專利名稱：一種多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，涉及一種半導(dǎo)體激光器耦合裝置，尤其是一 種多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光二極管(LD)由于具有體積小、重量輕、壽命長、電光轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu) 點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在民用和軍用各領(lǐng)域，如醫(yī)療、印刷、激光測距、激光制導(dǎo)、材料處理和加 工等各個(gè)方面，特別是LD抽運(yùn)的固體激光器(DPL)和光纖激光器已經(jīng)成為重點(diǎn)的發(fā)展方 向，得到了廣泛的重視和研究。近年來追求更高功率激光器已成為激光器的發(fā)展目標(biāo)，功率 擴(kuò)展技術(shù)是高功率激光器的技術(shù)趨勢之一。尤其是高功率半導(dǎo)體激光器及其泵浦固體激 光器具有體積小、重量輕、光電轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定、可靠性高、和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成 為光電行業(yè)中最有發(fā)展前途的產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、醫(yī)療和直接的材料處理等領(lǐng) 域。為了提高大功率半導(dǎo)體激光器的輸出功率，可以將十幾個(gè)或幾十個(gè)單管激光器芯 片集成封裝、形成激光器巴條，將多個(gè)巴條堆疊起來可形成激光器二維疊陣，激光器疊陣的 光功率可以達(dá)到千瓦級甚至更高。但是隨著半導(dǎo)體激光器條數(shù)的增加，其光束質(zhì)量將會下 降。另外，半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的特殊性決定了其快、慢軸光束質(zhì)量不一致快軸的光束質(zhì)量 接近衍射極限，而慢軸的光束質(zhì)量卻比較差，這使得半導(dǎo)體激光器在工業(yè)應(yīng)用中受到了很 大的限制。要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、寬范圍的激光加工，激光器必須同時(shí)滿足高功率和高光束質(zhì)量。 因此，現(xiàn)在發(fā)達(dá)國家均將研究開發(fā)新型高功率、高光束質(zhì)量的大功率半導(dǎo)體激光器作為一 個(gè)重要研究方向，以滿足要求更高激光功率密度的激光材料加工應(yīng)用的需求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種多波長高功率半導(dǎo)體 激光器耦合裝置，這種多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置可以實(shí)現(xiàn)多波長高功率輸出的 輸出，并且光斑形狀可控。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案解決的這種多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置，包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體激光器偏振合 束模塊、濾波模塊和聚焦透鏡；所述半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊包括半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn) 直模塊、半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直偏振模塊、PBS棱鏡；所述半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直模塊向 PBS棱鏡發(fā)射出偏振態(tài)為P波長為λ的激光；所述半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直偏振模塊向PBS 棱鏡發(fā)射出偏振態(tài)為S波長為λ的激光；所述PBS棱鏡對射入的兩束激光進(jìn)行偏振合束后 輸出至濾波模塊；所述濾波模塊接收來自所述半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊的PBS棱鏡的出 射光并進(jìn)行濾波和合束處理，形成一束功率增加的激光輸出至所述聚焦透鏡；所述聚焦透 鏡輸出多波長激光。所述半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊連接有控制器。上述半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直模塊由依次排列的半導(dǎo)體激光器疊陣、快軸準(zhǔn)直微透鏡、慢軸準(zhǔn)直微透鏡組成；所述半導(dǎo)體激光器疊陣的出射激光依次經(jīng)快、慢軸準(zhǔn)直微透鏡 后，發(fā)射出偏振態(tài)為P波長為λ的激光。上述半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直偏振模塊由依次排列的半導(dǎo)體激光器疊陣、快軸準(zhǔn)直 微透鏡、慢軸準(zhǔn)直微透鏡和波片組成；所述半導(dǎo)體激光器疊陣的出射激光依次經(jīng)快、慢軸準(zhǔn) 直微透鏡和旋轉(zhuǎn)偏振波片后，發(fā)射出偏振態(tài)為S波長為λ的激光。上述半導(dǎo)體激光器疊陣由一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體激光器組成。