專利名稱：用玻璃片組提高半導(dǎo)體激光疊陣快軸方向填充系數(shù)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用玻璃片組提高半導(dǎo)體激光疊陣快軸方向填充系數(shù)的裝置。
背景技術(shù)：
大功率二極管激光器陣列具有體積小、效率高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)加工中有著廣泛的應(yīng)用。堆疊多個(gè)Bar條可提高半導(dǎo)體激光器的輸出功率，從而滿足對二極管激光器輸出功率的越來越高的要求。但受到散熱的限制，堆疊多個(gè)Bar條時(shí)兩個(gè)Bar條之間的周期不能太小，往往是2mm左右。并且快軸準(zhǔn)直透鏡的高度也在I. 5mm以上。但快軸準(zhǔn)直鏡不能將光束的腰斑擴(kuò)大到自身的高度，而只是擴(kuò)大到0. 4-0. 5mm。所以疊陣輸出的光束經(jīng)過快軸準(zhǔn)直透鏡后，中間有相當(dāng)多的空隙可以再容下一個(gè)疊陣的光束。
這種情況下可以采取適當(dāng)?shù)墓馐詈戏椒?，將兩個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣的光束耦合到同一光路中，以提高疊陣輸出光束的平均亮度。本發(fā)明提高了快軸方向的填充系數(shù)，將輸出功率和亮度幾乎提高為原來的2倍。并且光路較為簡單、經(jīng)濟(jì)。光路的幾何關(guān)系也比較簡單降低了設(shè)計(jì)難度。本技術(shù)方案對光束質(zhì)量(平行度、準(zhǔn)直性)不造成明顯影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種用玻璃片組提高半導(dǎo)體激光疊陣快軸方向填充系數(shù)的裝置，其是用平行四邊形玻璃片組的全反射實(shí)現(xiàn)光束耦合技術(shù)，對多個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣的光束進(jìn)行耦合，可以提高特定光束的功率大小以及亮度大小。本發(fā)明提供一種用玻璃片組提高半導(dǎo)體激光疊陣快軸方向填充系數(shù)的裝置，包括—第一激光器陣列，其前端有多個(gè)二極管激光器；一第一快軸準(zhǔn)直鏡，其固定在第一激光器陣列的出光端；一第一平行四邊形玻璃片，其中的相鄰兩邊為45度，其位于第一快軸準(zhǔn)直鏡的前端，其一側(cè)邊的端面與第一快軸準(zhǔn)直鏡相對；一第二激光器陣列，其前端有多個(gè)二極管激光器；—第二快軸準(zhǔn)直鏡，其固定在第二激光器的出光端；一第二平行四邊形玻璃片，其中的相鄰兩邊為45度，其位于第二快軸準(zhǔn)直鏡的前端，其一側(cè)邊的端面與第二快軸準(zhǔn)直鏡相對；其中該第一平行四邊形玻璃片和第二平行四邊形玻璃片相互疊置，其遠(yuǎn)離第一快軸準(zhǔn)直鏡和第二快軸準(zhǔn)直鏡的一端對齊。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，其中圖I是平行四邊形玻璃片組光束耦合示意圖；圖2是兩個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣中每個(gè)疊陣的光束在另一個(gè)疊陣光束的發(fā)光空隙中示意圖；圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是第一實(shí)施例示意圖，其是先用平行四邊形玻璃片光束耦合，再偏振耦合；圖6是第二實(shí)施例示意圖，其是先用平行四邊形玻璃片光束耦合，再波長耦合；圖7是第三實(shí)施例示意圖，其是先偏振耦合，再用平行四邊形玻璃片光束耦合； 圖8是第四實(shí)施例示意圖，其是先波長耦合，再用平行四邊形玻璃片光束耦合；圖9是光束在平行四邊形玻璃片中全反射示意圖；圖10是平行四邊形玻璃片光束耦合前后光斑變化示意圖。
具體實(shí)施例方式請參閱圖I、圖3和圖4所示，本發(fā)明一種用玻璃片組提高半導(dǎo)體激光疊陣快軸方向填充系數(shù)的裝置，包括一第一激光器陣列I，其前端有多個(gè)二極管激光器，該第一激光器陣列I為半導(dǎo)體激光器，波長為976nm ；一第一快軸準(zhǔn)直鏡2，其固定在第一激光器陣列I的出光端，該第一快軸準(zhǔn)直鏡2為半圓柱體。對第一激光器陣列I發(fā)出的光進(jìn)行快軸準(zhǔn)直后，光束在快軸方向上的尺寸約為 0. 8mm ;一第一平行四邊形玻璃片3，其中的相鄰兩邊為45度，其位于第一快軸準(zhǔn)直鏡2的前端，其一側(cè)邊的端面與第一快軸準(zhǔn)直鏡2相對，該第一平行四邊形玻璃片3的一側(cè)邊的長度是相鄰的側(cè)邊的么倍。該第一平行四邊形玻璃片3采用K9玻璃制成，一個(gè)側(cè)邊長12mm，厚度為0. 7mm。由圖9中光束在平行四邊形玻璃片中的全反射關(guān)系，可得光束的偏移量為12mm。并且由于K9玻璃對976nm的折射率為I. 50784，全反射角為arcsinf---I =41.54°,/In 45° ；
