一种分离式超大功率半导体列阵外腔形变补偿量半量获取技术
专利汇可以提供一种分离式超大功率半导体列阵外腔形变补偿量半量获取技术专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种超大功率 半导体 列阵中，克服外腔形变影响 锁 相 质量 ，为避免降低锁相质量而补偿形变所需补偿量获取技术。与CCD1相关的一路测量外腔形变的子系统利用反射镜R2.1、反射镜3、变焦光学器件1、透镜1，聚焦经外腔反射的一半He-Ne 激光束 成像于CCD1上，由处理器1计算光斑质心、以及计算标定后的变化量，从而获取外腔镜一个方向的形变信息，并在其达到 门 限时，通过半量补偿量获取法获知补偿量，然后再配合相应D/A、相应高压驱动模 块 ，驱动安装在外腔镜末端 位置 的相应压电补偿器PZT膨胀，补偿，从而适时补偿β在一个方向的漂移，服务于适时补偿由残余热效应等引起的外腔镜随机形变，使得采用倾斜匹配 角 度的外腔镜锁相的超大功率二维半导体列阵稳定 地震 荡于同相模，保障列阵稳定输出的高质量。，下面是一种分离式超大功率半导体列阵外腔形变补偿量半量获取技术专利的具体信息内容。
1、一种服务于超大功率半导体列阵选择同相模运行的稳定性控制的外腔形变补偿量获 取方法，其特征在于：在外腔内构建探测补偿子系统，通过半量补偿量获取法获知补 偿量，1/4talbot外腔镜在慢轴方向的倾斜角度为β，且β＝λ/2d，上式中λ为工作中心 波长，d为慢轴列阵周期，由主动感测光源发出He-Ne激光，经第一分光镜将所述激 光一分为二，其中的反射光由第一反射镜反射，匹配扩束镜扩束，再由第二分光镜反 射而投射到所述外腔镜反射面上，被外腔镜反射的光束穿透第二分光镜，经第二反射 镜和第三反射镜反射，再经第四反射镜反射后，来自第二反射镜的那部分He-Ne激光 经变焦光学器件调节，聚焦并成像于电荷耦合器件上，获得一个光斑，由处理器计算 此光斑质心；在外腔镜未发生形变时，由处理器计算出电荷耦合器件上的光斑质心， 记为(xC0，yC0)，在外腔镜发生形变后，再由处理器计算出电荷耦合器件上的光斑质心， 记为(xC1，yC1)，处理器实时计算外腔镜发生形变前后的光斑质心的差值，记为 (xC1-xC0)和(yC1-yC0)两个分量，从而获取外腔镜一个方向的形变信息，并在外腔 镜发生形变前后的光斑质心的差值达到门限时，通过半量补偿量获取法获知补偿外腔 镜形变方向上的形变所需补偿量，然后再配合数模转换器和高压驱动模块，驱动安装 在所述外腔镜末端位置的压电补偿器膨胀补偿，从而适时补偿外腔镜倾斜角β在形变 方向上的漂移。
技术领域
本发明属于服务于超大功率半导体列阵选择同相模运行的稳定性控制的外腔形变补偿量获取技术，涉 及超大功率半导体列阵外腔锁相，涉及通过偏转适配角度的外腔镜使列阵选择同相模震荡后，对残余热效 应等引起外腔形变的测量，涉及补偿列阵外腔形变补偿量获取，涉及避免外腔形变导致非同相模起振。
背景技术
实现各个单元相干运行方法包括内部耦合和外部耦合。内部耦合通过控制折射率、增益区分布、构造 适当的有源层、衬底和覆盖层等措施来使位相得到锁定，但是此种机制相应的发光单元宽度大大限制了半 导体列阵能够输出的功率，另外，其相应的系统不稳定性会随着发光单元的增多和驱动电流的增大而增大。 外部耦合通过在半导体列阵外部采用位相共轭镜反馈注入锁定技术、主从激光器注入锁定技术、外腔镜技 术实现锁相输出。
对于相邻发光单元距离达数百微米的大功率半导体列阵，特别适宜采用基于模式耦合理论和Talbot腔 理论的外腔耦合锁相，相应功率耦合主要发生在紧邻单元之间，非相邻单元耦合可以忽略不计，相应系统 结构简单而功效良好。