在本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例中，在濾波模塊旁側(cè)平行排列有三個(gè)所述半導(dǎo)體激光 器偏振合束模塊，所述濾波模塊包括多個(gè)全反射鏡和濾波鏡；三個(gè)半導(dǎo)體激光器偏振合束 模塊出射的激光分別經(jīng)濾波模塊的多個(gè)全反射鏡和濾波鏡處理后合束為一束出射激光。上述聚焦透鏡由一個(gè)或多個(gè)凸-凹球面透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡或曲面-平面透 鏡組成。上述多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置中設(shè)有溫度探測器和功率探測器以控 制系統(tǒng)的溫度和功率。本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果(1)光功率密度高，一般疊陣耦合亮度較低，本實(shí)用新型的多波長高功率半導(dǎo)體激 光器疊陣耦合系統(tǒng)輸出光功率密度高。(2)功率高，本實(shí)用新型的多波長高功率半導(dǎo)體激光器疊陣耦合系統(tǒng)輸出功率高。(3)本實(shí)用新型通過設(shè)置多個(gè)半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊以及為其濾波合束處理 的濾波模塊和聚焦透鏡，實(shí)現(xiàn)了多波長輸出。(4)本實(shí)用新型由聚焦透鏡輸出的光斑的大小和形狀可控，使用方便。
圖1為本實(shí)用新型的多波長高功率半導(dǎo)體激光器疊陣耦合系統(tǒng)組成圖；圖2為本實(shí)用新型的工作原理圖。其中1為半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊；2為濾波模塊；3為聚焦透鏡；4為半導(dǎo)體 激光器疊陣準(zhǔn)直模塊；5為半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直偏振模塊；6為PBS棱鏡；7為半導(dǎo)體激光 器疊陣；8為快軸準(zhǔn)直微透鏡；9為慢軸準(zhǔn)直微透鏡；10為旋轉(zhuǎn)偏振波片；11為反射鏡；12、 13 為濾波鏡；14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25 為激光。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的該種多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置，包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體 激光器偏振合束模塊1、濾波模塊2和聚焦透鏡3。所述的半導(dǎo)體疊陣偏振合束模塊1置于 濾波模塊2前端，聚焦透鏡3置于濾波模塊后端；該裝置中還設(shè)有溫度探測器和功率探測器 用于探測半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊1中的激光器溫度和功率。另外本實(shí)用新型的半導(dǎo)體 激光器偏振合束模塊還連接有控制器，當(dāng)有多個(gè)半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊1時(shí)，可以對 其分別控制或者整體控制。半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊1包括半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直模塊4、半導(dǎo)體激光器 疊陣準(zhǔn)直偏振模塊5、PBS棱鏡6。半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直模塊4由依次排列的半導(dǎo)體激光 器疊陣7、快軸準(zhǔn)直微透鏡8、慢軸準(zhǔn)直微透鏡9組成；半導(dǎo)體激光器疊陣7的出射激光依次
4經(jīng)快、慢軸準(zhǔn)直微透鏡8、9后，發(fā)射出偏振態(tài)為P波長為λ的激光。半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn) 直偏振模塊5由依次排列的半導(dǎo)體激光器疊陣7、快軸準(zhǔn)直微透鏡8、慢軸準(zhǔn)直微透鏡9和 旋轉(zhuǎn)偏振波片10組成；半導(dǎo)體激光器疊陣7的出射激光依次經(jīng)快、慢軸準(zhǔn)直微透鏡8、9和 旋轉(zhuǎn)偏振波片10后，發(fā)射出偏振態(tài)為S波長為λ的激光。本實(shí)用新型中，半導(dǎo)體激光器疊 陣7由多個(gè)(如1-20個(gè))半導(dǎo)體激光器組成。聚焦透鏡3由一個(gè)或多個(gè)凸-凹球面透鏡、 雙凸透鏡、雙凹透鏡或曲面-平面透鏡組成。在本實(shí)用新型中，當(dāng)包括多個(gè)半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊時(shí)，可以并聯(lián)、可以串 聯(lián)、可以串并聯(lián)結(jié)合或者可以分別單獨(dú)控制。同時(shí)多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置還 可以加溫度探測器和功率探測器以控制系統(tǒng)的溫度和功率。在以上組成中，半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直模塊4向PBS棱鏡6發(fā)射出偏振態(tài)為P波 長為λ的激光；半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直偏振模塊5向PBS棱鏡6發(fā)射出偏振態(tài)為S波長為 λ的激光；PBS棱鏡6對射入的兩束激光進(jìn)行偏振合束后輸出至濾波模塊2 ；濾波模塊2接 收來自所述半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊1的PBS棱鏡6的出射光并進(jìn)行濾波和合束處理， 形成一束功率增加的激光輸出至所述聚焦透鏡3 ；聚焦透鏡3輸出多波長激光。