一种双外腔激光输出装置

本发明涉及激光合束，具体涉及一种双外腔激光输出装置。

背景技术：

1、半导体激光器有电光转换效率高，体积小，寿命长等优势，随着应用范围的拓宽，对半导体激光器的功率和光束质量也提出了更高的要求。单一激光器存在光束质量差、功率低等问题，将多束毫瓦及瓦级功率单元光束耦合成一束百瓦、千瓦甚至更高功率的激光输出，使得半导体激光器性能获得大大提升，激光合束是半导体激光器实现高功率、高亮度激光输出的关键技术。同时，大功率并不是加工材料唯一的标准，光功率必须集中在一个非常小的表面上，要求激光有好的光束质量，激光束的空间质量越好，能力就越集中，越能满足各种应用的要求。

2、但在各种合束方式中，存在提高合束后的光束质量的同时，增大功率会增加波长宽度的问题，以及在实现超越单管的光束质量的同时，随着单元的增加使得合束难度也大大增加。此外，传统输出耦合镜的高反射率也会降低激光外腔组合的输出功率和斜率效率，导致电光转换效率降低。

技术实现思路

1、（一）要解决的技术问题

2、针对上述不足，本发明的主要目的在于提供一种双外腔激光输出装置，该装置不仅通过结合相干合束和光谱合束功率进一步提高半导体激光器装置的激光合束功能，而且该装置采用两侧外腔设置，降低了外腔等效反射率，提高激光外腔组合的输出功率和斜率效率，增加了电光转换效率。

3、（二）技术方案

4、为了实现上述目的，本发明提供了一种双外腔激光输出装置，包括第一相干合束组件、第二相干合束组件与光谱合束组件；第一相干合束组件沿第一方向与第二相干合束组件并列布设；第一相干合束组件、第二相干合束组件均沿第二方向与光谱合束组件相连；其中，第一相干合束组件输出的第一相干合束激光与第二相干合束组件输出的第二相干合束激光沿第二方向共同输入光谱合束组件，得到相干合束与光谱合束结合激光。

5、上述方案中，第一相干合束组件包括：第一激光器单管、第二激光器单管、第一准直镜、第二准直镜、第五准直镜、第六准直镜、第一反射镜、第二反射镜、第一消偏振分光棱镜、第三消偏振分光棱镜与第五反射镜；以及第二相干合束组件包括：第三激光器单管与第四激光器单管、第三准直镜、第四准直镜、第七准直镜、第八准直镜、第三反射镜、第四反射镜、第二消偏振分光棱镜、第四消偏振分光棱镜与第六反射镜；以及光谱合束组件包括零级半波片、传输透镜、透射式光栅与输出耦合镜。

6、上述方案中，第一激光器单管在沿第二方向靠近第五准直镜的一侧发出依次经第五准直镜、第二反射镜、第三消偏振分光棱镜后的激光与第二激光器单管在沿第二方向靠近第六准直镜的一侧发出依次经过第六准直镜、第三消偏振分光棱镜后的激光组合后得到第一相干合束激光。

7、上述方案中，第四激光器单管在沿第二方向靠近第八准直镜的一侧发出依次经第八准直镜、第四反射镜、第四消偏振分光棱镜后的激光与第三激光器单管在沿第二方向靠近第七准直镜的一侧发出依次经过第七准直镜、第四消偏振分光棱镜后的激光组合后得到第二相干合束激光。

8、上述方案中，第一相干合束激光与第二相干合束激光分别依次经零级半波片、传输透镜、透射式光栅后，得到相干合束与光谱合束结合激光；其中，相干合束与光谱合束结合激光通过输出耦合镜输出。

9、上述方案中，第一激光器单管在沿第二方向靠近第一准直镜的一侧发出依次经第一准直镜、第一反射镜、第一消偏振分光棱镜后的激光与第二激光器单管在沿第二方向靠近第二准直镜的一侧发出依次经第二准直镜、第一消偏振分光棱镜后的激光共同入射到第五反射镜，得到第一目标激光；以及第五反射镜再将第一目标激光按原光路分别反馈回第一激光器单管与第二激光器单管。

10、上述方案中，第四激光器单管在沿第二方向靠近第四准直镜的一侧发出依次经第四准直镜、第三反射镜、第二消偏振分光棱镜后的激光与第三激光器单管在沿第二方向靠近第三准直镜的一侧发出依次经第三准直镜、第二消偏振分光棱镜后的激光共同入射到第六反射镜，得到第二目标激光；以及第六反射镜再将第二目标激光按原光路分别反馈回第三激光器单管与第四激光器单管。

11、上述方案中，第一激光器单管、第二激光器单管、第三激光器单管与第四激光器单管均为fp半导体激光器；第一激光器单管、第二激光器单管、第三激光器单管与第四激光器单管中任一激光器单管出射的激光偏振态有两个相互垂直的偏振方向，其中，每一偏振方向与出射激光方向垂直，两个偏振方向通过加半波片相互转换；以及第一激光器单管、第二激光器单管、第三激光器单管与第四激光器单管中任一激光器单管沿第二方向的两侧腔面上均镀增透膜。

12、上述方案中，第一准直镜、第二准直镜、第三准直镜、第四准直镜、第五准直镜、第六准直镜、第七准直镜与第八准直镜中任一准直镜均为非球面透镜，以及沿非球面透镜第二方向的两侧腔面上均镀增透膜。

