本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于非對(duì)稱光束整形的半導(dǎo)體激光模塊。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體激光器具有重量輕、體積小、效率高、可靠性好、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)不同領(lǐng)域，比如：作為光纖激光器或固體激光器的泵浦源，用于醫(yī)療領(lǐng)域、工業(yè)加工、軍事領(lǐng)域和科學(xué)研究等。

在激光熔覆、激光焊接、激光切割等行業(yè)使用半導(dǎo)體激光器時(shí)，對(duì)其光束質(zhì)量有很高的要求。

由于半導(dǎo)體激光器快慢軸方向的光束質(zhì)量相差較大，表現(xiàn)在快軸方向的光束質(zhì)量接近衍射極限，而慢軸方向的光束質(zhì)量是衍射極限的幾百倍以上，將激光光束耦合進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)光纖需要通過光束整形技術(shù)來勻化快慢軸方向的光束質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是為解決半導(dǎo)體激光疊陣快慢軸方向光束質(zhì)量相差較大，提供一種基于非對(duì)稱光束整形的半導(dǎo)體激光模塊來勻化快慢軸方向的光束質(zhì)量。

(二)技術(shù)方案

一種基于非對(duì)稱光束整形的半導(dǎo)體激光模塊，包括：光源、偏振合束組件、非對(duì)稱光束整形組件；

光源發(fā)出的光經(jīng)過偏振合束組件，偏振合束后的合束光經(jīng)非對(duì)稱光束整形組件進(jìn)行光束切割和光束重排，得到非對(duì)稱光束整形后的輸出光。

優(yōu)選地，所述非對(duì)稱光束整形組件包括：切割鏡片；所述合束光的一部分光束經(jīng)過切割鏡片并沿快軸方向平移，作為C光；另一部分光束不經(jīng)過切割鏡片，無損耗直接通過，作為D光。

優(yōu)選地，所述非對(duì)稱光束整形組件還包括：整形鏡片；所述C光入射至整形鏡片，沿慢軸方向平移并與D光合束，得到非對(duì)稱光束整形后的輸出光。

優(yōu)選地，所述光源包括：第一半導(dǎo)體激光器疊陣、第二半導(dǎo)體激光器疊陣和半波片；所述第一半導(dǎo)體激光器疊陣和第二半導(dǎo)體激光器疊陣平行放置，所述半波片位于第一半導(dǎo)體激光器疊陣發(fā)光面的前端，所述第一半導(dǎo)體激光器疊陣發(fā)出的激光經(jīng)過半波片后由P光轉(zhuǎn)變?yōu)镾光。

優(yōu)選地，所述偏振合束組件包括：第一偏振片和第二偏振片；

經(jīng)過半波片后的S光經(jīng)第一偏振片反射，反射后的光與第二半導(dǎo)體激光器疊陣發(fā)出的激光經(jīng)第二偏振片實(shí)現(xiàn)偏振合束。

優(yōu)選地，所述切割鏡片包括與快軸方向傾斜放置的長方體棱鏡。

優(yōu)選地，所述整形鏡片包括多個(gè)平行平板沿快軸方向疊加而成的棱鏡陣列。

優(yōu)選地，還包括：溫濕度電路板和/或漏水檢測線；所述溫濕度電路板用于檢測半導(dǎo)體激光模塊內(nèi)部的溫度和濕度。

優(yōu)選地，還包括：水冷底板、水冷擋板、殼底熱沉、保護(hù)罩和上蓋板；

所述第一半導(dǎo)體激光器疊陣、第二半導(dǎo)體激光器疊陣、水冷底板和保護(hù)罩設(shè)置于殼底熱沉上；

所述半波片、第一偏振片、第二偏振片、切割鏡片和整形鏡片設(shè)置于水冷底板上；

所述水冷擋板固定在水冷底板上；

所述上蓋板設(shè)置在保護(hù)罩上。

優(yōu)選地，所述保護(hù)罩上設(shè)置通氣孔，用于使半導(dǎo)體激光模塊內(nèi)部保持干燥；和/或，

所述保護(hù)罩上下表面設(shè)置凹槽，所述凹槽內(nèi)設(shè)置密封圈，用于對(duì)半導(dǎo)體激光模塊進(jìn)行密封；和/或，

所述保護(hù)罩上設(shè)置正極接線柱和負(fù)極接線柱，用于連接電源和第一半導(dǎo)體激光器疊陣、第二半導(dǎo)體激光器疊陣。

(三)有益效果

(1)本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，一種基于非對(duì)稱光束整形的半導(dǎo)體激光模塊集成度高；

(2)光束切割部分采用一塊長方體棱鏡來對(duì)光束進(jìn)行切割，經(jīng)過棱鏡的光束實(shí)現(xiàn)向上平移，未經(jīng)過棱鏡的光束直接通過，不會(huì)發(fā)生功率損耗；

