CN114243452A - 一种半导体激光器的互锁光路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体激光器的互锁光路,其包括:VBG锁波器、第一激光单元、第二激光单元和光路整形单元;第一激光单元射出的第一初始激光经VBG锁波器反射后射出第一引导激光,该第一引导激光射向第二激光单元,使得第二激光单元出射单一波长的第二锁波激光,第二锁波激光射向VBG锁波器,第二锁波激光的一部分透射VBG锁波器,第二锁波激光的另一部分经VBG锁波器转向后射向第一激光单元,使得第一激光单元射出单一波长的第一锁波激光,第一锁波激光与第二锁波激光波长相同,第一锁波激光的一部分透射VBG锁波器,第一锁波激光的另一部分经VBG锁波器转向后射向第二激光单元,这样可以实现两个激光单元只需要一VBG锁波器就可以完成互相锁波。
Description
技术领域
本发明涉及激光器领域,尤其涉及一种半导体激光器的互锁光路。
背景技术
激光器是一种能发射激光的装置,其常见的半导体激光器由于具有效率高、寿命长等优势在工业加工、军事、医疗、安防等领域中得到广泛地应用,为了提高输出激光的质量,会对半导体激光器内部光路进行锁波处理。
请参见公告号为CN20338897U的专利文件,该专利文件公开了一种采用单光路锁波方式的半导体激光器,每一激光芯片对应设有一体布拉格光栅(VBG),这样会增加生产成本和壳体的体积。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体激光器的互锁光路,通过一VBG锁波器可以实现两激光单元互相锁波,这样减少了VBG锁波器的使用数量,节省生产成本。
为了达到上述目的,本发明所采用的的技术方案为:
一种半导体激光器的互锁光路,包括:VBG锁波器、第一激光单元、第二激光单元和光路整形单元;
所述第一激光单元射出的第一初始激光射向所述VBG锁波器,所述第一初始激光经所述VBG锁波器反射后射出一固定波长的第一引导激光,所述第一引导激光射向所述第二激光单元,使得所述第二激光单元射出单一波长的第二锁波激光,所述第二锁波激光与所述第一引导激光波长相同;
所述第二锁波激光射向所述VBG锁波器,所述第二锁波激光的一部分透射所述VBG锁波器,所述第二锁波激光的另一部分经所述VBG锁波器转向后射向所述第一激光单元,使得所述第一激光单元射出单一波长的第一锁波激光,所述第一锁波激光与所述第二锁波激光波长相同;
所述第一锁波激光的一部分透射所述VBG锁波器,所述第一锁波激光的另一部分经所述VBG锁波器转向后射向所述第二激光单元;
透过所述VBG锁波器的一部分所述第一锁波激光与所述第二锁波激光分别射向所述光路整形单元,经所述光路整形单元聚焦后射入光纤内。
进一步地,所述第一锁波激光与所述第二锁波激光的夹角为θ;所述光路整形单元包括第一反射镜和聚焦部,所述第一反射镜与水平直线的夹角为λ,λ=θ/2;
透过所述VBG锁波器的所述第一锁波激光垂直射向所述聚焦部;透过所述VBG锁波器的所述第二锁波激光射向所述第一反射镜,经所述第一反射镜转向后射向所述聚焦部,转向后的所述第二锁波激光与透过所述VBG锁波器的所述第一锁波激光相平行;所述第一锁波激光与所述第二锁波激光经所述聚焦部聚焦后进入所述光纤内。
进一步地,所述光路整形单元包括第一反射镜、偏振合束部和聚焦部,所述第一锁波激光透过所述VBG锁波器后射向所述偏振合束部;透过所述VBG锁波器的所述第一锁波激光射向所述偏振合束部;透过所述VBG锁波器的所述第二锁波激光射向所述第一反射镜,经所述第一反射镜转向后的所述第二锁波激光射向所述偏振合束部,射向所述偏振合束部的所述第二锁波激光与射向所述偏振合束部的所述第一锁波激光相垂直;所述偏振合束部输出合束锁波激光,所述合束锁波激光射向所述聚焦部,经所述聚焦部聚焦后进入所述光纤内。
进一步地,射向所述VBG锁波器的所述第一锁波激光与所述第二锁波激光的夹角为锐角α;所述第一反射镜与水平直线的夹角为λ,λ=(90°-α)/2;所述偏振合束部包括偏振合束器,透过所述VBG锁波器的所述第一锁波激光射向所述偏振合束器,经所述第一反射镜转向后的所述第二锁波激光射向所述偏振合束器,所述偏振合束器输出合束锁波激光。
