專利名稱：一種插空排列合束的高功率半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種插空排列合束的高功率半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種高功率半導(dǎo)體激光器。
技術(shù)背景[0002]高功率半導(dǎo)體激光器，包括單芯片、陣列和疊陣型激光器，在抽運(yùn)固體激光器系統(tǒng)方面的用途不斷增加，可用于工業(yè)、軍事、醫(yī)療和直接的材料處理如焊接、切割和表面處理。 隨著激光器功率、效率、可靠性、制造力的提高，大功率半導(dǎo)體激光器涌現(xiàn)出了許多新的用途。[0003]為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器的高功率輸出，一般采用多個(gè)激光器合束方法來實(shí)現(xiàn)。目前比較常用的合束方法主要有兩種[0004]第一種是多波長合束方法，為了達(dá)到功率合成，可以通過鍍制分光膜來實(shí)現(xiàn)，原理簡單，實(shí)現(xiàn)容易，但這是針對輸出的波長寬度很寬的情況下使用，對同一種波長或范圍很窄的波段范圍輸出要求就有局限性。[0005]第二種是PBS合束方法，用于同一種或不同波長的輸出光，利用芯片偏振態(tài)的不同，鍍制PBS合束膜來實(shí)現(xiàn)功率合束。但這種方法費(fèi)用比較高，光斑尺寸會不均勻，器件的體積大，不利于產(chǎn)業(yè)化。實(shí)用新型內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型目的是提供一種方法簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉的高功率半導(dǎo)體激光器，其解決了現(xiàn)有疊陣型激光器合束方法應(yīng)用范圍有限、成本高的技術(shù)問題。[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是[0008]一種半導(dǎo)體激光器插空排列合束方法，包括第一半導(dǎo)體激光器疊陣、第二半導(dǎo)體激光器疊陣、合束裝置；所述的第一半導(dǎo)體激光器疊陣的多個(gè)巴條發(fā)出多個(gè)第一激光束與第二半導(dǎo)體激光器疊陣的多個(gè)巴條發(fā)出多個(gè)第二激光束在空間上相互插空對應(yīng)；所述多個(gè)第一激光束和所述多個(gè)第二激光束經(jīng)合束裝置分別反射和透射后進(jìn)行插空排列形成合束光。這樣，所形成的合束光的光斑大小與一個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣所形成的光斑相當(dāng)。[0009]根據(jù)上述半導(dǎo)體激光器插空排列合束方法可設(shè)計(jì)得到多種高功率半導(dǎo)體激光器。[0010]第一種插空排列合束的高功率半導(dǎo)體激光器，包括可發(fā)出多個(gè)第一激光束的第一半導(dǎo)體激光器疊陣、可發(fā)出多個(gè)第二激光束的第二半導(dǎo)體激光器疊陣、用于將多個(gè)第一激光束和多個(gè)第二激光束進(jìn)行相互插空排列合束的合束裝置；所述合束裝置包括間隔排列的多個(gè)反射片，這些反射片與所述多個(gè)第一激光束一一對應(yīng)，這些反射片之間均為空隙并與所述多個(gè)第二激光束一一對應(yīng)。[0011]第二種插空排列合束的高功率半導(dǎo)體激光器，包括可發(fā)出多個(gè)第一激光束的第一半導(dǎo)體激光器疊陣、可發(fā)出多個(gè)第二激光束的第二半導(dǎo)體激光器疊陣、用于將多個(gè)第一激光束和多個(gè)第二激光束進(jìn)行相互插空排列合束的合束裝置；所述的合束裝置包括多個(gè)反射部件和多個(gè)透射部件，反射部件與透射部件相間排列，這些反射部件與所述多個(gè)第一激光束一一對應(yīng)，這些透射部件與所述多個(gè)第二激光束一一對應(yīng)。