(3)模塊內(nèi)設(shè)置溫度與濕度檢測、漏水檢測線和通氣孔可以對(duì)模塊內(nèi)部環(huán)境條件做到實(shí)時(shí)檢測與控制；

(4)保護(hù)罩上下表面均設(shè)置密封槽，可使一種采用非對(duì)稱光束整形技術(shù)的半導(dǎo)體激光模塊防水、防塵，能夠勝任在惡劣的環(huán)境條件下連續(xù)穩(wěn)定工作；

(5)模塊結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，成本低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種基于非對(duì)稱光束整形的半導(dǎo)體激光模塊示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于非對(duì)稱光束整形的半導(dǎo)體激光模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于非對(duì)稱光束整形的半導(dǎo)體激光模塊外部結(jié)構(gòu)第一角度側(cè)視圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于非對(duì)稱光束整形的半導(dǎo)體激光模塊外部結(jié)構(gòu)第二角度側(cè)視圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于非對(duì)稱光束整形的半導(dǎo)體激光模塊的水冷擋板示意圖。

圖6(a)為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于非對(duì)稱光束整形的半導(dǎo)體激光模塊的光路示意正視圖。

圖6(b)為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于非對(duì)稱光束整形的半導(dǎo)體激光模塊的光路示意俯視圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明提出了一種基于非對(duì)稱光束整形的半導(dǎo)體激光模塊，通過對(duì)半導(dǎo)體激光疊陣先進(jìn)行偏振合束合為一束光，再對(duì)合束后的光束進(jìn)行非對(duì)稱光束整形，最后實(shí)現(xiàn)輸出功率大于2kW，快、慢軸光束質(zhì)量之和小于60mm·mrad的半導(dǎo)體激光模塊。

快軸方向?yàn)檠丶す獐B陣發(fā)光面的短邊方向，慢軸方向?yàn)檠丶す獐B陣發(fā)光面的長邊方向。

如圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光模塊示意圖，圖2、3、4為本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光模塊不同方向的結(jié)構(gòu)圖，圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光模塊中的水冷擋板結(jié)構(gòu)圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光模塊的光路示意圖，如圖1～圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于非對(duì)稱光束整形的半導(dǎo)體激光模塊，包括第一半導(dǎo)體激光器疊陣A1和第二半導(dǎo)體激光器疊陣B2、半波片3、第一偏振片4和第二偏振片5、切割鏡片6及第一墊塊7、整形鏡片8(也可稱為重排鏡片)及第二墊塊9、水冷底板10、水冷擋板11、殼底熱沉12、保護(hù)罩13、上蓋板14、正極接線柱15、負(fù)極接線柱16、控制線接頭17、通氣孔18、水冷擋板通光孔19、保護(hù)罩通光孔20、窗口鏡21、漏水檢測線槽22、漏水檢測線、溫濕度電路板24、凹槽25、安裝孔(26、27)、殼底熱沉進(jìn)水口28、殼底熱沉出水口29、水冷底板進(jìn)出水口30和水冷擋板進(jìn)出水口31。

第一半導(dǎo)體激光器疊陣A1和第二半導(dǎo)體激光器疊陣B2、水冷底板10和保護(hù)罩13設(shè)置于殼底熱沉12上；半波片3、第一偏振片4、第二偏振片5、切割鏡片6和整形鏡片8設(shè)置于水冷底板10上；水冷擋板11設(shè)置于水冷底板10和保護(hù)罩13之間，水冷擋板11上開有安裝孔，用于固定在水冷底板10上。第一半導(dǎo)體激光器疊陣A1和第二半導(dǎo)體激光器疊陣B2平行放置，半波片3位于第一半導(dǎo)體激光器疊陣A1發(fā)光面的前端，第一偏振片4與光束傳播方向呈56.5°角用紫外膠固定于半波片3的前端，第二偏振片5與光束傳播方向呈56.5°角用紫外膠固定于第二半導(dǎo)體激光疊陣B2發(fā)光面的前端，用于實(shí)現(xiàn)A1和B2偏振合束。

切割鏡片6放置于第一墊塊7上，整形鏡片8放置于第二墊塊9上，切割鏡片6位于光寬的一半處，整形鏡片8與光束傳播方向呈45°角放置，鏡片均用紫外膠和第一、第二墊塊7和9相固定；

第一墊塊7設(shè)置有22.5°的傾角，第一墊塊7還設(shè)置安裝孔，用于固定在水冷底板10上；

第二墊塊9為金屬塊，厚度為3.5mm；第二墊塊9設(shè)置安裝孔，用于固定在水冷底板10上。

水冷擋板11設(shè)置一通光孔19(如圖5所示)，允許激光光束通過，同時(shí)濾掉雜散光，水冷擋板11內(nèi)側(cè)設(shè)置一溫濕度電路板24，可以對(duì)模塊內(nèi)部進(jìn)行溫度、濕度檢測，并與控制線接頭17相連。

保護(hù)罩13上設(shè)置有正極接線柱15和負(fù)極接線柱16，正極接線柱15的一端連接第一半導(dǎo)體激光器疊陣A1的正極，另一端連接外接電源的正極，負(fù)極接線柱16的一端連接第二半導(dǎo)體激光器疊陣B2的負(fù)極，另一端連接外接電源的負(fù)極，第一半導(dǎo)體激光器疊陣A1的負(fù)極與第一半導(dǎo)體激光器疊陣B2的正極相連，保護(hù)罩13上設(shè)置有通光孔20，通光孔20設(shè)置一窗口鏡21，該窗口鏡21為高透鏡，窗口鏡21的前后面各設(shè)置一硅膠墊圈，硅膠墊圈起到對(duì)模塊密封的作用，窗口鏡21鍍有增透膜，用于增加指定波長范圍激光的透射，保護(hù)罩上下表面均設(shè)置有凹槽25，通過在凹槽設(shè)置硅膠密封圈來對(duì)整個(gè)模塊起到密封的作用，保護(hù)罩上設(shè)置控制線接頭17，一端與內(nèi)部控制線相連，另一端與外部控制線相連，保護(hù)罩上還設(shè)置有通氣孔18，用來使模塊內(nèi)部保持干燥。

殼底熱沉12上設(shè)置漏水檢測線，漏水檢測線固定在漏水檢測線槽22中，漏水檢測線與控制線接頭17相連，殼底熱沉12上開有進(jìn)水口28和出水口29，用于與外部的水箱相連接，殼底熱沉12開有安裝孔26，用于固定第一、第二半導(dǎo)體激光器疊陣A1和B2、水冷底板10和保護(hù)罩13，上蓋板14開有安裝孔27，用于與保護(hù)罩13相固定，殼底熱沉12為不銹鋼，保護(hù)罩13和上蓋板14材料為鋁合金。

第一、第二半導(dǎo)體激光器疊陣A1和B2快慢軸方向的發(fā)散角分別為3.5mrad和26.25mrad，快慢軸方向的光寬分別為13.5mm和10mm，由光束質(zhì)量的定義，第一、第二半導(dǎo)體激光器疊陣快慢軸方向的光束質(zhì)量分別為：12mm·mrad和66mm·mrad。

圖6(a)和(b)為本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體激光模塊的光路示意圖，如圖6所示，快軸方向?yàn)檠丶す獐B陣發(fā)光面的短邊方向(FA方向)，慢軸方向?yàn)檠丶す獐B陣發(fā)光面的長邊方向(SA方向)。第一半導(dǎo)體激光器疊陣A1發(fā)出的激光先經(jīng)過半波片3由P光轉(zhuǎn)變?yōu)镾光，并以布儒斯特角56.5°入射第一偏振片4，經(jīng)第一偏振片4反射后與第二半導(dǎo)體激光器疊陣B2發(fā)出的激光均分別以56.5°入射第二偏振片5實(shí)現(xiàn)偏振合束，偏振合束后進(jìn)行非對(duì)稱光束整形，包括光束切割和光束重排兩部分。

光束切割部分包括一個(gè)與快軸方向傾斜22.5°的長方體棱鏡，即切割鏡片6，棱鏡入射面和出射面均鍍?cè)鐾改?，光束切割過程為偏振合束后的合束光一部分(C光)經(jīng)過切割鏡片，并沿快軸方向平移0.9mm，該部分光束作為C光，另一份光束(D光)不經(jīng)過切割鏡片，無損耗直接通過，該部分光束作為D光；

光束整形為經(jīng)過切割鏡片6后的光束(C光)以45°角入射到一個(gè)棱鏡陣列，即整形鏡片8，并且沿慢軸方向平移5mm與D光合為一束光，棱鏡陣列為8個(gè)平行平板間隔0.9mm垂直疊加而成，平行平板入射面和出射面均鍍有增透膜，平行平板的厚度為0.9mm。

經(jīng)過光束整形后快慢軸方向的光束質(zhì)量分別為：1/4×14.4mm×3.5mrad＝12.6mm·mrad和1/4×5mm×26.25mrad＝33mm·mrad，快慢軸方向光束質(zhì)量之和為45.6mm·mrad＜60mm·mrad；所述的半導(dǎo)體激光疊陣(A1、B2)輸出功率為1200W，經(jīng)過光束整形后模塊的輸出功率大于2kW。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。