进一步地,射向所述VBG锁波器的所述第一锁波激光与所述第二锁波激光的夹角β为直角或钝角;所述偏振合束部包括偏振合束器和第二反射镜,所述第二反射镜与水平直线的夹角为δ,δ=90°-β/2,透过所述VBG锁波器的所述第一锁波激光射向所述第二反射镜,经所述第二反射镜转向后射向所述偏振合束器;所述第一反射镜与水平直线的夹角恒为四十五度,透过所述VBG锁波器的所述第二锁波激光射向所述第一反射镜的入射角恒定为四十五度,经所述第一反射镜转向后的所述第二锁波激光射向所述偏振合束器,所述偏振合束器输出合束锁波激光。
进一步地,所述聚焦部包括快轴聚焦透镜和慢轴聚焦透镜,射向所述聚焦部的所述第一锁波激光与所述第二锁波激光依次经所述快轴聚焦透镜和慢轴聚焦透镜聚焦后射入光纤内。
进一步地,所述聚焦部包括快轴聚焦透镜和离轴抛面镜;射向所述聚焦部的所述第一锁波激光与所述第二锁波激光分别与所述离轴抛面镜的对称轴平行,所述第一锁波激光与所述第二锁波激光经所述离轴抛面镜反射后射向所述快轴聚焦透镜,经所述快轴聚焦透镜在快轴方向聚焦后进入所述光纤内。
进一步地,所述聚焦部包括和离轴双曲面反射镜;射向所述聚焦部的所述第一锁波激光与所述第二锁波激光分别与离轴双曲面反射镜的对称轴平行,所述第一锁波激光与所述第二锁波激光经所述离轴双曲面反射镜在快轴和慢轴方向聚焦后射入光纤内。
本发明的有益效果在于:第一激光单元射出的第一初始激光经VBG锁波器反射后射出第一引导激光,该第一引导激光射向第二激光单元,使得第二激光单元出射单一波长的第二锁波激光,第二锁波激光射向VBG锁波器,第二锁波激光的一部分透射VBG锁波器,第二锁波激光的另一部分经VBG锁波器转向后射向第一激光单元,使得第一激光单元射出单一波长的第一锁波激光,第一锁波激光与第二锁波激光波长相同,第一锁波激光的一部分透射VBG锁波器,第一锁波激光的另一部分经VBG锁波器转向后射向第二激光单元,透过VBG锁波器的第一锁波激光与第二锁波激光分别射向光路整形单元,经光路整形单元聚焦后射入光纤内,这样可以实现两个激光单元只需要一VBG锁波器就可以完成互相锁波,这样减少了VBG锁波器的使用数量,节省生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例一的互锁光路示意图。
图2是本发明实施例二的互锁光路示意图。
图3是本发明实施例三的互锁光路示意图。
图中,
A、合束锁波激光;
100、VBG锁波器;
200、第一激光单元;210、第一激光芯片;211、第一初始激光;212、第一引导激光;213、第一锁波激光;220、第一准直透镜;
300、第二激光单元;310、第二激光芯片;311、第二锁波激光;320、第二准直透镜;
400、光路整形单元;410、第一反射镜;420、快轴聚焦透镜;430、慢轴聚焦透镜;440、偏振合束器;441、第一入光面;442、第二入光面;443、半波片;444、合束面;445、出光面;450、第二反射镜;
500、光纤。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明一种半导体激光器的互锁光路进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上;术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了方便对本发明技术内容的理解,本发明中“水平直线”指的是平行于光纤延伸方向的直线。
实施例一
请参见图1,一种半导体激光器的互锁光路,主要包括一VBG锁波器100、第一激光单元200、第二激光单元300和光路整形单元400,两个激光单元只需要一VBG锁波器100就可以完成互相锁波,这样减少了VBG锁波器的使用数量,节省生产成本。