[0012]第三種插空排列合束的高功率半導(dǎo)體激光器，包括可發(fā)出多個(gè)第一激光束的第一半導(dǎo)體激光器疊陣、可發(fā)出多個(gè)第二激光束的第二半導(dǎo)體激光器疊陣、用于將多個(gè)第一激光束和多個(gè)第二激光束進(jìn)行相互插空排列合束的合束裝置；所述合束裝置為合束元件，合束元件上設(shè)置有間隔排列的多個(gè)反射區(qū)，這些反射區(qū)與所述多個(gè)第一激光束一一對應(yīng)，這些反射區(qū)之間均為空隙并與所述多個(gè)第二激光束一一對應(yīng)。反射區(qū)的具體結(jié)構(gòu)可以采用在介質(zhì)上鍍反射膜的形式。[0013]第四種插空排列合束的高功率半導(dǎo)體激光器，包括可發(fā)出多個(gè)第一激光束的第一半導(dǎo)體激光器疊陣、可發(fā)出多個(gè)第二激光束的第二半導(dǎo)體激光器疊陣、用于將多個(gè)第一激光束和多個(gè)第二激光束進(jìn)行相互插空排列合束的合束裝置；所述合束裝置為合束元件，所述合束元件上設(shè)置有多個(gè)反射區(qū)和多個(gè)透射區(qū)，反射區(qū)與透射區(qū)相間排列，這些反射區(qū)與所述多個(gè)第一激光束一一對應(yīng)，這些透射區(qū)與所述多個(gè)第二激光束一一對應(yīng)。反射區(qū)的具體結(jié)構(gòu)可以采用在介質(zhì)上鍍反射膜的形式。[0014]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)[0015]1、本實(shí)用新型采用相間隔插空排列合束，因此第一半導(dǎo)體激光器疊陣與第二半導(dǎo)體激光器疊陣近乎處于一個(gè)高度，所以本實(shí)用新型高功率半導(dǎo)體激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小的優(yōu)點(diǎn)。[0016]2、本實(shí)用新型輸出的激光光束進(jìn)行相間隔插空排列合束，使光斑均勻化，光斑大小近似于一個(gè)疊陣的大小，由于光束滿足拉格朗日不變量的原則，因此光斑尺寸變小，光束質(zhì)量好。[0017]3、本實(shí)用新型半導(dǎo)體激光器只運(yùn)用了反射原理，因此制造成本低。[0018]4、在體積和光斑大小的限制下，為了達(dá)到更大功率的輸出，本實(shí)用新型利用兩個(gè)疊陣之間的空隙，使疊陣在排列時(shí)利用插空排列的方法，再經(jīng)過鍍膜的合束片，而達(dá)到高功率合束。[0019]5、易于調(diào)整。因?yàn)橹皇抢梅瓷浜屯干涞脑恚虼?，只需調(diào)整裝置的反射角度即可。


[0020]圖1為本實(shí)用新型的工作原理圖；[0021]圖2為本實(shí)用新型第一半導(dǎo)體激光器疊陣、第二半導(dǎo)體激光器疊陣、合束裝置的空間位置關(guān)系示意圖；[0022]圖3為本實(shí)用新型第一半導(dǎo)體激光器疊陣、第二半導(dǎo)體激光器疊陣、合束裝置的光路示意圖；[0023]圖4為本本實(shí)用新型第一種合束裝置示意圖；[0024]圖5為本實(shí)用新型第二種合束裝置示意圖；[0025]圖6為本實(shí)用新型第三種合束裝置示意圖；[0026]圖7為本實(shí)用新型第四種合束裝置示意圖。[0027]附圖標(biāo)號說明[0028]1-第一半導(dǎo)體激光器疊陣；2-第二半導(dǎo)體激光器疊陣；3-合束裝置；4-第一激光束；5-第二激光束；6-合束光；7-反射部件(反射區(qū))；8-第一種、第三種合束裝置中的空隙；9-透射部件(透射區(qū))；10-第三種合束裝置采用的一體件的合束元件；11-第四種合束裝置采用的一體件的合束元件。
具體實(shí)施方式
