一種高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置，可以得到均勻性好、能量密度大的激光合束光源。該裝置包括沿光路依次設(shè)置的半導(dǎo)體激光器疊陣、準(zhǔn)直透鏡組和合束系統(tǒng)，合束系統(tǒng)包括一個(gè)反射間隔膜層鏡和一個(gè)全反射鏡，反射間隔膜層鏡是在平板透鏡的下表面間隔鍍反射膜，反射膜的數(shù)量為半導(dǎo)體激光單元的一半，反射膜的間距與其自身寬度相等；反射間隔膜層鏡和全反射鏡分別對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體激光器疊陣的堆疊高度的上半部分和下半部分，各個(gè)半導(dǎo)體激光單元發(fā)出的光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡組分別準(zhǔn)直后仍保持等間距，上半部分的光經(jīng)反射間隔膜層鏡兩次折射后平行透射，下半部分依次經(jīng)全反射鏡、反射間隔膜層鏡反射膜進(jìn)行兩次反射后與上半部分的透射光插空合束。
【專利說明】一種高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、可靠性高、使用壽命長、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，但是當(dāng)前半導(dǎo)體激光器的推廣應(yīng)用受到其光束質(zhì)量的制約，所以提高半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量、亮度和功率為當(dāng)下重要的研究方向。
[0003]激光合束技術(shù)近年來發(fā)展迅速，它是一個(gè)改善光束質(zhì)量、增加輸出功率、提高功率密度的過程。激光合束技術(shù)在激光加工和高功率光纖耦合產(chǎn)品中已得到廣泛應(yīng)用。
[0004]目前常用的激光合束方法有偏振合束，波長合束和空間合束。常見的偏振合束裝置由1/2玻片和偏振分光棱鏡(PBS)組成，一部分激光通過1/2玻片將偏振態(tài)由TE變?yōu)門M(或TM變?yōu)門E)，再與另一部分激光進(jìn)行合束。由于半導(dǎo)體激光器的激光光源偏振度約為90%,比如半導(dǎo)體激光器發(fā)出的偏振態(tài)為TE的偏振光一般包含90%的TE偏振光和10%的TM偏振光，因此若米用偏振合束,光能損失較大，僅適用于快軸方向的合束，且輸出光為混合偏振光，不能再次與其他光源進(jìn)行偏振合束；當(dāng)使用半導(dǎo)體激光疊陣作為光源時(shí)，輸出光斑仍保留bar與bar之間的發(fā)光死區(qū)，均勻度較差。波長合束是不同波長的激光進(jìn)行合束，但是在要求激光具有單一波長的場合無法應(yīng)用，使其在應(yīng)用領(lǐng)域具有局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置，可以得到均勻性好、能量密度大的激光合束光源。方案如下:
[0006]一種高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置，包括沿光路依次設(shè)置的半導(dǎo)體激光器疊陣、準(zhǔn)直透鏡組和合束系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體激光器疊陣由若干個(gè)半導(dǎo)體激光單元堆疊組成，所述合束系統(tǒng)包括一個(gè)反射間隔膜層鏡和一個(gè)全反射鏡，所述反射間隔膜層鏡是在平板透鏡的下表面間隔鍍反射膜，反射膜的數(shù)量為半導(dǎo)體激光單元的一半，反射膜的間距與其自身寬度相等；反射間隔膜層鏡和全反射鏡相互平行且與半導(dǎo)體激光器疊陣出光方向均呈30° -60°之間放置，并且分別對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體激光器疊陣的堆疊高度的上半部分和下半部分，各個(gè)半導(dǎo)體激光單元發(fā)出的光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡組分別準(zhǔn)直后仍保持等間距，上半部分的光經(jīng)反射間隔膜層鏡兩次折射后平行透射，下半部分依次經(jīng)全反射鏡、反射間隔膜層鏡反射膜進(jìn)行兩次反射后與上半部分的透射光插空合束。
[0007]上述合束系統(tǒng)的位置滿足以下坐標(biāo)關(guān)系:
[0008]以半導(dǎo)體激光器疊陣上半部分的最下端的半導(dǎo)體激光單元出光光軸為X軸，X軸與反射間隔膜層鏡的交匯點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)0，Y軸方向?yàn)榘雽?dǎo)體激光器疊陣堆疊高度方向，由此確定出二維坐標(biāo)系；則半導(dǎo)體激光器疊陣下半部分最下端的半導(dǎo)體激光單元出光光軸與全反射鏡的鏡面交匯點(diǎn)坐標(biāo)為