具体地,第一激光单元200包括第一激光芯片210和第一准直透镜220,第一激光芯片210射出第一初始激光211,该第一初始激光211通过第一准直透镜220准直后射向VBG锁波器100,由于VBG锁波器100的光学特性可以反射特定波长的光的一部分,所以射向VBG锁波器100的第一初始激光211经VBG锁波器100反射后射出一固定波长的第一引导激光212,该第一引导激光212射向第二激光单元300。
第二激光单元300包括第二激光芯片310和第二准直透镜320,第一激光芯片210与第二激光芯片310型号相同,第一引导激光212通过第二准直透镜320聚焦射向第二激光芯片310的发光面,诱导第二激光芯片310射出单一波长的第二锁波激光311,第二锁波激光311与第一引导激光212的波长相等,第二锁波激光311射向VBG锁波器100,其中一部分第二锁波激光311透射VBG锁波器100后射向光路整形单元400,另一部分第二锁波激光311经VBG锁波器100转向射向第一激光单元200。
经VBG锁波器100转向的部分第二锁波激光311通过第一准直透镜220聚焦后射向第一激光芯片210的发光面,诱导第一激光芯片210射出单一波长的第一锁波激光213,第一锁波激光213与第二锁波激光311的波长相同,第一锁波激光213射向VBG锁波器100,其中,一部分第一锁波激光213透射VBG锁波器100后射向光路整形单元400,另一部分第一锁波激光213经VBG锁波器100转向射向第二激光单元200。
光路整形单元400包括第一反射镜410、快轴聚焦透镜420和慢轴聚焦透镜430,透过VBG锁波器100的第一锁波激光213依次射向快轴聚焦透镜420和慢轴聚焦透镜430;透过VBG锁波器100的第二锁波激光311射向第一反射镜410,经过第一反射镜410反射后的第二锁波激光311与透过VBG锁波器100后的第一锁波激光213相平行,转向后的第二锁波激光311依次射向快轴聚焦透镜420和慢轴聚焦透镜430,第一锁波激光213和第二锁波激光311实现在快轴和慢轴方向聚焦后射入光纤500内,然后光纤500输出波长固定的锁波激光束。
需要提到的是,第一锁波激光213与第二锁波激光311的夹角θ发生改变,只需要对应调整第一反射镜410与水平直线的夹角λ即可实现经过第一反射镜410反射后的第二锁波激光311与透过VBG锁波器100后的第一锁波激光213相平行,例如:当第一锁波激光213与第二锁波激光311的夹角θ为锐角六十度时,第一反射镜410与水平直线的夹角λ为三十度;当第一锁波激光213与第二锁波激光311的夹角θ为直角九十度时,第一反射镜410与水平直线λ的夹角为四十五度;当第一锁波激光213与第二锁波激光311的夹角θ为钝角一百二十度时,第一反射镜410与水平直线的夹角λ为六十度,通过计算可知,第一反射镜410与水平直线的夹角λ=θ/2。
需要提到是,第一激光单元200与第二激光单元300发射激光的先后顺序可以替换,上述仅是以第一激光单元200先发射激光的情况,应当知晓第二激光单元300也可先发射激光。
实施例二
请参见图2,相比实施例一,区别在于第一锁波激光213与第二锁波激光311的夹角为锐角,光路整形单元400还包括透射P偏振光和反射S偏振光的偏振合束器440。
具体地,该偏振合束器440包括第一入光面441、第二入光面442、半波片443、合束面444和出光面445;第一入光面441与第二入光面442相互 垂直,第一入光面441和出光面445相互平行,半波片443贴设在第二入光面442处,透过VBG锁波器100的第一锁波激光213垂直射向第一入光面441,因第一锁波激光213为P偏振光,所以直接透过合束面444从出光面445射出;经第一反射镜410转向后的第二锁波激光311与透过VBG锁波器100后的第一锁波激光213相垂直,经第一反射镜410转向后的第二锁波激光311射向半波片443,透过半波片443的第二锁波激光311变为S偏振光,之后S偏振的第二锁波激光311被合束面444转向九十度从出光面445射出,射向合束面444的P偏振第一锁波激光213与S偏振第二锁波激光311在合束面444上相交,实现偏振合束,从出光面445处射出合束锁波激光A,合束锁波激光A依次射向快轴聚焦透镜420和慢轴聚焦透镜430,在快轴和慢轴方向聚焦后射入光纤500内。