[0029]本實(shí)用新型半導(dǎo)體激光器插空排列合束方法[0030]包括第一半導(dǎo)體激光器疊陣、第二半導(dǎo)體激光器疊陣、合束裝置；所述的第一半導(dǎo)體激光器疊陣的多個(gè)巴條發(fā)出多個(gè)第一激光束經(jīng)過合束裝置后與第二半導(dǎo)體激光器疊陣的多個(gè)巴條發(fā)出多個(gè)第二激光束在空間上相間隔排列，進(jìn)行插空排列合束，所形成的光斑大小與一個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣所形成的光斑相當(dāng)。[0031]本實(shí)用新型原理[0032]第一半導(dǎo)體激光器疊陣經(jīng)過合束裝置時(shí)，每個(gè)巴條(bar條)的激光束光對應(yīng)合束裝置的反射位置反射輸出；[0033]第二半導(dǎo)體激光器疊陣與第一半導(dǎo)體激光器疊陣的高度錯(cuò)開半個(gè)pitch (巴條與巴條之間的距離)或半個(gè)pitch的奇數(shù)倍的間隔；[0034]第二半導(dǎo)體激光器疊陣直接透過合束裝置輸出；[0035]第一半導(dǎo)體激光器疊陣和第二半導(dǎo)體激光器疊陣經(jīng)合束裝置后，巴條的光束進(jìn)行插空排列合束。[0036]本實(shí)用新型方法的具體要求[0037]1.合束裝置的反射位置的數(shù)量可以和第一半導(dǎo)體激光器疊陣的巴條數(shù)量相對應(yīng)也可以多于或少于第一半導(dǎo)體激光器疊陣巴條的數(shù)量；[0038]2.合束裝置與第一半導(dǎo)體激光器疊陣之間的角度范圍為0° 90°，以45°為最佳；[0039]3.合束裝置可以為一體件(合束元件)，比如在一個(gè)鏡片上鍍膜等光學(xué)處理方式實(shí)現(xiàn)反射區(qū)和透射區(qū)的相間排列以滿足插空需要；也可以采用多個(gè)反射部件和透射部件拼接組成；透射部件也可以為空氣隙。[0040]圖1為本實(shí)用新型的工作原理圖，第一半導(dǎo)體激光器疊陣1發(fā)出的第一激光束4 通過合束裝置3反射，第二半導(dǎo)體激光器疊陣2發(fā)出的第二激光束5通過合束裝置3后與經(jīng)合束裝置3反射后的第一半導(dǎo)體激光器疊陣1發(fā)出的第一激光束4進(jìn)行相互插空排列合束形成合束光6，合束光6的光斑大小與一個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣所發(fā)出的激光光束形成的光斑大小相當(dāng)。[0041]圖3為本實(shí)用新型第一半導(dǎo)體激光器疊陣1、第二半導(dǎo)體激光器疊陣2、合束裝置 3的光路示意圖，第一半導(dǎo)體激光器疊陣1所發(fā)出的第一激光束4經(jīng)過合束裝置3時(shí)，每個(gè)巴條(bar條)的激光束對應(yīng)合束裝置的反射位置反射輸出，第二半導(dǎo)體激光器疊陣2與第一半導(dǎo)體激光器疊陣1的高度錯(cuò)開半個(gè)Pitch(巴條與巴條之間的距離)或半個(gè)pitch的奇數(shù)倍的間隔；第二半導(dǎo)體激光器疊陣2所發(fā)出的第二激光束5直接透過合束裝置3輸出； 第二半導(dǎo)體激光器疊陣2發(fā)出的第二激光束5經(jīng)合束裝置3后與經(jīng)合束裝置3反射的第一激光束4進(jìn)行插空排列合束形成合束光6。[0042]圖2為本實(shí)用新型第一半導(dǎo)體激光器疊陣1、第二半導(dǎo)體激光器疊陣2、合束裝置3的空間位置關(guān)系示意圖，合束裝置3與第一半導(dǎo)體激光器疊陣1之間的角度范圍為0° 90°，以45°為最佳。[0043]圖4為本實(shí)用新型第一種高功率半導(dǎo)體激光器所用的合束裝置。相應(yīng)的高功率半導(dǎo)體激光器包括可產(chǎn)生多個(gè)相互平行的第一(平面)激光束4的第一半導(dǎo)體激光器疊陣1、 可產(chǎn)生多個(gè)相互平行的第二(平面)激光束5的第二半導(dǎo)體激光器疊陣2、用于多個(gè)第一激光束4和多個(gè)第二激光束5進(jìn)行插空排列合束的合束裝置3，所述合束裝置包括與第一激光束數(shù)量一致且位置一一對應(yīng)的多個(gè)反射部件7，反射部件7之間為與所述第二激光束數(shù)量一致且位置一一對應(yīng)的空隙8。