一种多个同波长激光器的保偏合束装置的制作方法

本技术涉及激光，更具体的说是涉及一种多个同波长激光器的保偏合束装置。

背景技术：

1、高功率的线偏振激光光源是目前高端制造与精密检测领域所急需的设备。例如，在半导体缺陷检测中，其重要应用体现在多个方面：1.‌光致发光成像‌：线偏振激光通过激发半导体材料产生光致发光效应，通过分析发射光的偏振特性，可以检测材料中的杂质、应力或晶体缺陷‌。这种技术对缺陷的定位和性质分析具有高灵敏度。2.‌干涉测量与表面粗糙度分析‌：线偏振激光用于干涉测量时，可通过偏振态的变化精确检测半导体表面的微小形变或粗糙度，例如，在无图案晶圆检测中，激光散射的偏振分析能有效区分表面颗粒与环境噪声。3.‌图案晶圆检测中的偏振散射测量‌：对于带有电路图案的晶圆，线偏振激光结合散射测量法可识别亚微米级缺陷，如划痕或图案偏差，偏振信号的差异有助于增强信噪比，提升检测精度。4.‌低维半导体的偏振光探测‌：新型低维半导体材料（如二维材料）对线偏振光具有各向异性响应，可用于高集成度的偏振敏感探测器，为缺陷检测提供新思路‌。此外，线偏振激光的波长稳定性和窄线宽特性进一步提升了检测的可靠性和分辨率。未来，随着低维半导体技术的发展，偏振光探测在缺陷检测中的应用将更加广泛‌。

2、在保证单色性的前提下，为了提升激光输出功率，通常需要将多束同波长激光合并为同轴传输的单一光束，目前普遍采用“光纤合束”方法。在具体实现路径上，又有所不同，例如：（1）利用反射镜将不同激光器发射出来的光束合并到空间位置相近的平行方向上，再使用耦合透镜将这些光束统一叠加进光纤；（2）对于每一个激光器的光束都配置一个耦合透镜，将所有激光聚焦到一个空间点上，在这个共同的焦点处放置光纤，耦合输出；（3）对于每一个激光器的输出光束都用一个透镜耦合进一根光纤，然后再将这些光纤集束，形成蜂窝状输出。不管哪种方案，经过普通光纤的耦合之后，合束激光不再是线偏振的，原始单束激光的线偏振态无法得以保留。此外，光束质量也会发生明显劣化，m2因子会由个位数变为几十甚至上百。近年来，市场上出现了一种价格比较昂贵的保偏光纤，可以提供线偏振的耦合输出，但是，由于保偏光纤存在口径小（典型值5~15），对准难度大，容易损伤等问题，只能耦合较低水平的激光功率（典型值10~100mw），无法满足瓦级以上高功率激光的合束要求。

3、因此，如何实现高功率、高束质和线偏振特性的多束同波长激光合束是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型提供了一种多个同波长激光器的保偏合束装置，能够将多个具有相同波长的激光器进行合束，兼顾高功率、高束质、线偏振等特性。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

3、一种多个同波长激光器的保偏合束装置，包括至少两个同波长的激光器和三个反射镜；

4、激光器输出左传倍频光和右传倍频光；所有激光器的右传倍频光沿同一直线串联传播至第一反射镜，左传倍频光沿同一直线串联传播至第二反射镜；

5、第一反射镜将右传倍频光反射至第二反射镜，第二反射镜将所有倍频光反射至第三反射镜，第三反射镜输出保偏合束光。

6、本实用新型将至少两个具有相同波长的腔内倍频激光器的以串联方式排列，使其产生的倍频激光在同一条直线上传输，在整个装置的一端用反射镜使所有倍频激光沿同一个方向传播，在整个装置的另一端将所有倍频激光反射出激光谐振腔光路，反射到需要的方向，实现了多台同波长激光器的保偏合束。

7、优选的，第一反射镜为0°全反镜，第二反射镜和第三反射镜为45°全反镜；第一反射镜和第二反射镜设置于激光器输出的倍频光同一水平面上；第一反射镜垂直倍频光传输光路设置，第二反射镜和第三反射镜与倍频传输光路呈45°夹角，且第二反射镜和第三反射镜相互垂直。

