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根據(jù)使用的合束器件的不同，半導(dǎo)體激光光譜合束技術(shù)可分為如下幾類： 

這種技術(shù)路線可通過一個(gè)外腔同時(shí)實(shí)現(xiàn)波長鎖定與合束，且波長間隔可通過光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行控制。但其外腔合束結(jié)構(gòu)受轉(zhuǎn)換透鏡焦距限制，體積相對(duì)較大，且外腔中需要采取互鎖抑制手段控制合束后的光束質(zhì)量。

目前這種技術(shù)方向的優(yōu)勢(shì)單位是美國TeraDiode公司。它采用的則是麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)。目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)50 μm、NA0.12光纖輸出功率大于2000 W與100 μm、NA0.2光纖輸出功率大于8000 W的產(chǎn)品研發(fā)，可應(yīng)用于諸如金屬切割、焊接等工業(yè)加工應(yīng)用中。如下圖所示。

TeraDiode公司認(rèn)為，半導(dǎo)體激光光譜合束技術(shù)將是未來實(shí)現(xiàn)超高功率、高光束質(zhì)量激光光源的最佳手段之一，并聲稱其已經(jīng)完成了100 kW級(jí)高亮度高效率直接半導(dǎo)體激光光源的方案設(shè)計(jì)。

為進(jìn)一步提高合束效率，TeraDiode公司還設(shè)計(jì)了一種無輸出耦合鏡的外腔波長合束結(jié)構(gòu)，如下圖所示。利用兩個(gè)全反鏡將衍射光柵透射光的一部分反饋回發(fā)光單元進(jìn)行波長鎖定，另一部分反射到輸出光路作為輸出，從而提高合束效率。

在光纖激光抽運(yùn)方面，2012年Alfalight公司報(bào)道了針對(duì)光纖激光器抽運(yùn)所研制的200 μm、0.2 NA尾纖輸出200 W的DL光譜合束裝置，并基于7個(gè)這種裝置進(jìn)行抽運(yùn)，成功實(shí)現(xiàn)了功率大于1 kW的摻鐿光纖激光輸出。其原理、結(jié)構(gòu)如下圖所示。

此外眾多的大學(xué)也針對(duì)平面光柵的外腔光譜合束技術(shù)開展了各式各樣的研究，諸如丹麥科技大學(xué)、德國波茨坦大學(xué)等。其研究多基于改善半導(dǎo)體激光光束質(zhì)量、近衍射極限半導(dǎo)體激光合束、可見光波段半導(dǎo)體激光合束等方面，也為半導(dǎo)體激光合束技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用提供了很好的推進(jìn)與參考。

體布拉格光柵（VBG）易與激光bar條或疊陣相匹配，先將激光器輸出波長鎖定，再進(jìn)行合束。但溫度變化會(huì)造成VBG的Bragg條件改變，散射和吸收等會(huì)引起功率損耗。在半導(dǎo)體激光合束中則表現(xiàn)為隨著加載電流的提升效率會(huì)有一定下降。

德國夫朗和費(fèi)研究所于2013年提出了一種基于 VBG的高功率密集波分復(fù)用(HP-DWDM)結(jié)構(gòu)。采用5個(gè)VBG波長鎖定的寬面發(fā)射半導(dǎo)體激光bar條進(jìn)行合束，如下圖所示。當(dāng)加載電流120 A時(shí)可得到合束功率大于200 W。光束質(zhì)量M2因子約為45，復(fù)合束效率約85%。

這種技術(shù)路線則是用TFF代替其它結(jié)構(gòu)中的平面光柵，可采用外腔結(jié)構(gòu)或者結(jié)合VBG鎖定波長后使用。這種技術(shù)路線互鎖定串?dāng)_問題相對(duì)較小，且光譜間隔可做到更窄，但TFF制備較為困難。

2014年至2015年間，德國Trumpf公司提出了一種基于薄膜濾波片（Thin Film Filter，TFF）實(shí)現(xiàn)波長選擇與合束的半導(dǎo)體激光外腔光譜合束技術(shù)。其技術(shù)路線原理圖如下圖所示。可以看出其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但其10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)厘米bar的合束譜寬僅37 nm。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)100 μm芯徑光纖半導(dǎo)體激光光譜合束輸出功率近500 W，并聲稱可實(shí)現(xiàn)5 kW的半導(dǎo)體激光合束輸出。