利用工作中波长为λ，慢轴列阵周期为d，腔长为LC＝d2/2λ，外腔镜法线方向垂直于慢轴的1/4Talbot 外腔镜技术能够成功地锁定大功率半导体列阵相位，但相应远场分布为双瓣结构，标明相应震荡模式为异 相模；按照分数Talbot腔场分布规律，为使系统震荡于同相模，以得到远场分布为单瓣结构、接近衍射极 限的极佳输出，必须将此1/4Talbot外腔镜在慢轴方向适当地偏转一定角度，这是二维半导体叠层列阵采 用外腔技术选择同相模震荡的方式，已成功地获得工程实现，然而，在此项技术应用于超大功率二维半导 体列阵锁相时，在倾斜适配角度的外腔镜使列阵选择同相模震荡后，虽然冷却子系统能够保障列阵持续工 作，但残余热效应仍然会使得外腔形变不断加剧，再加上平台震动等，导致异相模震荡。因此，必须对超 大功率二维半导体列阵采取稳模措施，以使列阵能够稳定地震荡于同相模，输出高质量激光束，为此，本 发明给出了一种分离式超大功率半导体列阵外腔形变补偿量获取技术，是补偿β漂移的关键一步，只有在 获取补偿量后，外腔形变补偿装置才能被启动，在其与配套外腔形变补偿技术匹配后，列阵可稳定地选择 同相模振荡运行。
发明内容
本发明针对的技术问题解决办法：随着列阵输出同相模激光功率的增大，对于残余热效应使β发生近 似对称性的双向漂移，采用两组外腔镜形变感测及补偿设备，图4为相应系统结构设计、构成元素、及运 行示意图，其各发光单元发出的激光传送至外腔镜的传输长度为LC＝d2/2λ，即1/4Talbot腔长。分光镜1将主 动感测光源发出的He-Ne激光一分为二，其反射光经反射镜1反射、匹配扩束镜扩束、分光镜2反射而投射 到外腔镜反射面上，随即，被外腔镜反射的激光束穿透分光镜2，经反射镜R2.1和R2.2、反射镜3反射后， 变焦光学器件1调节来自R2.1的激光束，使得透镜1聚焦自身入射光束于CCD1上，由处理器1计算此光斑质 心；与此同时，变焦光学器件2调节来自R2.2的激光束，使得透镜2将另一半入射光束成像于CCD2上，由 处理器2计算此光斑质心。在外腔镜未发生形变时，一光斑质心为(xC0，yC0)，在标定后，外腔镜发生形变 后，相应光斑质心要发生一定偏移而变为(xC1，yC1)，处理器1实时计算CCD1上成像光斑质心的变化量， 并在其达到门限时，通过运行半量补偿量获取法(参见具体实施方式)获知补偿量，然后再配合相应D/A、 相应高压驱动模块，驱动安装在图4所示外腔镜末端位置的相应压电补偿器PZT膨胀，完成对应R2.1的外腔 镜形变的补偿操作，使外腔镜一个方向的形变得到补偿，从而适时补偿β在一个方向的漂移；同时，处理 器2实时计算CCD2上成像光斑质心的变化量，并在其达到门限时，通过运行全量补偿量获取法获知补偿量， 然后再配合相应D/A、相应高压驱动模块，驱动安装在图4所示R2.2上末端位置的压电补偿器PZT膨胀，完 成对应R2.2的外腔镜形变的补偿操作，使外腔镜另外一个方向的形变得到补偿，从而适时补偿β在另外一 个方向的漂移。如此，通过外腔形变感测设备实时感知外腔镜的状态，补偿设备适时补偿，使得外腔锁相 列阵克服β漂移带来的影响，稳定地震荡于同相模运行。
附图说明
图1为1/4Talbot外腔镜技术锁相半导体列阵及相应光场分布示意图；
图2为倾斜适配角度的外腔镜使列阵选择同相模震荡所需位置条件示意图，β＝λ/2d；
图3为对应图2的列阵反馈光场分布示意图；
图4为运行本发明所给出技术的系统示意图；
图5为采用本发明所给出技术及其配套外腔形变补偿技术前，超大功率半导体列阵锁相运行的典型输出场 分布，由于外腔镜受残余热效应等影响而变形，导致非同相模振荡，远场变成了三瓣结构。
图6为采用本发明所给出技术及其配套外腔形变补偿技术后，超大功率半导体列阵锁相运行的典型输出场 分布，为单瓣结构，可见，β漂移被校正，外腔形变感测补偿子系统能够保障列阵稳定地运行于同相模，