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述實(shí)施例參照圖1所示，本實(shí)施例包括半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊1、濾波模塊2、聚焦透鏡 3。其中半導(dǎo)體疊陣偏振合束模塊1置于濾波模塊2前端，聚焦透鏡3置于濾波模塊2后端。 本實(shí)施例中，平行排列有三個(gè)半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊1，濾波模塊2包括4個(gè)全反射鏡 11和2個(gè)濾波鏡12，該處的全反射鏡11和濾波鏡12的個(gè)數(shù)是根據(jù)半導(dǎo)體激光器偏振合束 模塊1的需要添加或刪減。三個(gè)半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊1出射的激光分別經(jīng)濾波模塊 2的多個(gè)全反射鏡和濾波鏡處理后合束為一束出射激光。該多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置得工作原理如下對于半導(dǎo)體激光疊陣偏振合束模塊1，置于PBS棱鏡6前端的半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn) 直模塊4發(fā)射出快、慢軸的微透鏡8、9準(zhǔn)直后的偏振態(tài)為P波長為λ的激光，置于PBS棱 鏡6上端的半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直偏振模塊5發(fā)射出經(jīng)快、慢軸的微透鏡8、9準(zhǔn)直后再經(jīng) 過旋轉(zhuǎn)偏振波片10后偏振態(tài)為S波長為λ的激光，PBS棱鏡6對偏振態(tài)為P的光全透射， 對偏振態(tài)為S的光全反射，這兩束激光經(jīng)過PBS棱鏡6后，進(jìn)行偏振合束，其功率增加一倍。同樣原理，對于多個(gè)半導(dǎo)體激光疊陣偏振合束模塊1，進(jìn)行偏振合束后，每個(gè)半導(dǎo) 體激光疊陣偏振合束模塊1輸出的波長不同，在經(jīng)過濾波模塊2的反射鏡和濾光鏡，多個(gè)波 長的激光合束后從聚焦鏡3輸出。可根據(jù)需要進(jìn)行波長、功率及光斑的調(diào)節(jié)。如圖2所示，對于第一個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣偏振合束模塊，置于PBS棱鏡6前端的 半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直模塊4發(fā)射出快、慢軸的微透鏡準(zhǔn)直后的偏振態(tài)為P波長為λ 1的 激光14，置于PBS棱鏡6上端的半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直偏振模塊5發(fā)射出經(jīng)快、慢軸的微透 鏡準(zhǔn)直后再經(jīng)過旋轉(zhuǎn)偏振波片10后偏振態(tài)為S波長為λ的激光15，PBS棱鏡6對偏振態(tài) 為P的光全透射，對偏振態(tài)為S的光全反射，這兩束激光經(jīng)過PBS棱鏡6后，進(jìn)行偏振合束 后輸出激光16，其功率增加一倍。對于第二個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣偏振合束模塊1，置于PBS棱鏡6前端的半導(dǎo)體激光 器疊陣準(zhǔn)直模塊4發(fā)射出快、慢軸的微透鏡準(zhǔn)直后的偏振態(tài)為P波長為λ 2的激光17，置于PBS棱鏡上端的半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直偏振模塊5發(fā)射出經(jīng)快、慢軸的微透鏡準(zhǔn)直后再 經(jīng)過旋轉(zhuǎn)偏振波片后偏振態(tài)為S波長為λ 2的激光18，PBS棱鏡6對偏振態(tài)為P的光全透 射，對偏振態(tài)為S的光全反射，這兩束激光經(jīng)過PBS棱鏡6后，進(jìn)行偏振合束后輸出激光20同理，對于第三個(gè)半導(dǎo)體激光器置于PBS棱鏡6前端的半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直模 塊4發(fā)射出快、慢軸的微透鏡準(zhǔn)直后的偏振態(tài)為P波長為λ 3的激光21，置于PBS棱鏡上 端的半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直偏振模塊5發(fā)射出經(jīng)快、慢軸的微透鏡準(zhǔn)直后再經(jīng)過旋轉(zhuǎn)偏振 波片后偏振態(tài)為S波長為λ 2的激光22，PBS棱鏡對偏振態(tài)為P的光全透射，對偏振態(tài)為S 的光全反射，這兩束激光經(jīng)過PBS棱鏡6后，進(jìn)行偏振合束后輸出激光23。激光16經(jīng)過反射鏡全反射到達(dá)濾光鏡12，激光19經(jīng)過反射鏡全反射到達(dá)濾光鏡 12，濾光鏡可實(shí)現(xiàn)對波長為λ 1的激光全透射，對波長為λ 2的激光全反射，激光16和激光 19經(jīng)過濾光鏡12后合束為激光20 ；同理，激光23經(jīng)過反射鏡全反射后到達(dá)濾光鏡13，濾 光鏡13可實(shí)現(xiàn)波長為λ 1和波長為λ 2的激光全透射，對波長為λ 3的激光全反射，激光 20和激光23經(jīng)過濾光鏡沈后合束為激光Μ，激光M經(jīng)過聚焦透鏡3后輸出多波長激光 25?