^1.50784 J一第二激光器陣列I’，其前端有多個(gè)二極管激光器，該第二激光器陣列I’為半導(dǎo)體激光器，波長為976nm ；一第二快軸準(zhǔn)直鏡2’，其固定在第二激光器I’的出光端，該第二快軸準(zhǔn)直鏡2’為半圓柱體。對第一激光器陣列I發(fā)出的光進(jìn)行快軸準(zhǔn)直后，光束在快軸方向上的尺寸約為0. 8mm ；一第二平行四邊形玻璃片3’，其中的相鄰兩邊為45度，其位于第二快軸準(zhǔn)直鏡2’的前端，其一側(cè)邊的端面與第二快軸準(zhǔn)直鏡2’相對，該第二平行四邊形玻璃片3’的一側(cè)邊的長度是相鄰的側(cè)邊的▲倍。該第二平行四邊形玻璃片3’采用K9玻璃制成，一個(gè)側(cè)邊長12mm，厚度為0.9mm。由圖9中光束在平行四邊形玻璃片中的全反射關(guān)系，可得光束的偏移量為12mm ；第一激光器陣列I、第一快軸準(zhǔn)直鏡2和第一平行四邊形玻璃片3組成的部分與第二激光器陣列I’、第二快軸準(zhǔn)直鏡2’和第二平行四邊形玻璃片3’組成的部分平行放置，但位置在高度方向上錯(cuò)開0. 9mm。這種結(jié)構(gòu)可以以I. 8mm為周期在高度方向上疊加多個(gè)(參閱圖2和圖4)。通過這種結(jié)構(gòu)，使每個(gè)激光器陣列的光束進(jìn)入一個(gè)玻璃片。調(diào)節(jié)玻璃片位置可使兩個(gè)半導(dǎo)體疊陣的光束經(jīng)過全反射后在同一光路。其中第一激光器陣列I、第一快軸準(zhǔn)直鏡2、第一平行四邊形玻璃片3、第二激光器陣列I’、第二快軸準(zhǔn)直鏡2’和 第二平行四邊形玻璃片3’組成平行四邊形玻璃片組光束耦合基本模塊。本發(fā)明的特征在于采用銳角為45°的平行四邊形玻璃片組使兩半導(dǎo)體激光器疊陣的光束發(fā)生不同位移，實(shí)現(xiàn)兩光束的耦合。如圖2所示，半導(dǎo)體激光器疊陣由多個(gè)半導(dǎo)體激光器陣列組成。疊陣中兩個(gè)陣列間的周期為d，由于每個(gè)陣列的快軸準(zhǔn)直后的光束尺寸小于d/2，兩個(gè)疊陣中每個(gè)陣列的光束都處于另一疊陣的發(fā)光空隙中。如圖9所示，玻璃片可以通過全反射使光束發(fā)生位移。這樣，通過玻璃片可使兩個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣的光束向著相反的方向位移同樣的距離，填充陣列的光束之間的空隙，提高快軸方向上的填充系數(shù)。這樣兩個(gè)光束就耦合在一起了，從而將光束的平均亮度提高為接近原來的近2倍而基本不改變光束質(zhì)量。圖10為采用Lambda Research公司的Tracepro光線追蹤軟件進(jìn)行的模擬得出的光功率分布圖，上面是兩個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣合束前的光斑，下面為兩個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣合束后的光斑。該光束耦合裝置還可以與偏振耦合或波長耦合相結(jié)合使用，得到更大的輸出功率和亮度。實(shí)施例一請參閱圖5所示,本實(shí)施例是采用兩組基本模塊，使用兩個(gè)完全相同的平行四邊形玻璃片組光束耦合第一基本模塊4和第二基本模塊4’。兩個(gè)模塊輸出的光束都是線編振的,使它們輸出的光束傳輸方向垂直。在平行四邊形玻璃片組光束耦合模塊第一基本模塊4前面放一個(gè)半波片，使半波片的光軸與平行四邊形玻璃片組光束I禹合第一基本模塊4的光束的偏振方向成45° ,這樣光束的偏振方向就旋轉(zhuǎn)了 90°，兩個(gè)平行四邊形玻璃片組光束耦合基本模塊的光束偏振方向相互垂直。在兩光束相交處放一個(gè)偏振選擇兀件7’ (例如立方體偏振分束器PBS),兩光束在偏振兀件的對角面上一個(gè)發(fā)生全透射,一個(gè)發(fā)生全發(fā)射,從而使兩束光合在一起。實(shí)施例二如圖6所示，其與第一實(shí)施例基本相同，不同之處在于使用兩個(gè)波長不同的平行四邊形玻璃片組光束稱合第一基本模塊4和第二基本模塊4’。并且光束相交處放置的偏振選擇元件V換成波長選擇元件8，(例如分色鏡DM)，從而實(shí)現(xiàn)這兩組光束耦合。實(shí)施例三如圖7所示，其與第一實(shí)施例基本相同，不同之處在于先使用兩個(gè)經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器陣列與半波片和偏振選擇元件組成編振耦合模塊。再將平行四邊形玻璃片組光束耦合基本模塊中的兩個(gè)半導(dǎo)體激光器陣列替換為兩個(gè)偏振耦合?？?，并且使替代后偏振耦合模塊的輸出光束位置與圖3中兩半導(dǎo)體激光器疊陣的光束位置相同，形成“偏振耦合+平行四邊形玻璃片組”光束耦合形式。實(shí)施例四