2013年，德國DirectPhotonics公司基于VBG鎖定的沿快軸方向堆疊的半導(dǎo)體激光器單管（單管功率12 W）陣列，采用TFF以4 nm的波長間隔進(jìn)行光譜合束。目前已經(jīng)推出了功率500~2000 W、芯徑100 μm的光纖耦合半導(dǎo)體激光產(chǎn)品。

2015年，DILAS基于3個(gè)VBG鎖定的低填充因子（5%）短bar條，采用陡直度約為1 nm的TFF，以4 nm的波長間隔對(duì)其進(jìn)行了光譜合束。35 A的加載電流下獲得了500 W的光纖耦合輸出，光纖芯徑為100 μm、 NA 0.2，并生成基于該系統(tǒng)再進(jìn)行偏振合束和波長合束，能夠在光束質(zhì)量保持10 mm·mr ad不變的情況下將功率提升至數(shù)千瓦。

國內(nèi)方面，針對(duì)半導(dǎo)體激光光譜合束技術(shù)開展研究的單位主要有長春光機(jī)所、長春理工大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、四川大學(xué)、中電十三所、長光華芯公司、凱普林公司與中物院十所等單位。

其中長春光機(jī)所主要開展了基于透射式平面衍射光柵的高功率、窄譜寬合束技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)了基于3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)厘米bar的140.6 W的光譜合束輸出；北京工業(yè)大學(xué)針對(duì)SBC的開環(huán)、閉環(huán)結(jié)構(gòu)開展了相關(guān)研究工作，并基于單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)厘米bar與BTS實(shí)現(xiàn)了58.8 W的光譜合束輸出；四川大學(xué)就光譜合束的光束特性、效率與互鎖定串?dāng)_等方面開展了理論分析工作。

中物院十所半導(dǎo)體激光光譜合束課題組，也針對(duì)半導(dǎo)體激光光譜合束技術(shù)開展了研究工作，取得了一些進(jìn)展。課題組初步建立了一個(gè)3+1維半導(dǎo)體激光光柵-外腔光譜合束模型，包括DL快慢軸兩個(gè)方向的導(dǎo)模特征描述、DL內(nèi)激光的縱向放大過程與emitter的光譜特性，并在此基礎(chǔ)上初步分析了外腔參數(shù)與DL封裝引入誤差對(duì)外腔反饋?zhàn)⑷?、光束質(zhì)量、效率等關(guān)鍵參數(shù)的影響；針對(duì)合束譜寬技術(shù)開展研究，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)半導(dǎo)體激光陣列合束譜寬2.7 nm；針對(duì)半導(dǎo)體激光疊陣開展高功率合束技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)最高1 kW的半導(dǎo)體激光合束輸出。

目前，半導(dǎo)體激光波分復(fù)用技術(shù)的大致發(fā)展與應(yīng)用狀況對(duì)比如下表所示。

可以看出，半導(dǎo)體激光波分復(fù)用合束技術(shù)仍處在發(fā)展階段，產(chǎn)品化相對(duì)較少。但其潛力巨大，可以應(yīng)用于工業(yè)加工、高亮度抽運(yùn)等方向。受益于半導(dǎo)體激光器的高效率、輕量化與小型化等特點(diǎn)，波分復(fù)用合束的半導(dǎo)體激光器有望成為一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的高功率高亮度直接應(yīng)用光源。

目前，合束器件大多是采用寬發(fā)射面結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，受其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和封裝的限制不能夠達(dá)到衍射極限輸出，與此同時(shí)光譜合束技術(shù)所得到的合束輸出光束的光束質(zhì)量與單個(gè)激光單元光束質(zhì)量還有一定差距，需對(duì)變換透鏡、衍射光柵等元件的參數(shù)和特性進(jìn)行進(jìn)一步研究，以獲得與激光單元相同的光束質(zhì)量輸出。同時(shí)還應(yīng)發(fā)展高光束質(zhì)量的單元器件，如錐型半導(dǎo)體激光器、板條耦合光波導(dǎo)激光器等，實(shí)現(xiàn)合束光束質(zhì)量與亮度的進(jìn)一步提升。

另外，由于國內(nèi)半導(dǎo)體芯片技術(shù)與合束技術(shù)起步較晚，半導(dǎo)體激光光譜合束技術(shù)在國內(nèi)仍未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化與實(shí)用化。這還需要在功率放大、光束質(zhì)量控制、效率提升等方面開展大量研究工作，并結(jié)合新型高亮度半導(dǎo)體激光芯片的研發(fā)與工程化技術(shù)研究，最終使得國內(nèi)的直接輸出超高亮度半導(dǎo)體激光技術(shù)走向?qū)嵱没?/p>