本发明能够很好地伺服列阵稳定锁相运行。
下面通过实例具体说明本发明内容：
具体实施方式
分光镜1的反射光部分将由反射镜1反射，经匹配扩束镜扩束后，再由分光镜2反射，将此部分He-Ne 激光光束投射到1/4Talbot外腔镜反射面上，尔后，被外腔镜反射的光束将穿透分光镜2，经反射镜R2.1和 R2.2反射，再经反射镜3反射后，对应R2.1的光束将经变焦光学器件1调节，以匹配透镜1、成像于CCD1， 对应R2.2的He-Ne激光束经变焦光学器件2、透镜2成像于CCD2，无论是对应CCD1的成像光斑还是对应 CCD2的成像光斑，光斑质心(xC，yC)可通过
计算得出，式中M是CCD像素阵列式中的行数，N是CCD像素阵列式中的列数，xij是像素 (i，j)的x坐标，yij是像素(i，j)的Y坐标，Iij对应像素(i，j)的输出光强值。如果在外腔镜未发生形变时，一 光斑质心为(xC0，yC0)，那么，外腔镜发生形变后，相应光斑质心要发生一定偏移而变为(xC1，yC1)，如果 相应透镜的焦距为f，则所需校正斜率为
Sx＝(xC1-xC0)/f，Sy＝(yC1-yC0)/f；
引发β漂移的是外腔Z轴向形变，故而，当漂移量为Δβ时，对外腔镜反射面上任意一点而言，如果 其至双向漂移的对称中心线的距离为l，则仅需使反射面在对应Z轴向逆向转动
δz＝(l/2)*Δβ；
就可补偿一个方向的漂移。
从而，对于与CCD1感测参数对应方向的外腔形变，在处理器获得所需参数，并实时计算出Sx和Sy 后，记X方向外腔镜长度为2a，即以符号a表示X方向外腔镜长度的一半，则按
δz＝(ωaa)*(ωxSx+ωy*Sy)/2
计算所需补偿量，式中，2a为X方向外腔镜长度，ωx、ωy、ωa为分别对应sx、sy、a的性能精度 加权值，与外腔镜两个方向的形变量及其补偿交联相关，此为半量补偿量获取法获知补偿量的关键。
由于未施加驱动电压时，压电补偿器不膨胀，投射到四象限探测器上的激光束中心与四象限探测器中 心重合，相应差动电流响应Iz＝0；但当施加驱动电压Vc时，投射到四象限探测器上的激光束中心与四象 限探测器中心将分开一定距离δz，相应差动电流响应
式中Ic为投射到四象限探测器上的激光强度，rz为光束半径，CZ是探测器光电转换效率。经滤波器、积 分器、放大器等处理后，Iz可被转换为电压Vz，如适当选取分路稳模系统参数，Vz可与对应δz的电压Vc 相等，如放大系数为Ac，积分系数为CI，压电补偿器传输函数为GZ(s)，则
Vz(s)＝Vc(s)＝AcIz(s)/d(s)，
式中，
d(s)＝CI+Iz(s)AcGz(s)/δz(s)；
可见，对一定的压电补偿器，δz与Vc的关系是一定的，可事先测量并存储在处理器中，以服务于实时 计算系统所需补偿电压Vz。从而，压电补偿器补偿β漂移所需驱动电压可对照δz计算得到，并在处理器、 D/A、高压驱动模块等配合下，完成补偿操作。
具体运行时，β在一个方向漂移由R2.1、CCD1、处理器1、配套D/A、高压驱动模块1、配套压电 补偿器，完成相应Sx、Sy、δz、Vz有关感测操作和补偿操作；β在另一个方向漂移由R2.2、CCD2、 处理器2、配套D/A、相应高压驱动模块2、配套压电补偿器，完成相应Sx、Sy、δz、Vz有关感测 操作和补偿操作
本发明有益效果：本发明给出的分离式超大功率半导体列阵外腔形变补偿量获取技术，其与配套外腔 形变补偿技术一道伺服倾斜λ/2d的1/4Talbot外腔镜技术，很好地克服外腔镜形变给超大功率二维半导体列 阵锁相带来的影响，使列阵能够稳定地震荡于同相模，对工作环境的适应性得到增强。
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