一種高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)的制作方法
【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)體激光器光纖耦合系 統(tǒng)。
【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。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。
[0003]目前要實現(xiàn)高功率光纖耦合，就必須使用多發(fā)光單元的激光巴條來實現(xiàn)高功率， 巴條功率雖大，但BPP (光參積=發(fā)光寬度半寬X發(fā)散角度半角）非常大，常規(guī)光學(xué)整形是 不能改變BPP值的，BPP大于光纖對應(yīng)的耦合BPP，將不能進(jìn)行耦合。所以目前采用如下幾 種方法進(jìn)行耦合：
[0004] (1)對激光器慢軸方向進(jìn)行切割重排后進(jìn)行光纖耦合，實現(xiàn)減小慢軸發(fā)光面，從而 減小BPP值，但是此種方法光損失大。
[0005] (2)使用BTS (斜45°雙凸陣列透鏡）進(jìn)行整形后進(jìn)行光纖耦合，原理為快軸先進(jìn) 行準(zhǔn)直，然后經(jīng)過BTS(斜45°雙凸陣列透鏡)，進(jìn)行單發(fā)光點快慢軸旋轉(zhuǎn)，快慢軸互換角度， 犧牲快軸角度變大，慢軸角度角度變小，實現(xiàn)慢軸BPP的減小，此種方法中使用BTS，原材料 昂貴。
[0006] (3)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)門M (或TM變?yōu)門E)，再與 另一部分激光進(jìn)行合束。由于半導(dǎo)體激光器的激光光源偏振度約為90%，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(jìn) 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(jìn)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】
[0007] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系 統(tǒng)，可以實現(xiàn)百瓦到千瓦光纖耦合。方案如下：
[0008] -種高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合，包括沿光路依次設(shè)置的半導(dǎo)體激光器疊陣、 微準(zhǔn)直透鏡，合束裝置，慢軸準(zhǔn)直鏡，快軸準(zhǔn)直鏡，光纖，所述的半導(dǎo)體激光器疊陣由若干個 半導(dǎo)體激光單元堆疊組成，根據(jù)堆疊高度等分為上半部分和下半部分，所述的微準(zhǔn)直透鏡 的個數(shù)與半導(dǎo)體激光器疊陣中半導(dǎo)體激光單元的個數(shù)相等，在每個半導(dǎo)體激光單元的前端 安裝有微準(zhǔn)直透鏡；所述合束裝置包括一個平行六面棱鏡和棱鏡組合，平行六面棱鏡有兩 個相鄰的側(cè)面面向半導(dǎo)體激光器疊陣出光方向，高度方向上分別對應(yīng)于所述半導(dǎo)體激光器 疊陣的上半部分、下半部分，其中平行六面棱鏡下半部分的側(cè)面與所述出光方向垂直；所 述棱鏡組合包括若干個小棱鏡，小棱鏡數(shù)量為半導(dǎo)體激光器疊陣的激光單元數(shù)量的一半， 小棱鏡的出光面均與平行六面棱鏡上半部分的側(cè)面緊密貼合，入光面均與所述出光方向垂 直，若干個棱鏡在高度方向上的位置分別對應(yīng)于半導(dǎo)體激光器疊陣的上半部分的各個半導(dǎo) 體激光單元，使得半導(dǎo)體激光器疊陣上半部分發(fā)出的激光光束依次通過棱鏡組合和平行六 面棱鏡后沿原光軸出射，半導(dǎo)體激光器疊陣下半部分發(fā)出的激光光束依次經(jīng)過平行六面棱 鏡的下端面、上端面進(jìn)行兩次全反射后與半導(dǎo)體激光器疊陣上半部分出射的激光光束相互 平行形成插空合束；所述的慢軸準(zhǔn)直鏡設(shè)置在合束裝置出光端，用于對合束裝置所合束的 光進(jìn)行慢軸方向的準(zhǔn)直；所述的快軸準(zhǔn)直鏡設(shè)置在慢軸準(zhǔn)直鏡的出光端，用于對激光進(jìn)行 快軸準(zhǔn)直，所述的光纖設(shè)置快軸準(zhǔn)直鏡出光端，經(jīng)快軸準(zhǔn)直的激光直接入射至光纖后輸出。
