窄线宽半导体激光器

本发明属于半导体激光，尤其涉及一种窄线宽半导体激光器。

背景技术：

1、高功率窄线宽半导体激光器兼具高输出功率、亚纳米窄线宽及优异的波长、功率稳定性，除广泛用作光纤激光器、气体激光器及碟片激光器的泵浦源外，还在激光加工、医疗健康、国防安全等关键领域有着重要应用。

2、目前，实现高功率半导体激光器线宽窄化与光谱锁定的主流技术方案是基于体布拉格光栅的外腔反馈结构。自由运转的半导体激光器输出光束经准直后入射至体布拉格光栅，利用其对特定中心波长的衍射特性增强对应波长的光增益。通过模式竞争机制，即可实现窄线宽激光的稳定输出。

3、主流技术方案分为两种：一是单芯片单体布拉格光栅方案，将单元激光器发出的光束准直后入射至体布拉格光栅，搭建外腔反馈结构；二是多芯片合束单体布拉格光栅方案，先对多路激光器完成光束准直合束，再利用单个体布拉格光栅实现多路激光的同步外腔反馈。

4、上述两种主流方案仍存在以下问题：

5、其一，系统成本高、装调复杂。单芯片单体布拉格光栅方案需为每路独立配置昂贵的体布拉格光栅，且光路校准工序繁琐，不利于系统集成与成本控制。

6、其二，体布拉格光栅的热管理难度大、光谱稳定性差。体布拉格光栅存在明显温度漂移特性，高功率激光入射会导致其中心波长红移，若对多路体布拉格光栅分别进行精密温控，将增大系统体积与功耗；而各路体布拉格光栅温控不一致，各路激光单元的波长锁定出现偏差，最终导致合束光谱展宽、光谱质量劣化。

7、其三，光束能量分布不均匀加剧体布拉格光栅的热效应，限制光谱锁定精度。半导体激光器的初始光束呈高斯分布，能量均匀性较差，会在体布拉格光栅内部产生温度梯度：沿光轴方向的温度梯度会导致激光线宽展宽；垂直光轴方向的温度梯度会使不同激光单元锁定中心波长发生偏移，合束后出现多峰光谱，严重削弱线宽窄化与中心波长锁定效果。

8、由此可见，现有体布拉格光栅外腔反馈方案在成本控制、热管理、光谱精准锁定方面均存在明显缺陷，亟需一种能够简化结构、降低热影响、提升光谱锁定效果的外腔反馈结构。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明创造旨在提供一种窄线宽半导体激光器，通过匀化波导与单个体布拉格光栅相结合，实现多路激光单元的线宽窄化与光谱锁定，以降低器件成本、简化光路结构，同时降低热管理难度。

2、为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

3、一种窄线宽半导体激光器，包括：

4、激光模块，包括n个半导体激光单元，n≥2；激光模块用于输出n束激光；

5、快轴准直镜阵列，用于对n束激光进行快轴准直；

6、慢轴准直镜阵列，用于对经过快轴准直的n束激光进行慢轴准直；

7、反射镜阵列，用于对经过快轴与慢轴准直的n束激光进行空间合束；

8、聚焦镜，用于对空间合束后的激光进行聚焦；

9、匀化波导，用于对经过聚焦的激光进行匀化；

10、准直镜，用于对经过匀化的激光进行准直；

11、体布拉格光栅，用于对经过准直的激光进行衍射反馈；经过衍射反馈的激光沿原光路返回至各半导体激光单元，形成外腔反馈谐振。

12、进一步的，匀化波导为实心匀光棒，该实心匀光棒的横截面为矩形、圆形中的任意一种。

13、进一步的，匀化波导由熔融石英材料制成；匀化波导的通光端面均镀设有对应工作波段的增透膜，其透过率不低于99.5%。

14、进一步的，体布拉格光栅为反射式体布拉格光栅，其衍射效率为7%~13%。

15、进一步的，快轴准直镜阵列、慢轴准直镜阵列、聚焦镜、准直镜以及体布拉格光栅的通光表面均镀设有对应工作波段的增透膜，其透过率不低于99.5%。

16、进一步的，半导体激光单元为独立的单管激光器或由单管激光器组成的巴条；半导体激光单元的出光端面镀设有对应工作波段的增透膜，其透过率不低于99%。

17、进一步的，体布拉格光栅配置有温控组件，温控组件包括半导体制冷片及温度传感器，温度传感器为热敏电阻，半导体制冷片用于调节体布拉格光栅的温度，热敏电阻用于采集体布拉格光栅的温度。

18、与现有技术相比，本发明创造能够取得如下有益效果：

19、本发明仅采用单个体布拉格光栅即可同时实现多个半导体激光单元的线宽窄化与光谱锁定，省去传统方案为各激光单元分别配置独立体布拉格光栅所带来的高昂器件成本。同时规避多路独立外腔繁琐的对准调试工序，光路结构更为紧凑，装调难度显著降低；仅需对单个体布拉格光栅进行温控，无需配置多组针对多路体布拉格光栅的高精度温控单元，缩减系统体积与功耗，还可避免多个体布拉格光栅温控不一致导致的各路激光中心波长偏差、合束光谱线宽展宽的问题。

20、本发明将匀化波导设置在外腔反馈环路内部、体布拉格光栅的前端，区别于常规在激光器输出端设置匀化元件以优化输出光斑的设计思路。本发明中匀化波导至少用于改善入射至体布拉格光栅的激光能量均匀性、抑制体布拉格光栅内部温度梯度，而非对激光器输出光斑进行整形。多路合束激光经匀化波导的匀化后，能够有效抑制高斯光束能量不均匀所导致的体布拉格光栅内部温度梯度，避免各半导体激光单元发生中心波长偏移、合束后产生多个中心波长的问题，提升线宽窄化效果与光谱锁定精度。

1.一种窄线宽半导体激光器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述匀化波导为实心匀光棒，该实心匀光棒的横截面为矩形、圆形中的任意一种。

3.根据权利要求1或2所述的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述匀化波导由熔融石英材料制成；所述匀化波导的通光端面均镀设有对应工作波段的增透膜，其透过率不低于99.5%。

4.根据权利要求1所述的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述体布拉格光栅为反射式体布拉格光栅，其衍射效率为7%~13%。

5.根据权利要求1所述的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述快轴准直镜阵列、慢轴准直镜阵列、聚焦镜、准直镜以及体布拉格光栅的通光表面均镀设有对应工作波段的增透膜，其透过率不低于99.5%。

6.根据权利要求1所述的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光单元为独立的单管激光器或由单管激光器组成的巴条；所述半导体激光单元的出光端面镀设有对应工作波段的增透膜，其透过率不低于99%。

7.根据权利要求1所述的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述体布拉格光栅配置有温控组件，所述温控组件包括半导体制冷片及温度传感器，所述温度传感器为热敏电阻，所述半导体制冷片用于调节所述体布拉格光栅的温度，所述热敏电阻用于采集所述体布拉格光栅的温度。