叠加，能够把光束逐步精确导引至目标位置；阵列激光单元输出阵列光束经过空间双向导光元件，能够减小其光束间距，使阵列光束在相干耦合层中产生强互耦合，并通过空间双向导光元件反向注入阵列激光单元中，获得相干阵同相模式锁定，实现相干阵光的输出；装置采用空间导光形式，结构简单紧凑，稳定性好，损伤阈值高，能够实现大功率光束的双向导引；装置采用刻蚀结合机械压制的并行制备方法，能够实现装置的高效制备，有利于实现其工业化生产与在各类光学系统中的应用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种相干阵激光器耦合增强空间双向导光装置，包括自一侧至另一侧依次设置的阵列激光单元、空间双向导光元件和相干阵耦合层；
[0007]所述空间双向导光元件的激光输入端与所述阵列激光单元的激光输出端相对应，所述相干耦合层设置于所述空间双向导光元件的输出端，所述阵列激光单元、所述空间双向导光元件和所述相干阵耦合层形成谐振腔；
[0008]所述空间双向导光元件由多层空间双向导光薄层形成，所述空间双向导光元件上形成有微孔阵列，所述微孔阵列垂直于所述导光薄层的表面，邻近所述阵列激光单元一端，
所述微孔阵列形成的光子晶体阵列与所述阵列激光单元相对应，邻近所述相干阵耦合层一端，所述微孔阵列形成的光子晶体阵列向阵列中心集中，所述光子晶体阵列实现对激光光束的导引；
[0009]所述相干阵耦合层对所述阵列激光单元出射阵列光束实现相干耦合与反向反馈。
[0010]在上述技术方案中，优选地，所述空间双向导光元件对所述阵列激光单元中每个激光单元的出射光束均进行双向导引，且不改变所述阵列激光单元出射光束的传播方向。
[0011]在上述技术方案中，优选地，所述空间双向导光薄层由透光材料制成，所述透光材料采用玻璃、晶体或蓝宝石，每层所述空间双向导光薄层的厚度与材料相同。
[0012]在上述技术方案中，优选地，所述微孔阵列为圆形或多边形，所述微孔阵列在单层空间双向导光薄层上形成的微孔贯穿所述空间双向导光薄层的厚度方向，所形成的光子晶体的有效面积与所述阵列激光单元的输出光斑相同。
[0013]在上述技术方案中，优选地，对应于所述阵列激光单元中心位置的所述微孔阵列在相邻空间双向导光薄层上形成微孔的位置重合，对应于所述阵列激光单元非中心位置的所述微孔阵列在相邻空间双向导光薄层上形成微孔的位置不重合，且偏移量不超过所述微孔的直径，使所述阵列激光单元非中心位置的出射光束均向阵列中心偏移。
[0014]在上述技术方案中，优选地，所述空间双向导光薄层上设置有不同排列形式、不同尺寸的微孔阵列，使得所述空间双向导光薄层能够限制预设波长、预设尺寸的光束。
[0015]在上述技术方案中，优选地，所述阵列激光单元的输出激光为半导体激光、光纤激光或固体激光。
[0016]本专利技术还提出一种相干阵激光器的耦合增强空间双向导光装置的制备方法，应用于如上述技术方案中任一项公开的相干阵激光器的耦合增强空间双向导光装置，包括：
[0017]利用掩膜和湿法刻蚀方法在透光材料上制备微孔，得到空间双向导光薄层；
[0018]针对所述空间双向导光薄层进行清洗后，通过施加机械压力来缩小所述微孔的尺寸；
[0019]针对所述空间双向导光薄层的上下表面进行抛光，并按照预设导光路径、基于所述微孔的对应位置依次对所述空间双向导光薄层进行键合，形成空间双向导光元件；
[0020]在所述空间双向导光元件的输入端对应设置阵列激光单元，输出端对应设置相干阵耦合层。
[0021]在上述技术方案中，优选地，所述空间双向导光薄层为薄片结构，所述微孔阵列以所述空间双向导光薄层的中心对称分布，机械压力由所述空间双向导光薄层的侧面向中心均匀施加。
[0022]在上述技术方案中，优选地，所述透光材料的湿法刻蚀过程所用化学腐蚀液包括磷酸、氢氟酸和氢氧化钠中的至少一种，腐蚀温度为室温或加热。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0024]通过在空间双向导光薄层上形成空气微孔阵列，并在中心位置缺失一个或多个空气孔以形成光子晶体将光束限制在中心区，多个空间双向导光薄层进行叠加能够把光束逐步精确导引至目标位置；阵列激光单元输出阵列光束经过空间双向导光元件，能够减小其光束间距，使阵列光束在相干耦合层中产生强互耦合，并通过空间双向导光元件反向注入阵列激光单元中，获得相干阵同相模式锁定，实现相干阵光的输出；装置采用空间导光形
式，结构简单紧凑，稳定性好，损伤阈值高，实现了大功率光束的双向导引；装置采用刻蚀结合机械压制的并行制备方法，实现了高效制备，有利于实现其工业化生产与在各类激光器中的应用。
附图说明
[0025]图1为本专利技术一种实施例公开的相干阵激光器的耦合增强空间双向导光装置的整体结构示意图；
[0026]图2为本专利技术一种实施例公开的单光束的空间双向导光元件的端面示意图；
[0027]图3为图1所示实施例公开的单光束的空间双向导光元件的A
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A向剖面示意图；
[0028]图4为本专利技术一种实施例公开的一维线性排布的阵列激光单元的端面示意图；
[0029]图5为本专利技术一种实施例公开的与图4实施例相匹配的并行光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相干阵激光器的耦合增强空间双向导光装置，其特征在于，包括自一侧至另一侧依次设置的阵列激光单元、空间双向导光元件和相干阵耦合层；所述空间双向导光元件的激光输入端与所述阵列激光单元的激光输出端相对应，所述相干耦合层设置于所述空间双向导光元件的输出端，所述阵列激光单元、所述空间双向导光元件和所述相干阵耦合层形成谐振腔；所述空间双向导光元件由多层空间双向导光薄层形成，所述空间双向导光元件上形成有微孔阵列，所述微孔阵列垂直于所述导光薄层的表面，邻近所述阵列激光单元一端，所述微孔阵列形成的光子晶体阵列与所述阵列激光单元相对应，邻近所述相干阵耦合层一端，所述微孔阵列形成的光子晶体阵列向阵列中心集中，所述光子晶体阵列实现对激光光束的导引；所述相干阵耦合层对所述阵列激光单元出射阵列光束实现相干耦合与反向反馈。2.根据权利要求1所述的空间导光装置，其特征在于，所述空间双向导光元件对所述阵列激光单元中每个激光单元的出射光束均进行双向导引，且不改变所述阵列激光单元出射光束的传播方向。3.根据权利要求1所述的空间导光装置，其特征在于，所述空间双向导光薄层由透光材料制成，所述透光材料采用玻璃、晶体或蓝宝石，每层所述空间双向导光薄层的厚度与材料相同。4.根据权利要求1所述的空间导光装置，其特征在于，所述微孔阵列为圆形或多边形，所述微孔阵列在单层空间双向导光薄层上形成的微孔贯穿所述空间双向导光薄层的厚度方向，所形成的光子晶体的有效面积与所述阵列激光单元的输出光斑相同。5.根据权利要求4所述的空间导光装置，其特征在于，对应于所述阵列激光单元中心位置的所述微孔阵列在相邻空间双向导光薄层上形...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，张彤，杨武雄，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：