所述多個(gè)反射部件為多個(gè)平行設(shè)置的反射片。第二半導(dǎo)體激光器疊陣2中每個(gè)巴條發(fā)出的激光光束從反射部件7之間的空隙8透過后與經(jīng)反射部件 7反射后的第一半導(dǎo)體激光器疊陣中每個(gè)巴條發(fā)出的激光光束相互插空排列合束。[0044]圖5為本實(shí)用新型第二種高功率半導(dǎo)體激光器所用的合束裝置。相應(yīng)的高功率半導(dǎo)體激光器包括可產(chǎn)生多個(gè)相互平行的第一(平面)激光束4的第一半導(dǎo)體激光器疊陣1、 可產(chǎn)生多個(gè)相互平行的第二(平面)激光束5的第二半導(dǎo)體激光器疊陣2、用于多個(gè)第一激光束4和多個(gè)第二激光束5進(jìn)行插空排列合束的合束裝置3。所述合束裝置包括與第一激光束數(shù)量一致且位置一一對應(yīng)的多個(gè)反射部件7和與所述第二激光束數(shù)量一致且位置一一對應(yīng)的多個(gè)透射部件9，反射部件7與透射部件9相間排列，反射部件用于將第一半導(dǎo)體激光器疊陣1每個(gè)巴條發(fā)出的激光光束進(jìn)行反射；第二半導(dǎo)體激光器疊陣2每個(gè)巴條發(fā)出的激光光束從透射部件9通過后與經(jīng)過反射部件7反射后的第一半導(dǎo)體激光器疊陣1中每個(gè)巴條發(fā)出的激光光束相互插空排列合束。[0045]圖6為本實(shí)用新型的第三種高功率半導(dǎo)體激光器的合束裝置。相應(yīng)的高功率半導(dǎo)體激光器包括可產(chǎn)生多個(gè)相互平行的第一(平面)激光束4的第一半導(dǎo)體激光器疊陣1、可產(chǎn)生多個(gè)相互平行的第二(平面)激光束5的第二半導(dǎo)體激光器疊陣2、用于多個(gè)第一激光束4和多個(gè)第二激光束5進(jìn)行插空排列合束的合束裝置3。合束裝置是一體件的合束元件10，合束元件10上設(shè)置有與第一激光束數(shù)量一致且位置一一對應(yīng)的多個(gè)反射區(qū)(反射部件)7，具體采用在一塊介質(zhì)上間隔鍍反射膜的形式，用于將第一半導(dǎo)體激光器疊陣1發(fā)出的多個(gè)第一激光束4進(jìn)行反射；多個(gè)反射區(qū)7之間為空隙8，第二半導(dǎo)體激光器疊陣2中每個(gè)巴條發(fā)出的激光光束從反射區(qū)7之間的空隙8通過后與經(jīng)反射區(qū)7反射后的第一半導(dǎo)體激光器疊陣1中每個(gè)巴條發(fā)出的激光光束進(jìn)行相互插空排列合束。[0046]圖7為本實(shí)用新型的第四種高功率半導(dǎo)體激光器的合束裝置。相應(yīng)的高功率半導(dǎo)體激光器包括可產(chǎn)生多個(gè)相互平行的第一(平面)激光束4的第一半導(dǎo)體激光器疊陣1、可產(chǎn)生多個(gè)相互平行的第二(平面)激光束5的第二半導(dǎo)體激光器疊陣2、用于多個(gè)第一激光束4和多個(gè)第二激光束5進(jìn)行插空排列合束的合束裝置3。合束裝置是一體件的合束元件11，合束元件11上設(shè)置有與第一激光束數(shù)量一致且位置一一對應(yīng)的多個(gè)反射區(qū)(反射部件)7和與所述第二激光束數(shù)量一致且位置一一對應(yīng)的多個(gè)透射區(qū)(透射部件)9，反射區(qū)7 和透射區(qū)9可采用在一塊介質(zhì)上間隔鍍反射膜和透射膜的方式實(shí)現(xiàn)。反射區(qū)7用于將第一半導(dǎo)體激光器疊陣1每個(gè)巴條發(fā)出的激光光束進(jìn)行反射；反射區(qū)7之間為透射區(qū)9，第二半導(dǎo)體激光器疊陣2每個(gè)巴條發(fā)出的激光光束從透射區(qū)9通過后與經(jīng)過反射區(qū)7反射后的第一半導(dǎo)體激光器疊陣1中每個(gè)巴條發(fā)出的激光光束進(jìn)行相互插空排列合束。
