采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置的制作方法

专利名称：采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置的制作方法
采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置技术领域
本发明属于激光光电子及其应用领域，是通过平行四边形棱镜、三角形棱镜与偏振分光膜对半导体激光器的输出光束进行偏振I禹合，改善输出光束亮度和光束质量的一种采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置。
背景技术：
半导体激光器具有光电转换效率高、体积小、寿命长等优点，广泛应用于泵浦固体激光器、医疗、材料加工等多种应用。半导体激光器阵列(包括一维半导体激光器阵列和二维半导体激光器叠层阵列——堆栈)是实现大功率输出的有效途径。但半导体激光器阵列的光束质量，限制了半导体激光器的应用范围。压缩半导体激光器阵列的输出光束尺寸可以提高光束的亮度和光束质量，从而满足实用要求。
通过波长合束和偏振合束来实现光束的合并都可压缩半导体激光器阵列的输出光束尺寸，提高光束的亮度。
对两个具有不同偏振态的半导体激光器阵列的光束进行偏振合束时，可使两个半导体激光器阵列发出的光束相互垂直入射到偏振合束器上。由于两路光束具有不同的偏振态，一路光束透射而另一路光束反射，原来传播方向相互垂直的两路光束合并为一路。
但要将一个半导体激光器阵列的光束分为两路，对两路光束进行偏振耦合时，由于两路光束的偏振态相同并且传播方向也相同，需要改变其中一路光束的偏振态，并且改变其中一路光束的传播方向，再使两路光束相互垂直入射到偏振合束器上才能够使两路光束合并为一路。而在光路中加入过多的元件会增加整个系统的体积和复杂程度。
本发明的装置采用平行四边形棱镜、三角形棱镜和偏振分光膜，能够以相对简单的结构和相对小的体积来对一个半导体激光器阵列的光束进行偏振耦合。发明内容
本发明的目的在于，提供一种采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置，其可压缩半导体激光器阵列的输出光束尺寸，可以提高光束的亮度和光束质量，从而满足实用要求。
本发明提出一种采 用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置，包括:
一半导体激光器阵列，该半导体激光器阵列包括第一输出光路和第二输出光路；
一半波片，该半波片位于半导体激光器阵列的第二输出光路上；
一偏振分光棱镜，该偏振分光棱镜位于半导体激光器阵列的第二输出光路和第一输出光路上，该半波片位于半导体激光器阵列和偏振分光棱镜之间。
本发明具有以下有益效果:
本发明采用平行四边形棱镜、三角形棱镜和偏振分光膜实现光束的偏振耦合输出，入射到偏振分光膜的两部分光的偏振方向相互垂直，合成的出射光的光束尺寸小于初始激光的光束尺寸，输出光束的强度是两部分入射光的叠加，提高了光束质量和光功率密度，从而实现了满足较好光束质量下的高亮度高功率激光输出。


为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中:
图1是本发明第一实施例的结构原理图2是图1的立体结构示意图3是本发明第二实施例的结构原理图4是图3的立体结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1及图2所示，为本发明的第一实施例，本发明提供一种采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置，包括:
一半导体激光器阵列I。该半导体激光器阵列包含快轴准直元件，也可以包含慢轴准直元件。该半导体激光器阵列发出的光束经过快轴准直后在y方向的发散角很小，基本可以忽略。该半导体激光器阵列发出的光束也可以通过慢轴准直来在一定程度减小X方向上的发散角。该半导体激光器阵列发出的光束经过准直后，在X方向上的宽度共有10mm，可分为两路，每一路在X方向上的宽度为5mm。其中偏向X轴正方向的一路为第一输出光路11，偏向X轴负方向的一路为第二输出光路12 ;第一输出光路11和第二输出光路12的偏振态均为P光(偏振方向沿X轴)，传播方向均为z轴正方向。
一半波片2，该半波片2位于半导体激光器阵列I的第二输出光路12上。所述半波片2的光轴垂直于第一输出光路11和第二光路12的传播方向,在χ-y平面内，且与X方向和y方向间的夹角为45° ;该半波片2对于偏振方向垂直于其光轴的光和偏振方向平行于其光轴的光具有不同的折射率。法向入射的光透过该半波片2后,两个偏振方向的光之间的相位差等于η或η的奇数倍。该半波片2可对偏振光进行旋转。线偏振光垂直入射到该半波片2时，如果偏振方向和该半波片2的光轴之间的夹角为Θ，则透过的光的偏振方向旋转2 Θ。第二输出光路12的光束的偏振态在通过半波片2之前为P偏振，偏振方向沿X轴，偏振方向与半波片2的光轴方向间的夹角为45°。第二输出光路12的光束通过半波片2后,偏振方向旋转了 90° ,偏振态变为S光(偏振方向沿y轴)，传播方向仍为z轴正方向。