8、优选的，同波长的激光器包括依次沿光路传输方向设置的泵浦源、泵浦光聚焦耦合系统和谐振腔；所有激光器的谐振腔输出左传倍频光和右传倍频光。每个激光器具有完全相同的光学元件和结构，腔内振荡的基频光波长相同，所产生的倍频光波长相同。

9、优选的，谐振腔包括晶体、左端输出镜和右端输出镜，与第一反射镜、第二反射镜位于同一水平面上，泵浦源发射的激光经过泵浦光聚焦耦合系统传输至晶体，产生左传倍频光经左端输出镜传输至第二反射镜，产生右传倍频光经右端输出镜传输至第一反射镜。

10、优选的，激光器中谐振腔包括四镜z型腔、三镜v型腔、两镜一字腔中的一种或多种。在多台同波长激光器倍频光传播光路串联的原则之下，多台激光器的谐振腔可选择四镜z型腔、三镜v型腔、两镜一字腔，也可以选用不同腔型的组合，如多个四镜z型腔与多个两镜一字腔。

11、优选的，谐振腔选用四镜z型腔时，包括沿光路传输方向设置的第一端镜、激光晶体、第二端镜、第三端镜、倍频晶体和第四端镜；第二端镜和第三端镜倾斜设置，第一端镜接收泵浦光聚焦耦合系统传输的激光并传输至激光晶体，激光晶体输出的激光经第二端镜折射至下方的第三端镜，第三端镜将激光折射至于第三端镜水平设置的倍频晶体；倍频晶体左端输出的左传倍频光经第三端镜输出，右端输出的右传倍频光经第四端镜输出；第三端镜作为左端输出镜，第四端镜作为右端输出镜。第一反射镜、第三端镜、倍频晶体、第四端镜和第二反射镜位于同一水平线上，倍频晶体左端输出的左传倍频光经第三端镜传输至第二反射镜，右端输出的右传倍频光经第四端镜输出后由第一反射镜镜反射至第二反射镜。

12、优选的，泵浦源发出444nm激光；第一端镜为平面镜，靠近泵浦光聚焦耦合系统的一侧镀有444nm增透膜，靠近激光晶体的一侧镀有444nm增透、522nm高反介质膜；激光晶体的两端镀444nm增透、522nm增透介质膜；第二端镜为平-凹镜，靠近激光晶体的一侧凹面镀有522nm高反、640nm增透介质膜；第三端镜为平面镜，靠近倍频晶体的一侧镀有522nm高反、261nm增透介质膜，远离倍频晶体的一侧镀有261nm增透膜；倍频晶体的两端镀有522nm增透、261nm增透介质膜；第四端镜为平面镜，靠近倍频晶体的一侧镀有522nm高反、261nm增透介质膜，远离倍频晶体的一侧镀有261nm增透膜。

13、优选的，谐振腔选用三镜v型腔时，包括沿光路传输方向设置的第一端镜、激光晶体、第二端镜、倍频晶体和第三端镜；泵浦源、泵浦光聚焦耦合系统、第一端镜、激光晶体、第二端镜均倾斜设置；第一端镜接收泵浦光聚焦耦合系统传输的激光并传输至激光晶体，激光晶体输出的激光经第二端镜折射至倍频晶体；倍频晶体左端输出的左传倍频光经第三端镜输出，右端输出的右传倍频光经第二端镜输出。第一反射镜、第二端镜、倍频晶体、第三端镜和第二反射镜位于同一水平线上，倍频晶体左端输出的左传倍频光经第三端镜传输至第二反射镜，右端输出的右传倍频光经第二端镜输出后由第一反射镜镜反射至第二反射镜。

14、优选的，泵浦源发出444nm激光；第一端镜为平面镜，靠近泵浦光聚焦耦合系统的一侧镀有444nm增透膜，靠近激光晶体的一侧镀有444nm增透、522nm高反介质膜；激光晶体的两端镀444nm增透、522nm增透介质膜；第二端镜为平-凹镜，靠近激光晶体的一侧凹面镀有522nm高反、640nm增透介质膜，远离激光晶体的一侧平面镀有261增透膜；倍频晶体的两端镀有522nm增透、261nm增透介质膜；第三端镜为平面镜，靠近倍频晶体的一侧镀有522nm高反、261nm增透介质膜，远离倍频晶体的一侧镀有261nm增透膜。

