一種激光器高功率輸出的合束方法
【專利摘要】一種激光器高功率輸出的合束方法，其特征在于：可以將N個全固態(tài)激光器輸出光束的束腰和發(fā)散角重合疊加，形成一束與單個全固態(tài)激光器光束質量近似的激光；本發(fā)明，利用該方法實現(xiàn)的高功率全固態(tài)激光器可以實現(xiàn)模塊化結構，能有效降低單個激光模塊的泵浦均勻性變化對整機穩(wěn)定性和可靠性的不良影響，有利于提高整機的穩(wěn)定性和可靠性，可實現(xiàn)工業(yè)級的、模塊化的、高功率、高可靠性、易于維護的全固態(tài)激光器。
【專利說明】一種激光器高功率輸出的合束方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)全固態(tài)激光器功率擴展的合束方法，屬于固體激光【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前用于工業(yè)加工的高功率全固態(tài)激光器一般由幾個激光單兀模塊串聯(lián)構成,通過諧振或者諧振放大的方式實現(xiàn)高功率輸出，具有結構簡單，容易實現(xiàn)等優(yōu)點。激光模塊是構成全固態(tài)激光器的主要部件，是由幾十個至上百個半導體激光器排成環(huán)狀從晶體棒的側面進行泵浦，通過合理排列泵浦的半導體激光源，在晶體棒的橫截面上形成由內到外呈拋物線狀的增益分布。作為泵源的半導體激光器隨使用時間延長存在波長紅移或者功率衰減的情況，幾十個半導體激光器一般不會隨時間同步變化，個別半導體激光器甚至會出現(xiàn)隨機失效，這種泵浦光源變化的隨機性會導致晶體棒泵浦均勻性發(fā)生變化，增益中心發(fā)生微小偏移。這種微小的偏移在串聯(lián)結構中會導致激光器的光軸發(fā)生微小角度的偏移，從而影響整個激光系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在工業(yè)應用中，作為激光加工裝備光源的高功率全固態(tài)激光器中最重要的一項指標即是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
【發(fā)明內容】
[0003]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種全新的功率擴展方法——錯位并聯(lián)合束，可以實現(xiàn)多個獨立全固態(tài)激光器輸出激光束的完全合束，使不同激光器發(fā)出的激光以相同的光軸、相同的束腰位置和大小、相同的發(fā)散角疊加輸出，且合束輸出的激光光束質量不低于單個激光器輸出激光的光束質量。
[0004]本發(fā)明的技術方案是通過以下步驟實現(xiàn)的:一種激光器高功率輸出的合束方法，其特征在于:可以將N個全固態(tài)激光器輸出光束的束腰和發(fā)散角重合疊加，形成一束與單個全固態(tài)激光器光束質量近似的激光；
其中，N為正整數(shù)。
[0005]2、根據(jù)權利要求1所述的激光器高功率輸出的合束方法，其特征在于:包括以下步驟:
1)、設計等效諧振腔:設計第一個全固態(tài)激光器與平平諧振腔的等效結構，由三個高反鏡1、I1、111、一個耦合輸出鏡、一個透鏡和一個激光頭構成，耦合輸出鏡將激光沿與激光模塊中心軸線夾角為90° ±5°的方向反射輸出，改變平平諧振腔輸出激光只能沿激光模塊軸線通過耦合腔鏡輸出的局限，實現(xiàn)N個全固態(tài)激光器同軸輸出激光，利用透鏡n5、n6進行光束整形，使同軸傳輸?shù)腘束激光的束腰、束腰位置和發(fā)散角相重合，合并成一束與單個全固態(tài)激光器光束質量近似的激光束；
2)、設計兩個獨立全固態(tài)激光器的并聯(lián)合束:在全固態(tài)激光器I1、II 2之間放置透鏡25、27，透鏡25、27是由一片或者多片透鏡構成，有效焦距皆是f2，f2的焦距介于5(T200mm，且表面鍍射對0°入射的激光反射率小于1%的增透膜； 3)、實現(xiàn)N個獨立全固態(tài)激光器的并聯(lián)合束:在全固態(tài)激光器n-l、n之間放置透鏡n5、n7，透鏡n5、n7是由I片或者多片透鏡構成，有效焦距皆是fn，fn的焦距介于3(T300mm，且二者置于全固態(tài)激光器η-1、η之間。