需要提到的是,第一锁波激光213与第二锁波激光311的夹角α发生改变,只需要对应调整第一反射镜410与水平直线的夹角λ即可实现经过第一反射镜410反射后的第二锁波激光311与透过VBG锁波器100后的第一锁波激光213相垂直,例如:当第一锁波激光213与第二锁波激光311的夹角α为锐角六十度时,第一反射镜410与水平直线的夹角λ为十五度;当第一锁波激光213与第二锁波激光311的夹角α为锐角四十度时,第一反射镜410与水平直线的夹角λ为二十五度,通过计算可知,当夹角α为锐角时,第一反射镜410与水平直线的夹角λ=(90°-α)/2。
实施例三
请参见图3,相比实施例二,区别在于第一锁波激光213与第二锁波激光311的夹角为直角或钝角,光路整形单元400还包括第二反射镜450。
具体地,透过VBG锁波器100的第一锁波激光213射向第二反射镜450,第一锁波激光213通过第二反射镜450转向后垂直射向半波片443,透过半波片443的第一锁波激光213变为S偏振光,之后S偏振的第一锁波激光213透过第一入光面441射向合束面444,之后S偏振的第一锁波激光213被合束面444转向九十度从出光面445射出;透过VBG锁波器100的第二锁波激光311射向第一反射镜410,第一反射镜410与水平直线的夹角恒定为四十五度,透过VBG锁波器100的第二锁波激光311射向第一反射镜410的入射角恒定为四十五度,第二锁波激光311通过第一反射镜410转向后垂直射向第二入光面442,然后直接透过合束面444从出光面445射出;射向合束面444的S偏振第一锁波激光213与P偏振第二锁波激光311在合束面444上相交,实现偏振合束,从出光面445处射出合束锁波激光A,合束锁波激光A依次射向快轴聚焦透镜420和慢轴聚焦透镜430,在快轴和慢轴方向聚焦后射入光纤500内。
需要提到的是,第一锁波激光213与第二锁波激光311的夹角β发生改变,只需要对应调整第二反射镜450在水平直线上的夹角即可实现经过第一反射镜410反射后的第二锁波激光311与经过第二反射镜450反射后的第一锁波激光213相垂直,例如:当第一锁波激光213与第二锁波激光311的夹角β为直角九十度时,第二反射镜450与水平直线的夹角δ为四十五度;当第一锁波激光213与第二锁波激光311的夹角β为钝角一百二十度时,第二反射镜450与水平直线的夹角δ为三十度,通过计算可知,当夹角β为直角或钝角时,第二反射镜450与水平直线的夹角δ=90°-β/2。
在实施例一至实施例三中,对第一锁波激光213与第二锁波激光311的聚焦耦合方式还有其他选择,例如:
(1)通过离轴抛面镜和快轴聚焦透镜420来实现在快轴和慢轴方向的聚焦,射向离轴抛面镜的第一锁波激光213与第二锁波激光311与离轴抛面镜的对称轴平行,在光学原理中,若反射镜面的形状是抛物曲线,平行于对称轴入射的光线经该反射镜面反射后,其光路必会聚于焦点,基于离轴抛面镜的光学特性,从而使得第一锁波激光213与第二锁波激光311在慢轴方向上聚焦,然后在慢轴方向上聚焦的第一锁波激光213与第二锁波激光311射向快轴聚焦透镜420,经快轴聚焦透镜420在快轴方向上聚焦后,第一锁波激光213与第二锁波激光311耦合进光纤500内。
(2)通过离轴双曲面反射镜来实现在快轴和慢轴方向的聚焦,离轴双曲面反射镜与离轴抛面镜存在同样的光学特性,但是离轴双曲面反射镜在快轴和慢轴两个坐标方向上都是呈抛物曲线,所以可以直接对第一锁波激光213与第二锁波激光311实现在快轴和慢轴方向的聚焦,然后耦合进光纤500内。
在实施例一至实施例三中,通过一VBG锁波器可以实现两激光单元互相锁波,这样减少了VBG锁波器的使用数量,节省生产成本,可以根据实际需要进行选择使用。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种半导体激光器的互锁光路,其特征在于,包括:VBG锁波器、第一激光单元、第二激光单元和光路整形单元;