；谝陨辖Y(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型提出這種多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置的制備 方法，具體包括以下步驟1)首先準(zhǔn)備半導(dǎo)體激光器，快軸準(zhǔn)直微透鏡8和慢軸準(zhǔn)直微透鏡9 ；2)將多個(gè)半導(dǎo)體激光器垂直疊放為一維疊陣組成半導(dǎo)體激光器疊陣7，準(zhǔn)備多塊 半導(dǎo)體激光器疊陣7 ；3)在半導(dǎo)體激光器疊陣7前端安裝快軸準(zhǔn)直微透鏡8、慢軸準(zhǔn)直微透鏡9制成半 導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直模塊4 ；4)在另一半導(dǎo)體激光器疊陣7前端安裝快軸準(zhǔn)直微透鏡8、慢軸準(zhǔn)直微透鏡9和 旋轉(zhuǎn)偏振波片10制成半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直偏振模塊5 ；5)將半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直模塊4置于PBS棱鏡6前端，將半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn) 直偏振模塊5置于PBS棱鏡6上端制成半導(dǎo)體激光器疊陣偏振合束模塊1 ；6)將多個(gè)反射鏡11和濾波鏡12組成濾波模塊2 ；7)將多個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣偏振合束模塊1置于濾波模塊2前端，將聚光透鏡3 置于濾波模塊2后端，制成多波長高功率半導(dǎo)體激光器疊陣耦合系統(tǒng)。綜上所述，本實(shí)用新型的多波長高功率半導(dǎo)體激光器疊陣耦合系統(tǒng)，采用獨(dú)特的 光纖耦合技術(shù)，使得耦合光功率密度高，可實(shí)現(xiàn)多波長高功率輸出，同時(shí)，可以控制光斑的 大小和形狀。
權(quán)利要求1.一種多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置，其特征在于，包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體激 光器偏振合束模塊(1)、濾波模塊( 和聚焦透鏡(3)，所述的半導(dǎo)體疊陣偏振合束模塊(1) 置于濾波模塊( 前端，所述聚焦透鏡C3)置于濾波模塊( 后端；該裝置中還設(shè)有溫度探 測器和功率探測器；所述半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊(1)還連接有控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置，其特征在于，所述半 導(dǎo)體激光器偏振合束模塊(1)包括半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直模塊G)、半導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn) 直偏振模塊(5)、PBS棱鏡(6)；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置，其特征在于，所述半 導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直模塊由依次排列的半導(dǎo)體激光器疊陣(7)、快軸準(zhǔn)直微透鏡(8)、 慢軸準(zhǔn)直微透鏡(9)組成；所述半導(dǎo)體激光器疊陣(7)的出射激光依次經(jīng)快、慢軸準(zhǔn)直微透 鏡(8、9)后，發(fā)射出偏振態(tài)為P波長為λ的激光。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置，其特征在于，所述半 導(dǎo)體激光器疊陣準(zhǔn)直偏振模塊(5)由依次排列的半導(dǎo)體激光器疊陣(7)、快軸準(zhǔn)直微透鏡 (8)、慢軸準(zhǔn)直微透鏡(9)和波片(10)組成；所述半導(dǎo)體激光器疊陣(7)的出射激光依次經(jīng) 快、慢軸準(zhǔn)直微透鏡(8、9)和旋轉(zhuǎn)偏振波片(10)后，發(fā)射出偏振態(tài)為S波長為λ的激光。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置，其特征在于，所述 半導(dǎo)體激光器疊陣(7)由一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體激光器組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置，其特征在于，所述半 導(dǎo)體激光器偏振合束模塊(1)有一個(gè)或多個(gè)，所述濾波模塊( 包括多個(gè)全反射鏡和濾波 鏡；半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊(1)出射的激光分別經(jīng)濾波模塊O)的多個(gè)全反射鏡和濾 波鏡處理后合束為一束出射激光。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置，其特征在于，所述 聚焦透鏡(3)由一個(gè)或多個(gè)凸-凹球面透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡或曲面-平面透鏡組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多波長高功率半導(dǎo)體激光器耦合裝置，包括半導(dǎo)體激光器偏振合束模塊、濾波模塊、和聚焦透鏡，所述的半導(dǎo)體疊陣偏振合束模塊置于濾波模塊前端，所述的聚焦透鏡置于濾波模塊后端。本實(shí)用新型的多波長高功率半導(dǎo)體激光器疊陣耦合系統(tǒng)，采用獨(dú)特的光纖耦合技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多波長高功率輸出的輸出，光功率密度高，同時(shí)光斑形狀和大小可控。
文檔編號G02B27/28GK201903704SQ20102066611
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者劉興勝, 楊凱, 欒凱, 王敏, 王曉飚, 鄭艷芳 申請人:西安炬光科技有限公司