[0006]本發(fā)明，不僅可以將N個獨立的全固態(tài)激光器發(fā)出的激光以相同的發(fā)射光軸、相同的束腰位置和相同的發(fā)散角疊加輸出，實現(xiàn)功率N倍的放大，而且由于45°耦合輸出鏡對激光的反射和透射，將在N個全固態(tài)激光器之間建立能量耦合。此種情況的發(fā)生將在合束輸出的激光束中形成部分干涉效應，使合束后的激光光束質量等于或者優(yōu)于單個全固態(tài)激光器的光束質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明的兩個獨立全固態(tài)激光器并聯(lián)合束的示意圖。
【具體實施方式】
[0008]本實施例參見圖1，一種激光器高功率輸出的合束方法，可以將N個全固態(tài)激光器輸出光束的束腰和發(fā)散角重合疊加，形成一束與單個全固態(tài)激光器光束質量近似的激光；
其中，N為正整數(shù)。
[0009]本發(fā)明的合束方法包括以下步驟:
1、設計等效諧振腔:設計第一個全固態(tài)激光器與平平諧振腔的等效結構，由三個高反鏡I 11、II 12JII 13、一個耦合輸出鏡14、一個透鏡15和一個激光頭16構成，耦合輸出鏡14將激光沿與激光模塊中心軸線夾角為90° ±5°的方向反射輸出，改變平平諧振腔輸出激光只能沿激光模塊軸線通過耦合腔鏡輸出的局限，實現(xiàn)N個全固態(tài)激光器同軸輸出激光，利用透鏡η5、η6進行光束整形，使同軸傳輸?shù)腘束激光的束腰、束腰位置和發(fā)散角相重合，合并成一束與單個全固態(tài)激光器光束質量近似的激光束；
2、設計兩個獨立全固態(tài)激光器的并聯(lián)合束:在全固態(tài)激光器I1、II 2之間放置透鏡25、27，透鏡25、27是由一片或者多片透鏡構成，有效焦距皆是&，4的焦距介于5(T200mm，且表面鍍射對0°入射的激光反射率小于1%的增透膜；
3、實現(xiàn)N個獨立全固態(tài)激光器的并聯(lián)合束:在全固態(tài)激光器η-1、η之間放置透鏡η5、η7，透鏡η5、η7是由I片或者多片透鏡構成，有效焦距皆是fn，fn的焦距介于3(T300mm，且二者置于全固態(tài)激光器η-1、η之間。
【權利要求】
1.一種激光器高功率輸出的合束方法，其特征在于:可以將N個全固態(tài)激光器輸出光束的束腰和發(fā)散角重合疊加，形成一束與單個全固態(tài)激光器光束質量近似的激光； 其中，N為正整數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的激光器高功率輸出的合束方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)、設計等效諧振腔:設計第一個全固態(tài)激光器與平平諧振腔的等效結構，由三個高反鏡(I 11)、(11 12、)(III 13)、一個耦合輸出鏡(14)、一個透鏡(15)和一個激光頭(16)構成，耦合輸出鏡(14)將激光沿與激光模塊中心軸線夾角為90° ±5°的方向反射輸出，改變平平諧振腔輸出激光只能沿激光模塊軸線通過耦合腔鏡輸出的局限，實現(xiàn)N個全固態(tài)激光器同軸輸出激光，利用透鏡(n5、n6)進行光束整形，使同軸傳輸?shù)腘束激光的束腰、束腰位置和發(fā)散角相重合，合并成一束與單個全固態(tài)激光器光束質量近似的激光束； 2)、設計兩個獨立全固態(tài)激光器的并聯(lián)合束:在全固態(tài)激光器(I1)、(11 2)之間放置透鏡(25、27)，透鏡(25、27)是由一片或者多片透鏡構成，有效焦距皆是f2，f2的焦距介于5(T200mm，且表面鍍射對0°入射的激光反射率小于1%的增透膜； 3)、實現(xiàn)N個獨立全固態(tài)激光器的并聯(lián)合束:在全固態(tài)激光器((η-1)、η)之間放置透鏡(η5、η7)，透鏡(η5、η7)是由I片或者多片透鏡構成，有效焦距皆是fn，fn的焦距介于30^300mm,且二者置于全固態(tài)激 光器((n_l )、η)之間。
【文檔編號】H01S3/23GK103532004SQ201310493665
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權日:2013年10月21日
【發(fā)明者】林臘華 申請人:林臘華