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置，其特征在于:包括沿光路依次設(shè)置的半導(dǎo)體激光器疊陣、準(zhǔn)直透鏡組和合束系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體激光器疊陣由若干個(gè)半導(dǎo)體激光單元堆疊組成，所述合束系統(tǒng)包括一個(gè)反射間隔膜層鏡和一個(gè)全反射鏡，所述反射間隔膜層鏡是在平板透鏡的下表面間隔鍍反射膜，反射膜的數(shù)量為半導(dǎo)體激光單元的一半，反射膜的間距與其自身寬度相等；反射間隔膜層鏡和全反射鏡相互平行且與半導(dǎo)體激光器疊陣出光方向均呈30° -60°之間放置，并且分別對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體激光器疊陣的堆疊高度的上半部分和下半部分，各個(gè)半導(dǎo)體激光單元發(fā)出的光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡組分別準(zhǔn)直后仍保持等間距，上半部分的光經(jīng)反射間隔膜層鏡兩次折射后平行透射，下半部分依次經(jīng)全反射鏡、反射間隔膜層鏡反射膜進(jìn)行兩次反射后與上半部分的透射光插空合束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置，其特征在于，所述合束系統(tǒng)的位置滿足以下坐標(biāo)關(guān)系: 以半導(dǎo)體激光器疊陣上半部分的最下端的半導(dǎo)體激光單元出光光軸為X軸，X軸與反射間隔膜層鏡的交匯點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，Y軸方向?yàn)榘雽?dǎo)體激光器疊陣堆疊高度方向，由此確定出二維坐標(biāo)系；則半導(dǎo)體激光器疊陣下半部分最下端的半導(dǎo)體激光單元出光光軸與全反射鏡的鏡面交匯點(diǎn)坐標(biāo)為.sin(90 -a).gxtan^ + arcsm 打)丨 w + d m(w+d)
3.一種高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置，包括兩組半導(dǎo)體激光器疊陣，準(zhǔn)直透鏡組和反射間隔膜層鏡，所述兩組半導(dǎo)體激光器疊陣分別由若干個(gè)半導(dǎo)體激光單元堆疊組成，其中一組半導(dǎo)體激光器疊陣沿水平方向出光，另一組沿豎直方向出光；所述反射間隔膜層鏡是在平板透鏡的下表面間隔鍍反射膜，反射膜的數(shù)量為半導(dǎo)體激光單元的一半，反射膜的間距與其自身寬度相等，反射間隔膜層鏡與水平方向呈30° -60°之間放置，所述一組半導(dǎo)體激光器疊陣發(fā)出的光束準(zhǔn)直后經(jīng)反射間隔膜層鏡的反射膜間隙兩次折射后水平透射，所述另一組半導(dǎo)體激光器疊陣發(fā)出的光束準(zhǔn)直后經(jīng)反射間隔膜層鏡的反射膜全反射后與水平透射的光束形成插空合束。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置，其特征在于，兩組半導(dǎo)體激光器疊陣與反射間隔膜層鏡之間的相對(duì)位置滿足以下關(guān)系: 所述一組半導(dǎo)體激光器疊陣最下端的半導(dǎo)體激光單元出光光軸為X軸，X軸與反射間隔膜層鏡的交匯點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，Y軸方向?yàn)樵摪雽?dǎo)體激光器疊陣堆疊高度方向，由此確定出坐標(biāo)軸；則所述另一組半導(dǎo)體激光器疊陣中與所述一組半導(dǎo)體激光器疊陣距離最近的一組半導(dǎo)體激光單元的出光位置坐標(biāo)為
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置，其特征在于:反射膜的間隙鍍?cè)鐾改?，鍍膜寬度滿足以下關(guān)系:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置，其特征在于:所述合束系統(tǒng)根據(jù)坐標(biāo)關(guān)系安裝在固定架上，固定架的材料為塑料，鋁，鋼或者銅。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置，其特征在于:所述半導(dǎo)體激光單元為焊接在熱沉上的半導(dǎo)體激光器芯片，所述的半導(dǎo)體激光器芯片為一個(gè)單管芯片、微型巴條或者巴條，或者為多個(gè)單管芯片、微型巴條或者巴條。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置，其特征在于:所述準(zhǔn)直透鏡組包括快軸準(zhǔn)直透鏡和慢軸準(zhǔn)直透鏡，其中，快軸準(zhǔn)直透鏡為準(zhǔn)直D型非球面透鏡，慢軸準(zhǔn)直透鏡為單陣列柱面透鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置，其特征在于:α為45°。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置，其特征在于:所述全反射鏡的材料為金屬或玻璃，表面鍍高反膜；高反膜的材料為金屬銀或者鋁，或者高反膜采用多層介質(zhì)反射膜。
【文檔編號(hào)】H01S5/40GK103944069SQ201410195977
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】蔡磊, 劉興勝, 楊凱, 李小寧 申請(qǐng)人:西安炬光科技有限公司