13、上述方案中，第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜与第六反射镜中任一反射镜均为全反镜。

14、（三）有益效果

15、本发明实施例的技术方案，至少具有以下有益效果：

16、通过相干合束对半导体激光进行功率放大并且优化光束质量，克服传统相干合束中合束效率随合束单元数量增加而降低的问题，通过光谱合束的方式对相干合束后的激光功率进一步放大，将相干合束和光谱合束的优势相结合，实现大功率高亮度的半导体激光输出。

17、该双外腔激光输出装置采用两侧外腔设置，降低了外腔等效反射率，提高激光外腔组合的输出功率和斜率效率，增加了电光转换效率，具有光束质量好与亮度高的优点。

技术特征：

1.一种双外腔激光输出装置，其特征在于，包括第一相干合束组件、第二相干合束组件与光谱合束组件；

2.根据权利要求1所述的双外腔激光输出装置，其特征在于，所述第一相干合束组件包括：第一激光器单管（1）、第二激光器单管（2）、第一准直镜（5）、第二准直镜（6）、第五准直镜（9）、第六准直镜（10）、第一反射镜（13）、第二反射镜（14）、第一消偏振分光棱镜（17）、第三消偏振分光棱镜（19）与第五反射镜（21）；以及

3.根据权利要求2所述的双外腔激光输出装置，其特征在于，所述第一激光器单管（1）在沿第二方向靠近第五准直镜（9）的一侧发出依次经所述第五准直镜（9）、第二反射镜（14）、第三消偏振分光棱镜（19）后的激光与所述第二激光器单管（2）在沿第二方向靠近第六准直镜（10）的一侧发出依次经过所述第六准直镜（10）、第三消偏振分光棱镜（19）后的激光组合后得到第一相干合束激光。

4.根据权利要求2所述的双外腔激光输出装置，其特征在于，所述第四激光器单管（4）在沿第二方向靠近第八准直镜（12）的一侧发出依次经所述第八准直镜（12）、第四反射镜（16）、第四消偏振分光棱镜（20）后的激光与所述第三激光器单管（3）在沿第二方向靠近第七准直镜（11）的一侧发出依次经过所述第七准直镜（11）、第四消偏振分光棱镜（20）后的激光组合后得到第二相干合束激光。

5.根据权利要求3或4所述的双外腔激光输出装置，其特征在于，所述第一相干合束激光与所述第二相干合束激光分别依次经零级半波片（23）、传输透镜（24）、透射式光栅（25）后，得到相干合束与光谱合束结合激光；

6.根据权利要求2所述的双外腔激光输出装置，其特征在于，所述第一激光器单管（1）在沿第二方向靠近第一准直镜（5）的一侧发出依次经所述第一准直镜（5）、第一反射镜（13）、第一消偏振分光棱镜（17）后的激光与所述第二激光器单管（2）在沿第二方向靠近第二准直镜（6）的一侧发出依次经所述第二准直镜（6）、第一消偏振分光棱镜（17）后的激光共同入射到第五反射镜（21），得到第一目标激光；以及

7.根据权利要求2所述的双外腔激光输出装置，其特征在于，所述第四激光器单管（4）在沿第二方向靠近第四准直镜（8）的一侧发出依次经所述第四准直镜（8）、第三反射镜（15）、第二消偏振分光棱镜（18）后的激光与所述第三激光器单管（3）在沿第二方向靠近第三准直镜（7）的一侧发出依次经所述第三准直镜（7）、第二消偏振分光棱镜（18）后的激光共同入射到第六反射镜（22），得到第二目标激光；以及

8.根据权利要求1或2所述的双外腔激光输出装置，其特征在于，所述第一激光器单管（1）、第二激光器单管（2）、第三激光器单管（3）与第四激光器单管（4）均为fp半导体激光器；

9.根据权利要求1或2所述的双外腔激光输出装置，其特征在于，所述第一准直镜（5）、第二准直镜（6）、第三准直镜（7）、第四准直镜（8）、第五准直镜（9）、第六准直镜（10）、第七准直镜（11）与第八准直镜（12）中任一准直镜均为非球面透镜，以及

10.根据权利要求1或2所述的双外腔激光输出装置，其特征在于，所述第一反射镜（13）、第二反射镜（14）、第三反射镜（15）、第四反射镜（16）、第五反射镜（21）与第六反射镜（22）中任一反射镜均为全反镜。

技术总结本发明提供一种双外腔激光输出装置，包括第一相干合束组件、第二相干合束组件与光谱合束组件；第一相干合束组件沿第一方向与第二相干合束组件并列布设；第一相干合束组件、第二相干合束组件均沿第二方向与光谱合束组件相连；其中，第一相干合束组件输出的第一相干合束激光与第二相干合束组件输出的第二相干合束激光沿第二方向共同输入光谱合束组件，得到相干合束与光谱合束结合激光。该装置不仅通过结合相干合束和光谱合束功率进一步提高半导体激光器装置的激光合束功能，而且该装置采用两侧外腔设置，降低了外腔等效反射率，提高激光外腔组合的输出功率和斜率效率，增加了电光转换效率。技术研发人员：孟令谦,郑婉华,王宇飞,周旭彦受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/29