一種高功率半導(dǎo)體激光器合束裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型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)包括一個反射間隔膜層鏡和一個全反射鏡，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行兩次反射后與上半部分的透射光插空合束。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于激光應(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。 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，目前已 經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(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)?TM(或TM變?yōu)門E)，再與另一部分激光進行合束。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行偏振合束；當(dāng)使用半導(dǎo)體激光疊陣作為光源時，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。 實用新型內(nèi)容
[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型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] -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半導(dǎo)體激光單元堆疊組成，所述 合束系統(tǒng)包括一個反射間隔膜層鏡和一個全反射鏡，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為坐標(biāo)原點〇, Y軸方向為半導(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半導(dǎo)體激光單元堆疊 組成，所述合束系統(tǒng)包括一個反射間隔膜層鏡和一個全反射鏡，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為坐標(biāo)原點〇, Y軸方向為半導(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 射鏡的鏡面交匯點坐標(biāo)為
其中，g為反射間隔膜層鏡厚度，η為透鏡材料的折射率，w為相鄰半導(dǎo)體激光單元發(fā) 出的光束間距，d為半導(dǎo)體激光單元準(zhǔn)直后的光束直徑，m為所用到的半導(dǎo)體激光單元個 數(shù)，α為反射間隔膜層鏡與水平方向的夾角。
3. -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，另一組沿堅直方向出光；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 隔膜層鏡的交匯點為坐標(biāo)原點〇, Υ軸方向為該半導(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
其中，g為反射間隔膜層鏡厚度，η為透鏡材料的折射率，w為相鄰半導(dǎo)體激光單元發(fā)出 的光束間距，d為半導(dǎo)體激光單元準(zhǔn)直后的光束直徑，Θ為入射角弧度，α為反射間隔膜層 鏡與水平方向的夾角。
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 間隙鍍增透膜，鍍膜寬度滿足以下關(guān)系：
其中，d為半導(dǎo)體激光單元準(zhǔn)直后的光束直徑，w為相鄰半導(dǎo)體激光單元發(fā)出的光束間 距，a增透膜區(qū)寬度，b為反射膜區(qū)寬度。
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單管芯片、 微型巴條或者巴條，或者為多個單管芯片、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】G02B27/10GK203871654SQ201420237852
【公開日】2014年10月8日 申請日期: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 申請人:西安炬光科技有限公司