15、优选的，谐振腔选用两镜一字腔时，激光器包括两组泵浦源、两组泵浦光聚焦耦合系统，谐振腔包括第一泵浦光反射镜、自倍频激光晶体和第二泵浦光反射镜；一组泵浦源和泵浦光聚焦耦合系统输出的激光经第一泵浦光反射镜传输至自倍频激光晶体，另一组泵浦源和泵浦光聚焦耦合系统输出的激光经第二泵浦光反射镜传输至至自倍频激光晶体；自倍频激光晶体左端输出的左传倍频光经第一泵浦光反射镜输出，右端输出的右传倍频光经第二泵浦光反射镜输出；第一泵浦光反射镜作为左端输出镜，第二泵浦光反射镜作为右端输出镜。

16、优选的，泵浦源发出444nm激光；第一泵浦光反射镜和第二泵浦光反射镜分别为平面镜，远离自倍频激光晶体的一侧镀有530nm增透膜，靠近自倍频激光晶体的一侧镀有810nm高反、530nm增透介质膜；自倍频激光晶体的两端镀530nm增透、810nm增透、1060nm高反介质膜。

17、优选的，在最右侧激光器的右端输出镜附近竖直放置第一反射镜，第一反射镜为平面镜，靠近激光器的一侧镀有对于0°角入射倍频光的高反介质膜。对于四镜z型腔、三镜v型腔的激光器第二反射镜镀有522nm高透、261nm高反介质膜，对于两镜一字腔激光器第二反射镜镀有1060nm高透、530nm高反介质膜。

18、优选的，在最左侧激光器的左端输出镜远离激光器的一侧倾斜放置第二放射镜，第二反射镜为平面镜，第一反射镜反射的倍频光经第二反射镜折射至第三反射镜，由第三反射镜导出倍频光；第二反射镜靠近激光器的一侧镀有高反介质膜。第二反射镜可相对于水平面倾斜45°放置，第一反射镜反射的倍频光与第二反射镜呈45°角入射，再由第二反射镜折射成垂直光传输至第三反射镜。对于四镜z型腔、三镜v型腔的激光器第二反射镜镀有522nm高透、261nm高反介质膜，对于两镜一字腔激光器第二反射镜镀有1060nm高透、530nm高反介质膜。

19、优选的，第三反射镜位于第二反射镜垂直下方，接收第二反射镜反射的倍频光，并导出；第三反射镜为平面镜，靠近第二反射镜的一侧镀有高反介质膜。对于四镜z型腔、三镜v型腔的激光器第二反射镜镀有522nm高透、261nm高反介质膜，对于两镜一字腔激光器第二反射镜镀有1060nm高透、530nm高反介质膜。

20、优选的，激光器的谐振腔内添加主动或者被动的光学调制器件，从而由连续运转方式切换到调q、锁模等脉冲运转方式，满足不同应用需求。光学调制器件可设置非倍频光传输光路上避免对倍频光造成损耗，或者腔模比较小的传输光路上。

21、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种多个同波长激光器的保偏合束装置及方法，克服了现有技术的缺点，对于多个同波长激光器合束，兼具线偏振、高功率、高束质的特点，提升功率的同时具有保偏输出、光束质量好，空间发散角小的显著优势，可以满足精密测量、高清成像、生物医疗等领域对于高单色性、高功率、高束质、高相干性激光光源的急需。本实用新型不同于激光放大技术，后者的特点是整套装置只包含产生种子光的一个激光谐振腔，从本质上讲不是多个激光器的合束，此外，激光放大装置输出的是基频光波长，并需在脉冲状态下工作，本实用新型是涉及三个以上激光谐振腔及其输出之间的耦合，针对的是多个固体激光器的合束问题，输出倍频光波长，工作状态既可以是连续，也可以是脉冲。