權(quán)利要求1.一種插空排列合束的高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于包括可發(fā)出多個(gè)第一激光束的第一半導(dǎo)體激光器疊陣、可發(fā)出多個(gè)第二激光束的第二半導(dǎo)體激光器疊陣、用于將多個(gè)第一激光束和多個(gè)第二激光束進(jìn)行相互插空排列合束的合束裝置；所述合束裝置包括間隔排列的多個(gè)反射片，這些反射片與所述多個(gè)第一激光束一一對應(yīng)，這些反射片之間均為空隙并與所述多個(gè)第二激光束一一對應(yīng)。
2.一種插空排列合束的高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于包括可發(fā)出多個(gè)第一激光束的第一半導(dǎo)體激光器疊陣、可發(fā)出多個(gè)第二激光束的第二半導(dǎo)體激光器疊陣、用于將多個(gè)第一激光束和多個(gè)第二激光束進(jìn)行相互插空排列合束的合束裝置；所述的合束裝置包括多個(gè)反射部件和多個(gè)透射部件，反射部件與透射部件相間排列，這些反射部件與所述多個(gè)第一激光束一一對應(yīng)，這些透射部件與所述多個(gè)第二激光束一一對應(yīng)。
3.一種插空排列合束的高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于包括可發(fā)出多個(gè)第一激光束的第一半導(dǎo)體激光器疊陣、可發(fā)出多個(gè)第二激光束的第二半導(dǎo)體激光器疊陣、用于將多個(gè)第一激光束和多個(gè)第二激光束進(jìn)行相互插空排列合束的合束裝置；所述合束裝置為合束元件，合束元件上設(shè)置有間隔排列的多個(gè)反射區(qū)，這些反射區(qū)與所述多個(gè)第一激光束一一對應(yīng)，這些反射區(qū)之間均為空隙并與所述多個(gè)第二激光束一一對應(yīng)。
4.一種插空排列合束的高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于包括可發(fā)出多個(gè)第一激光束的第一半導(dǎo)體激光器疊陣、可發(fā)出多個(gè)第二激光束的第二半導(dǎo)體激光器疊陣、用于將多個(gè)第一激光束和多個(gè)第二激光束進(jìn)行相互插空排列合束的合束裝置；所述合束裝置為合束元件，所述合束元件上設(shè)置有多個(gè)反射區(qū)和多個(gè)透射區(qū)，反射區(qū)與透射區(qū)相間排列，這些反射區(qū)與所述多個(gè)第一激光束一一對應(yīng)，這些透射區(qū)與所述多個(gè)第二激光束一一對應(yīng)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種方法簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉的插空排列合束的高功率半導(dǎo)體激光器。該高功率半導(dǎo)體激光器包括第一半導(dǎo)體激光器疊陣、第二半導(dǎo)體激光器疊陣、合束裝置；所述的第一半導(dǎo)體激光器疊陣的多個(gè)巴條發(fā)出多個(gè)第一激光束與第二半導(dǎo)體激光器疊陣的多個(gè)巴條發(fā)出多個(gè)第二激光束在空間上相互插空對應(yīng)；所述多個(gè)第一激光束和所述多個(gè)第二激光束經(jīng)合束裝置分別反射和透射后進(jìn)行插空排列形成合束光。這樣，所形成的合束光的光斑大小與一個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣所形成的光斑相當(dāng)。解決了現(xiàn)有疊陣型激光器合束方法應(yīng)用范圍有限、成本高的技術(shù)問題。
文檔編號H01S5/40GK202260120SQ20112035725
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者劉興勝, 張艷春, 王敏, 王曉飚, 鄭艷芳 申請人:西安炬光科技有限公司