一个外腔一维多波长光束合并器沿一个多元激光阵列构成的激光堆的堆叠方向实施波长光束合并，每个激光阵列设置用来产生含有特定波长的光辐射，并且每个激光阵列包括沿一个激光堆阵列方向排列的多元激光反射器。该多光束合并器包括一个设置用来沿激光发射器慢轴方向对每个激光发射器成像的柱面望远镜，一个设置用来拦截来自每个多元激光阵列的光辐射变换透镜并沿激光堆堆叠方向合并该光辐射从而形成一个多波长光束，以及一个放置在一个光辐射重叠区域接收和传送该多波长光束的衍射元件。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
概括起来，本专利技术涉及一个使用外腔的激光光源领域，特别是涉及合并二维激光源形成外腔一维波长光束的方法和设备。
技术介绍
使用激光阵列的高效多波长激光源具有包括材料加工、激光泵以及多种医疗程序等许多应用。外腔一维波长光束结合二极管阵列和二维二极管堆作为增强激光阵列和激光堆能量和亮度的一种技术已经在美国专利号为6327292的申请中有所描述。用于合并二维激光堆形成外腔一维波长光束的光束合并器的标准架构见附图1A。 附图IA说明了一个闭环波长光束合并腔。该合并腔包含激光堆110，在示例中，激光堆110 包括含3个激光二极管块的竖向堆。每一个二极管块由多个作为发射器的激光二极管组件组合而成。该合并腔同时也包含柱面透镜120、衍射光栅130和一个部分反射输出耦合器 140。柱面透镜120放置在激光堆110和衍射光栅130之间距离等于焦距的位置上。柱面透镜120汇聚来自在激光堆中每一个二极管块的激光二极管组件的光束以便使光束空间重叠，在衍射光栅130上形成一个重叠区域。部分反射输出耦合器140放置在来自衍射光栅130的一阶衍射光束的路径上并将一束光的一部分反射回重叠区域，接着衍射光栅130 将光反射回激光堆110，从而在部分反射输出耦合器140和激光堆110的激光二极管组件之间形成共振腔。这样部分反射输出耦合器140和衍射光栅130提供反馈强制各个二极管块中的每一个激光二极管组件发出可控的单一波长的激光，并使光束在近场(在输出耦合器 140上)和远场重叠。这样，如附图IA所示，通过适当排列柱面透镜120、衍射光栅130和输出耦合器140，对每一个激光堆110中的二极管块即可产生单一的光束。在图IA的示例中，输出光束150包含三个光束，每个光束来自激光堆110中的3 个二极管块中的一个，并且三个输出光束中的每一束都由源自构成各个二极管块的激光二极管组件的空间重叠光束构成。于是实现了沿激光堆110水平方向的波长光束合并。在垂直方向上堆叠多个二极管块可用于放大能量。附图IB说明了开环波长光束合并腔。在该开环腔中，激光组件用波长调制体布拉格光栅(VBG) 160对单一波长进行波长稳定。将体布拉格光栅160尽可能靠近激光堆110放置。柱面透镜120和衍射光栅130与体布拉格光栅160的波长扩展匹配。再次实现了激光组件的波长光束合并，在垂直方向上竖向堆叠多个二极管块实现了能量放大。
技术实现思路
专利技术方面和实施方案针对的是通过合并二维激光光源(例如)形成一维波长光束从而增强这些激光源功率和亮度的一种方法和设备。波长光束合并体系的重要特征包括输出光谱、输出光束质量、尺寸和效率。如上所述，对二极管激光阵列，传统的一维波长光束合并器，是沿阵列即横向对波长光束进行合并，也就是，对来自构成单个二极管块的多元激光二极管组件的光束进行合并。相比之下，根据专利技术方面和实施方案，波长合并是沿正交方向进行，并且对于二极管激光源是沿着阵列的堆叠方向进行，也就是，对来自多元二极管块的光束进行合并，放宽了公差要求，并允许使用低成本、现成的二极管块。特别是，至少某些实施方案是针对一项波长光束合并的实施，其中，当应用于二极管激光光源时，如下文进一步所述，其鲁棒性和效率很大程度上独立于“封装误差”和对准误差。沿堆叠方向的波长光束合并允许高功率的激光在比传统光束合并成本低的条件下实现，并具有广泛的应用。根据一个实施方案，多波长光束合并器包含含有沿激光堆堆叠方向排列的多元激光阵列，每一个激光阵列设定产生具有单波长的光辐射，并且每一个多元激光阵列包含沿激光堆中阵列方向的多元光增益组件。该多波长光束合并器进一步包含设定对每一个多元光增益组件沿其慢轴进行成像的柱面望远镜、设置用于拦截来自每一个多元激光阵列的光辐射并沿激光堆堆叠方向合并该光辐射形成多波长光束的转换透镜以及放置在光辐射重叠区域接收和发送多波长光束的衍射元件。