所述第一激光单元射出的第一初始激光射向所述VBG锁波器,所述第一初始激光经所述VBG锁波器反射后射出一固定波长的第一引导激光,所述第一引导激光射向所述第二激光单元,使得所述第二激光单元射出单一波长的第二锁波激光,所述第二锁波激光与所述第一引导激光波长相同;
所述第二锁波激光射向所述VBG锁波器,所述第二锁波激光的一部分透射所述VBG锁波器,所述第二锁波激光的另一部分经所述VBG锁波器转向后射向所述第一激光单元,使得所述第一激光单元射出单一波长的第一锁波激光,所述第一锁波激光与所述第二锁波激光波长相同;
所述第一锁波激光的一部分透射所述VBG锁波器,所述第一锁波激光的另一部分经所述VBG锁波器转向后射向所述第二激光单元;
透过所述VBG锁波器的一部分所述第一锁波激光与所述第二锁波激光分别射向所述光路整形单元,经所述光路整形单元聚焦后射入光纤内。
2.根据权利要求1所述的一种半导体激光器的互锁光路,其特征在于,
所述第一锁波激光与所述第二锁波激光的夹角为θ;
所述光路整形单元包括第一反射镜和聚焦部,所述第一反射镜与水平直线的夹角为λ,λ=θ/2;
透过所述VBG锁波器的所述第一锁波激光垂直射向所述聚焦部;
透过所述VBG锁波器的所述第二锁波激光射向所述第一反射镜,经所述第一反射镜转向后射向所述聚焦部,转向后的所述第二锁波激光与透过所述VBG锁波器的所述第一锁波激光相平行;
所述第一锁波激光与所述第二锁波激光经所述聚焦部聚焦后进入所述光纤内。
3.根据权利要求1所述的一种半导体激光器的互锁光路,其特征在于,所述光路整形单元包括第一反射镜、偏振合束部和聚焦部,
透过所述VBG锁波器的所述第一锁波激光射向所述偏振合束部;
透过所述VBG锁波器的所述第二锁波激光射向所述第一反射镜,经所述第一反射镜转向后的所述第二锁波激光射向所述偏振合束部,射向所述偏振合束部的所述第二锁波激光与射向所述偏振合束部的所述第一锁波激光相垂直;
所述偏振合束部输出合束锁波激光,所述合束锁波激光射向所述聚焦部,经所述聚焦部聚焦后进入所述光纤内。
4.根据权利要求3所述的一种半导体激光器的互锁光路,其特征在于,
射向所述VBG锁波器的所述第一锁波激光与所述第二锁波激光的夹角为锐角α;
所述第一反射镜与水平直线的夹角为λ,λ=(90°-α)/2;
所述偏振合束部包括偏振合束器,透过所述VBG锁波器的所述第一锁波激光射向所述偏振合束器,经所述第一反射镜转向后的所述第二锁波激光射向所述偏振合束器,所述偏振合束器输出合束锁波激光。
5.根据权利要求3所述的一种半导体激光器的互锁光路,其特征在于,
射向所述VBG锁波器的所述第一锁波激光与所述第二锁波激光的夹角β为直角或钝角;
所述偏振合束部包括偏振合束器和第二反射镜,所述第二反射镜与水平直线的夹角为δ,δ=90°-β/2,透过所述VBG锁波器的所述第一锁波激光射向所述第二反射镜,经所述第二反射镜转向后射向所述偏振合束器;
所述第一反射镜与水平直线的夹角恒为四十五度,透过所述VBG锁波器的所述第二锁波激光射向所述第一反射镜的入射角恒定为四十五度,经所述第一反射镜转向后的所述第二锁波激光射向所述偏振合束器,所述偏振合束器输出合束锁波激光。
6.根据权利要求2-5任一项所述的一种半导体激光器的互锁光路,其特征在于,所述聚焦部包括快轴聚焦透镜和慢轴聚焦透镜,射向所述聚焦部的所述第一锁波激光与所述第二锁波激光依次经所述快轴聚焦透镜和慢轴聚焦透镜聚焦后射入光纤内。
7.根据权利要求2-5任一项所述的一种半导体激光器的互锁光路,其特征在于,所述聚焦部包括快轴聚焦透镜和离轴抛面镜;
射向所述聚焦部的所述第一锁波激光与所述第二锁波激光分别与所述离轴抛面镜的对称轴平行,所述第一锁波激光与所述第二锁波激光经所述离轴抛面镜反射后射向所述快轴聚焦透镜,经所述快轴聚焦透镜在快轴方向聚焦后进入所述光纤内。
8.根据权利要求2-5任一项所述的一种半导体激光器的互锁光路,其特征在于,所述聚焦部包括和离轴双曲面反射镜;
射向所述聚焦部的所述第一锁波激光与所述第二锁波激光分别与离轴双曲面反射镜的对称轴平行,所述第一锁波激光与所述第二锁波激光经所述离轴双曲面反射镜在快轴和慢轴方向聚焦后射入光纤内。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |