雷射裝置的製作方法

2023-09-21 09:15:45

專利名稱：雷射裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及到具有至少一個雷射二極體隊列的雷射裝置。
雷射二極體陣列例如是從R.Paul，光電子半導體部件，Teubner學習講稿，第二版B.G.Teubner斯圖加特1992年第205，206頁中已知。這樣的雷射二極體陣列可以達到高發射功率、高發射密度和效率。
對於很多種應用，例如作為材料加工或印表機應用來說，準備照射在工件上所需要的功率為10W-10kW，當功率密度為0.1和10MW/cm2時。為了滿足這個要求，當前最好使用固體雷射器(例如NdYAG，….)。這樣兩極的系統，必須藉助於閃光燈或半導體雷射器將光抽取出來，在技術上是複雜的，和達到的變換效率僅為2至15％。此外用燈抽取的系統在維護上是很麻煩的。
用雷射二極體雖然能達到所需要的功率密度，但是在一個空間相關的模式下，最大功率大約僅為0.2W，以及與半導體放大器組合時大約為1W。
因此本發明的任務是，開發一種雷射裝置，用這種雷射裝置在一個空間相關模式下，可以達到一個提高了的最大功率。
此任務是通過具有一個雷射二極體隊列的雷射裝置解決的，雷射二極體隊列具有很多相互並列的不相關的，也就是側面不耦合的雷射二極體，和一個在外部的諧振器。在諧振器中為了將單個的雷射二極體的模式耦合，諧振器具有一個無源的平面的波導結構。
在這種雷射裝置中，有利地使用了很穩定的、非耦合的雷射二極體(最好是單模式的雷射二極體)。
此外還有特殊的優點，無源的平面的波導結構是單模的製造在唯一的裝配平面上(在運行中是可以被冷卻的)，從而不僅達到高調整精度，而且由於平均的溫度分布和溫度穩定性，波導達到了高穩定性。
波導結構最好是用一種平面混合-波導技術製造的(例如在Si上的SiO2，擴散的，離子交換的，沉積的玻璃)。
在裝配平面上為了進一步優化可以用簡單的方法，將平面透鏡和光柵結構附加地安排在波導結構上。
雷射裝置有利的進一步結構是從屬權利要求的內容。
在雷射裝置的一個特別有利的實施例中，雷射二極體陣列是具有單模的雷射二極體並且是一個安排了具有分支波導的光學裝置。在這個裝置中，單個雷射二極體的雷射發射是可以耦合的。光學裝置將單個的，並排排列的雷射二極體的雷射射線聚積在一個比雷射二極體的數目少的，特別是聚積在唯一的一個輸出波導上。
在一個另外的特別有利的實施例中，雷射二極體陣列具有多模式的雷射二極體，特別是寬帶雷射二極體，並且同樣有一個具有分支波導的光學裝置。在這個雷射裝置中，單個雷射二極體的雷射射線是可以耦合的，並且雷射裝置將這個雷射射線聚積在一個比雷射二極體數目少的，特別是聚積在唯一的一個輸出波導上。單模的波導在面向雷射二極體陣列的端部具有錐形結構，這種錐形結構將單個雷射二極體的雷射射線儘可能絕熱地連接到各個從屬的單模波導上。多模寬帶雷射陣列的優點是允許很高的平面功率密度。
在上述兩種情況的光學裝置中，有一個有利的二元的樹狀分支結構。然而每個任意的其它的N1-分支結構也是可以想像的。
在雷射裝置的一個另外的有利的進一步結構中，輸出波導為了縱向模式選擇附加了一個DFB(分布式反饋)-光柵結構。
波導結構可以有利地、有選擇性地對上述實施例作為多模-幹涉濾波器(MMI用平面技術)。
上述發明使一個緊湊的並且特別適合於製冷技術的具有空間(和時間)相關輸出的和例如對於材料加工、印表機技術和醫學應用的最高功率密度的功率雷射二極體的實現成為可能。平面光學諧振器將單個發射器(雷射二極體)的發射相關地耦合在諧振器輸出端的一個多模波導上。
下面藉助於實施例與附

圖1至8進一步地敘述雷射裝置另外的有利的實施例和改進。附圖表示附圖1在一個外部諧振器中的雷射二極體陣列的簡圖，附圖2在具有模式濾波器的一個外部諧振器中的雷射二極體陣列的簡圖，附圖3按照第一個實施例的一個雷射裝置的簡圖，附圖4按照第二個實施例的一個雷射裝置的簡圖，
附圖5按照第三個實施例的一個雷射裝置的簡圖，附圖6按照第四個實施例的一個雷射裝置的簡圖，附圖7按照第五個實施例的一個雷射裝置的簡圖和附圖8按照第六個實施例的一個雷射裝置的簡圖。
在附圖上相同的或相同作用的部分始終使用相同的符號。
在附圖1的裝置上，一個雷射二極體陣列1，例如一個功率-半導體雷射二極體陣列是安裝在一個外部的光學諧振器上。這個功率-半導體雷射二極體陣列只在振蕩器這一邊具有一個諧振器反射鏡層。外部的光學諧振器可以用自由射線技術或者用平面波導技術實現，並且有一個光學相位板用以修正相位前沿。
在附圖2的裝置上的外部光學諧振器上，為了模式選擇安排有一個模式光圈(例如一個單模式纖維)。這個單模式光圈，或者是在諧振器內，或者可以與一個諧振器反射鏡實現連接。
按照附圖3的實施例，是一個單模-雷射二極體陣列1，耦合在一個無源的單模-波導板2上。單模-波導板2有一個以單模-波導7的一個二元分支樹形式的無源的平面單模-波導-分支結構6。從唯一的一個輸出波導4出發向雷射二極體陣列1方向分成很多個單模波導7。而波導的數目相當於雷射二極體陣列1的單個雷射二極體的數目。在這個實施例中，雷射二極體陣列1的單個並列排列的雷射二極體的雷射射線，藉助於很多二元的分支3相關地耦合在唯一的輸出波導4上。
在附圖4的實施例中，一個多模-雷射二極體陣列1，同樣與具有一個無源的平面單模-波導-分支結構6的一個無源的單模-波導板2相耦合。這原則上與附圖3是相對應的。但是單模-波導在其面向雷射二極體陣列1的方向有一個錐形結構5。這種錐形結構將所得到的各個從屬於單個雷射二極體的雷射射線連接到從屬於單模波導7上。
在附圖5的實施例中，這原則上與附圖3的實施例相對應，在輸出波導4上附加一個DFB-光柵結構。從而可以得到一個信號-模式-運行。
附圖6的實施例與附圖4的實施例的區別是，有一個多模-幹涉濾波器8替代波導板2。
在附圖7的實施例中，這原則上與附圖3的實施例相對應，波導附加有相位位移器10，並且此外諧振器至少包括有一個吸附介質11作為模式選擇。這兩個部件，相位位移器10和吸附介質11，可以完全相互無關地被使用，這樣就可以有選擇地只實現兩個中的一個或者可以實現兩個部件。
在附圖8的實施例中，為了模式選擇具有彎曲的單模波導7。波導將雷射射線聚積到多個或，如附圖表示的，聚積到唯一的一個輸出波導4上。
在上述實施例的特別有利的實施形式中，為了減少雷射二極體陣列1和無源的平面波導結構6之間的耦合損失和反向反射，將波導7和/或雷射二極體由於絕熱的錐形擴展和/或被擴展的耦合地點安排得與雷射二極體的光軸傾斜。
在一個另外的有利的雷射裝置上，光學諧振器在單模的波導上或雷射二極體上有一個相位板，或可單個調整的平面光學相位移位器作為相位前沿的修正用。
有利的是雷射二極體陣列1和無源的平面波導結構是單模地集成在一起的。
權利要求
1.雷射裝置，具有一個雷射二極體隊列(1)，有很多並列排列的不相關的雷射二極體，和一個外部的諧振器，在其中，外部的諧振器為了將單個的雷射二極體的模式耦合在一起，有一個無源的平面波導結構(6)。
2.按照權利要求1的雷射裝置，在其中，雷射二極體是單模的雷射二極體。
3.按照權利要求1或2的雷射裝置，在其中，無源的平面波導結構(6)具有分支的單模波導(7)，單個雷射二極體的雷射射線是可以耦合的，並且將這個雷射射線連接到一個比雷射二極體的數目少的，特別是連接到唯一的一個輸出波導(4)上。
4.按照權利要求1的雷射裝置，在其中，雷射二極體是多模的雷射二極體，特別是寬帶雷射器。
5.按照權利要求1或4的雷射裝置，在其中，無源的平面波導結構(6)有分支的單模的波導(7)，單個的雷射二極體的射線是可以耦合在其上的，並且將這個雷射射線連接到一個比雷射二極體少的，特別是連接到唯一的一個輸出波導(4)上，並且在其上，單模的波導在面向雷射二極體陣列(1)的端部有錐形結構(5)，這個錐形結構將單個的雷射二極體的雷射射線連接到各個從屬的單模的波導(7)上。
6.按照權利要求3或5的雷射裝置，在其中，無源的平面波導結構(6)有一個二元的分支樹。
7.按照權利要求3或5的雷射裝置，在其中，無源的平面波導結構(6)有一個N1分支。
8.按照權利要求7的雷射裝置，在其中，用於模式選擇的波導結構(6)有彎曲的單模的波導(7)。
9.按照權利要求3或5至8之一的雷射裝置，在其中，輸出波導(4)有一個DFB-光柵結構(9)。
10.按照權利要求1的雷射裝置，在其中，外部的諧振器是構造成為多模-幹涉濾波器(8)。
11.按照權利要求1至10之一的雷射裝置，在其中，雷射二極體隊列(1)有功率-半導體雷射二極體。
12.按照權利要求1至11之一的雷射裝置，在其中，至少一個模式選擇(11)裝置是從屬於無源的平面波導結構(6)的。
13.按照權利要求12的雷射裝置，在其中，用於模式選擇(11)的裝置是一個吸附的結構。
全文摘要
具有至少一個雷射二極體陣列的雷射裝置具有很多並列排列的雷射二極體,在其中,安排有一個外部的諧振器,以便將單個雷射二極體的模式耦合在一起。
文檔編號H01S5/10GK1252901SQ98804305
公開日2000年5月10日 申請日期1998年4月14日 優先權日1997年4月18日
發明者G·米勒, K·－H·施勒雷斯, B·阿克林, J·盧夫特 申請人:西門子公司