柱面望远镜设置将每一个多元光增益元件成像到颜射元件。堆叠方向也许很大程度上垂直于阵列方向。在一个实施例中，多元激光阵列包含多元激光二极管块，而多元光增益组件包含多元激光二极管发射器。在另一个实施例中，多元二极管阵列包含一个多元光纤维激光阵列，而多元光增益组件包含一个多元光纤维激光发射器。在另外一个实施例中，激光堆包含一个分离半导体激光发射器堆，其可能是半导体模具或半导体封装模具，沿阵列方向成行排列，并且多元激光阵列中的每一个阵列包含一行分离的半导体激光发射器。根据另一个实施例，多波长光束合并器进一步包含放置在激光堆和柱面望远镜之间并设定与产生一系列单一波长的激光堆形成一个自由空间腔室的体布拉格光栅。该体布拉格光栅可以是波长调制体布拉格光栅，在其中波长被调制沿堆叠方向。在一个实施例中， 变换透镜被放置在距激光堆一个焦距的位置上。在另一个实施例中，衍射元件是衍射光栅。 在另一个实施例中，变换透镜是柱面变换透镜。柱面望远镜可以包含第一透镜组件和第二透镜组件，该变换透镜可以放置在第一和第二透镜组件之间。该外腔多波长光束合并器可以进一步包含设置用于接收来自衍射元件的多波长光束的部分反射输出耦合器，将一部分多波长光束反射回重叠区域并传送由多个具有多元化独特波长的光辐射构成的该多波长光束。其中的衍射元件、部分反射耦合器和激光堆一起构成产生多元特定波长的自由空间腔。部分反射耦合器可以是无源光纤输出耦合器。外腔多波长光束合并器可以进一步包括放置在激光堆和柱面望远镜之间的形变扩束器。该外腔多波长光束合并器也可以包含额外的放置在衍射光栅和部分反射输出耦合器之间的柱面望远镜，其中这个额外的柱面望远镜设定将沿阵列方向的多元二极管发射器成像到部分反射输出耦合器。该多波长光束合并器6可以进一步包括连接到激光堆的多元准直微透镜。根据另一个实施方案，外腔多波长光束合并器由激光堆构成，该激光堆包含设定产生具有第一个波长的第一个光束激光阵列和设定产生具有第二个波长的第二激光阵列。 第一个和第二个激光阵列各自包含沿激光堆的阵列方向排列的多元光增益组件。并且设定产生光辐射以便产生第一和第二光束。外腔多波长光束合并器进一步包含设置拦截第一和第二光辐射并对沿阵列方向的多元光增益组件成像的柱面望远镜、设置拦截第一和第二光束并在激光堆的堆叠方向上重叠第一和第二光束以形成多波长光束的变换透镜。另外，该外腔多波长光束合并器包含放置在第一和第二光束重叠区域的衍射元件，以及部分反射输出耦合器，该耦合器设置接收来自衍射元件的多波长光束，将该多波长光束一部分反射回重叠区域，并传送该由具有第一波长和第二波长的光辐射构成的多波长光束。衍射元件、部分反射输出耦合器和激光堆一起形成产生第一波长和第二波长的自由空间，其堆叠方向很大程度上与阵列方向垂直。在一个实施例中，第一和第二激光阵列是激光二极管块，每一个激光二极管块包含多元激光二极管发射器。在另外一个实施例中，激光堆包含沿阵列方向按行设置的半导体激光发射器堆，其中第一和第二激光阵列各自包含一行半导体激光发射器。在另一个实施例中，多元第一和第二激光阵列的多元结构是光纤激光阵列，多元光增益组件包含多元光纤发射器。在一个外腔多波长光束合并器的实施例中，通过合并沿堆叠方向的第一和第二光束，变换透镜设置用来形成多波长光束。在另一个实施例中，柱面望远镜设置对每一个沿光增益本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种多波长光束合并器，其包括：沿堆叠方向排列的多元激光阵列构成的激光堆，每个激光阵列设定产生具有特定波长的光辐射，每个多元激光阵列由多元光增益部件沿激光堆阵列方向排列构成；柱面望远镜，其被设定沿光增益元件的慢轴对每个多元光增益元件成像；变换透镜，其被安排拦截来自每个多元激光阵列的光辐射并沿激光堆堆叠方向合并光辐射形成多波长光束；以及放置在光辐射重叠区域的衍射元件，其用于接收和传送多波长灌输；其中柱面望远镜设定将每个多元光增益元件成像到衍射元件。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：B·查恩，
申请(专利权)人：麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：US
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