—偏振分光棱镜3,该偏振分光棱镜3位于半导体激光器阵列I的第二输出光路12和第一输出光路11上。 半波片2位于半导体激光器阵列I和偏振分光棱镜3之间。该偏振分光棱镜3包括一平行四边形棱镜31和一三角形棱镜32。该平行四边形棱镜31的税角为45°。该平行四边形棱镜31和该三角形棱镜32的材料的折射率相同，均大于1.42。折射率该三角形棱镜32的断面为等腰直角三角形。该平行四边形棱镜31和三角形棱镜32的材料相同，为折射率大于1.42的玻璃。由于该平行四边形棱镜31的折射率大于1.42，沿z轴正方向传播的光线照在该平行四边形棱镜31的与z轴夹角为45°的斜面上会发生全反射，传播方向变为X轴正方向。该平行四边形棱镜31和三角形棱镜32靠合在一起，形成断面为梯形的结构。该平行四边形棱镜31与该三角形棱镜32之间镀有偏振分光膜33。由于该平行四边形棱镜31和该三角形棱镜32的材料的折射率相同，光线透射通过该平行四边形棱镜31和该三角形棱镜32之间镀的偏振分光膜33时传播方向不发生改变。偏振分光膜33对S偏振光反射对P偏振光透射。第一输出光路11的光束照在偏振分光膜33上时偏振态为P光，光束通过偏振分光膜33透射,光束传播方向不变,仍为z轴正方向。第二输出光路12的光束照在平行四边形棱镜31的一个面上反射，传播方向变为X轴正方向，再照到偏振分光膜33,由于此时偏振态为S光,光束在偏振分光膜33上反射,传播方向变为z轴正方向。从偏振分光棱镜3出射时,具有P偏振态的第一输出光路11和具有S偏振态的第二输出光路12已经合并为一束光。
经过偏振耦合后，半导体激光器阵列发出的光束在X方向上的宽度从IOmm减小到5_，而功率变化不大，从而增大了单位宽度内的功率，提高了光束的亮度。
虽然经过偏振耦合后的光束不再具有偏振性，但由于多数应用中对光源的偏振性并没有要求，因此对半导体激光器阵列的应用范围并没有太大影响。
请参阅图3及图4所示，为本发明的第二实施例。该第二实施例与第一实施例基本相同。不同之处在于，该半波片2位于半导体激光器阵列I的第一输出光路11上。第一输出光路11的光束通过半波片后偏振态由P光变为S光。偏振分光膜33对S偏振光透射对S偏振光反射。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保 护范围内。
权利要求
1.一种采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置，包括: 一半导体激光器阵列，该半导体激光器阵列包括第一输出光路和第二输出光路； 一半波片，该半波片位于半导体激光器阵列的第二输出光路上； 一偏振分光棱镜，该偏振分光棱镜位于半导体激光器阵列的第二输出光路和第一输出光路上，该半波片位于半导体激光器阵列和偏振分光棱镜之间。
2.根据权利要求1所述的采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置，其中偏振分光棱镜包括一平行四边形棱镜和一三角形棱镜，该平行四边形棱镜和三角形棱镜靠合在一起，形成断面为梯形的结构。
3.根据权利要求2所述的采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置，其中该平行四边形棱镜与三角形棱镜之间镀有偏振分光膜。
4.根据权利要求1所述的采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置，其中半波片和偏振分光棱镜垂直于半导体激光器阵列的光束传播方向。
5.根据权利要求1所述的采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置，其中半波片位于半导体激光器阵列的第一输出光路上，该半波片位于半导体激光器阵列和偏振分光棱镜之间。
6.根据权利要求5所述的采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置，其中半波片的光轴与X方向和y方向间的夹角为45°。
7.根据权利要求2所述的采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置，其中平行四边形棱镜的税角为45°。
8.根据权利要求2所述的采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置，其中三角形棱镜的断面为等腰直角三角形。
9.根据权利要求2所述的采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置，其中平行四边形棱镜和三角形棱镜的材料相同，为折射率大于1.42的玻璃。
全文摘要
一种采用棱镜的半导体激光器偏振耦合装置，包括一半导体激光器阵列，该半导体激光器阵列包括第一输出光路和第二输出光路；一半波片，该半波片位于半导体激光器阵列的第二输出光路上；一偏振分光棱镜，该偏振分光棱镜位于半导体激光器阵列的第二输出光路和第一输出光路上，该半波片位于半导体激光器阵列和偏振分光棱镜之间。本发明可压缩半导体激光器阵列的输出光束尺寸，可以提高光束的亮度和光束质量。
文档编号G02B27/28GK103217803SQ20131012117
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者林学春, 郭渭荣, 陈凯, 王宝华, 王祥鹏, 王丽荣 申请人:中国科学院半导体研究所