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

這種技術(shù)路線可通過一個外腔同時實現(xiàn)波長鎖定與合束，且波長間隔可通過光學系統(tǒng)參數(shù)進行控制。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)勢單位是美國TeraDiode公司。它采用的則是麻省理工學院林肯實驗室的技術(shù)。目前已經(jīng)可以實現(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公司認為，半導體激光光譜合束技術(shù)將是未來實現(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級高亮度高效率直接半導體激光光源的方案設(shè)計。

為進一步提高合束效率，TeraDiode公司還設(shè)計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。利用兩個全反鏡將衍射光柵透射光的一部分反饋回發(fā)光單元進行波長鎖定，另一部分反射到輸出光路作為輸出，從而提高合束效率。

在光纖激光抽運方面，2012年Alfalight公司報道了針對光纖激光器抽運所研制的200 μm、0.2 NA尾纖輸出200 W的DL光譜合束裝置，并基于7個這種裝置進行抽運，成功實現(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。

此外眾多的大學也針對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、德國波茨坦大學等。其研究多基于改善半導體激光光束質(zhì)量、近衍射極限半導體激光合束、可見光波段半導體激光合束等方面，也為半導體激光合束技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用提供了很好的推進與參考。

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，再進行合束。但溫度變化會造成VBG的Bragg條件改變，散射和吸收等會引起功率損耗。在半導體激光合束中則表現(xiàn)為隨著加載電流的提升效率會有一定下降。

德國夫朗和費研究所于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VBG波長鎖定的寬面發(fā)射半導體激光bar條進行合束，如下圖所示。當加載電流120 A時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)路線互鎖定串擾問題相對較小，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）實現(xiàn)波長選擇與合束的半導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個標準厘米bar的合束譜寬僅37 nm。目前已經(jīng)實現(xiàn)100 μm芯徑光纖半導體激光光譜合束輸出功率近500 W，并聲稱可實現(xiàn)5 kW的半導體激光合束輸出。

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的光纖耦合半導體激光產(chǎn)品。

2015年，DILAS基于3個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的波長間隔對其進行了光譜合束。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，針對半導體激光光譜合束技術(shù)開展研究的單位主要有長春光機所、長春理工大學、北京工業(yè)大學、四川大學、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，實現(xiàn)了基于3個標準厘米bar的140.6 W的光譜合束輸出；北京工業(yè)大學針對SBC的開環(huán)、閉環(huán)結(jié)構(gòu)開展了相關(guān)研究工作，并基于單個標準厘米bar與BTS實現(xiàn)了58.8 W的光譜合束輸出；四川大學就光譜合束的光束特性、效率與互鎖定串擾等方面開展了理論分析工作。

中物院十所半導體激光光譜合束課題組，也針對半導體激光光譜合束技術(shù)開展了研究工作，取得了一些進展。課題組初步建立了一個3+1維半導體激光光柵-外腔光譜合束模型，包括DL快慢軸兩個方向的導模特征描述、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封裝引入誤差對外腔反饋注入、光束質(zhì)量、效率等關(guān)鍵參數(shù)的影響；針對合束譜寬技術(shù)開展研究，實現(xiàn)了單個半導體激光陣列合束譜寬2.7 nm；針對半導體激光疊陣開展高功率合束技術(shù)研究，實現(xiàn)最高1 kW的半導體激光合束輸出。

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

可以看出，半導體激光波分復(fù)用合束技術(shù)仍處在發(fā)展階段，產(chǎn)品化相對較少。但其潛力巨大，可以應(yīng)用于工業(yè)加工、高亮度抽運等方向。受益于半導體激光器的高效率、輕量化與小型化等特點，波分復(fù)用合束的半導體激光器有望成為一種極具競爭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)的半導體激光器，受其波導結(jié)構(gòu)和封裝的限制不能夠達到衍射極限輸出，與此同時光譜合束技術(shù)所得到的合束輸出光束的光束質(zhì)量與單個激光單元光束質(zhì)量還有一定差距，需對變換透鏡、衍射光柵等元件的參數(shù)和特性進行進一步研究，以獲得與激光單元相同的光束質(zhì)量輸出。同時還應(yīng)發(fā)展高光束質(zhì)量的單元器件，如錐型半導體激光器、板條耦合光波導激光器等，實現(xiàn)合束光束質(zhì)量與亮度的進一步提升。

另外，由于國內(nèi)半導體芯片技術(shù)與合束技術(shù)起步較晚，半導體激光光譜合束技術(shù)在國內(nèi)仍未實現(xiàn)產(chǎn)品化與實用化。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體激光技術(shù)走向?qū)嵱没?/p>