如圖8所示，其與第二實(shí)施例基本相同，不同之處在于先使用波長不同的兩個(gè)經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器陣列與波長選擇元件組成波長耦合模塊。再將平行四邊形玻璃片組光束耦合基本模塊中的兩個(gè)半導(dǎo)體激光器陣列替換為兩個(gè)波長耦合模快，并且使替代后波長耦合模塊的輸出光束位置與圖3、圖4中兩半導(dǎo)體激光器疊陣的光束位置相同，形成“波長耦合+平行四邊形玻璃片組”光束耦合形式。以上僅為本發(fā)明最佳實(shí)施例，凡以本發(fā)明權(quán)利要求所進(jìn)行的等效變化和修改，都 應(yīng)該屬于本發(fā)明涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用玻璃片組提高半導(dǎo)體激光疊陣快軸方向填充系數(shù)的裝置，包括 一第一激光器陣列，其前端有多個(gè)二極管激光器； 一第一快軸準(zhǔn)直鏡，其固定在第一激光器陣列的出光端； 一第一平行四邊形玻璃片，其中的相鄰兩邊為45度，其位于第一快軸準(zhǔn)直鏡的前端，其一側(cè)邊的端面與第一快軸準(zhǔn)直鏡相對； 一第二激光器陣列，其前端有多個(gè)二極管激光器； 一第二快軸準(zhǔn)直鏡，其固定在第二激光器的出光端； 一第二平行四邊形玻璃片，其中的相鄰兩邊為45度，其位于第二快軸準(zhǔn)直鏡的前端，其一側(cè)邊的端面與第二快軸準(zhǔn)直鏡相對； 其中該第一平行四邊形玻璃片和第二平行四邊形玻璃片相互疊置，其遠(yuǎn)離第一快軸準(zhǔn)直鏡和第二快軸準(zhǔn)直鏡的一端對齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用玻璃片組提高半導(dǎo)體激光疊陣快軸方向填充系數(shù)的裝置，其中該第一激光器陣列為半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用玻璃片組提高半導(dǎo)體激光疊陣快軸方向填充系數(shù)的裝置，其中該第二激光器陣列為半導(dǎo)體激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用玻璃片組提高半導(dǎo)體激光疊陣快軸方向填充系數(shù)的裝置，其中該第一快軸準(zhǔn)直鏡為半圓柱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用玻璃片組提高半導(dǎo)體激光疊陣快軸方向填充系數(shù)的裝置，其中該第二快軸準(zhǔn)直鏡為半圓柱體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用玻璃片組提高半導(dǎo)體激光疊陣快軸方向填充系數(shù)的裝置，其中該第一平行四邊形玻璃片的一側(cè)邊的長度是相鄰的側(cè)邊的辦倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用玻璃片組提高半導(dǎo)體激光疊陣快軸方向填充系數(shù)的裝置，其中該第二平行四邊形玻璃片的一側(cè)邊的長度是相鄰的側(cè)邊的V玉倍。
全文摘要
一種用玻璃片組提高半導(dǎo)體激光疊陣快軸方向填充系數(shù)的裝置，包括一第一激光器陣列，其前端有多個(gè)二極管激光器；一第一快軸準(zhǔn)直鏡，其固定在第一激光器陣列的出光端；一第一平行四邊形玻璃片，其中的相鄰兩邊為45度，其位于第一快軸準(zhǔn)直鏡的前端，其一側(cè)邊的端面與第一快軸準(zhǔn)直鏡相對；一第二激光器陣列，其前端有多個(gè)二極管激光器；一第二快軸準(zhǔn)直鏡，其固定在第二激光器的出光端；一第二平行四邊形玻璃片，其中的相鄰兩邊為45度，其位于第二快軸準(zhǔn)直鏡的前端，其一側(cè)邊的端面與第二快軸準(zhǔn)直鏡相對；其中該第一平行四邊形玻璃片和第二平行四邊形玻璃片相互疊置，其遠(yuǎn)離第一快軸準(zhǔn)直鏡和第二快軸準(zhǔn)直鏡的一端對齊。
文檔編號(hào)H01S5/40GK102751660SQ20121016042
公開日2012年10月24日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者侯瑋, 李晉閩, 林學(xué)春, 梁浩, 王寶華, 王祥鵬, 郭渭榮, 陳凱 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所