[0009] 基于上述基本方案，本實用新型還做如下優(yōu)化限定和改進(jìn)：
[0010] 平行六面棱鏡相鄰兩個側(cè)面的銳角夾角
【主權(quán)項】
1. 一種高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，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、微準(zhǔn)直透鏡，合束裝置，慢軸準(zhǔn)直鏡，快軸準(zhǔn)直鏡，光纖，所述的半導(dǎo)體激光 器疊陣由若干個半導(dǎo)體激光單元堆疊組成，根據(jù)堆疊高度等分為上半部分和下半部分，所 述的微準(zhǔn)直透鏡的個數(shù)與半導(dǎo)體激光器疊陣中半導(dǎo)體激光單元的個數(shù)相等，在每個半導(dǎo)體 激光單元的前端安裝有微準(zhǔn)直透鏡；所述合束裝置包括一個平行六面棱鏡和棱鏡組合，平 行六面棱鏡有兩個相鄰的側(cè)面面向半導(dǎo)體激光器疊陣出光方向，高度方向上分別對應(yīng)于所 述半導(dǎo)體激光器疊陣的上半部分、下半部分，其中平行六面棱鏡下半部分的側(cè)面與所述出 光方向垂直；所述棱鏡組合包括若干個小棱鏡，小棱鏡數(shù)量為半導(dǎo)體激光器疊陣的激光單 元數(shù)量的一半，小棱鏡的出光面均與平行六面棱鏡上半部分的側(cè)面緊密貼合，入光面均與 所述出光方向垂直，若干個棱鏡在高度方向上的位置分別對應(yīng)于半導(dǎo)體激光器疊陣的上半 部分的各個半導(dǎo)體激光單元，使得半導(dǎo)體激光器疊陣上半部分發(fā)出的激光光束依次通過棱 鏡組合和平行六面棱鏡后沿原光軸出射，半導(dǎo)體激光器疊陣下半部分發(fā)出的激光光束依次 經(jīng)過平行六面棱鏡的下端面、上端面進(jìn)行兩次全反射后與半導(dǎo)體激光器疊陣上半部分出射 的激光光束相互平行形成插空合束；所述的慢軸準(zhǔn)直鏡設(shè)置在合束裝置出光端，用于對合 束裝置所合束的光進(jìn)行慢軸方向的準(zhǔn)直；所述的快軸準(zhǔn)直鏡設(shè)置在慢軸準(zhǔn)直鏡的出光端， 用于對激光進(jìn)行快軸準(zhǔn)直，所述的光纖設(shè)置快軸準(zhǔn)直鏡出光端，經(jīng)快軸準(zhǔn)直的激光直接入 射至光纖后輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于： 平行六面棱鏡相鄰兩個側(cè)面的銳角夾角：
半導(dǎo)體激光器疊陣由偶數(shù)個半導(dǎo)體激光器單元組成，則平行六面棱鏡的厚度t和寬度 L滿足：
半導(dǎo)體激光器疊陣由奇數(shù)個半導(dǎo)體激光器單元組成，則平行六面棱鏡的厚度t和寬度 滿尸-
m為半導(dǎo)體激光器單元數(shù)量；w為相鄰兩個半導(dǎo)體激光器單元之間的間距；t為平行六 面棱鏡的厚度；L為平行六面棱鏡的寬度，η為平行六面棱鏡材料的折射率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于：所述 棱鏡組合中的小棱鏡采用三棱鏡，各個小棱鏡等間距放置，滿足以下關(guān)系： ypd I fr I /?ir ? 〇=-b · ir > d, ri I .i' I ir ; 其中d為單個半導(dǎo)體激光單元準(zhǔn)直后的光束直徑，a為三棱鏡出光面寬度，b為三棱鏡 的間距，X為三棱鏡的入射面高度，w為相鄰兩半導(dǎo)體激光器單元之間的間距。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，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微 型巴條或者巴條，或者為多個微型巴條或者巴條。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于：所述 微準(zhǔn)直透鏡組為微快軸準(zhǔn)直透鏡或者微慢軸準(zhǔn)直陣列透鏡或者為微快軸準(zhǔn)直透鏡和微慢 軸準(zhǔn)直陣列透鏡，其中，微快軸準(zhǔn)直透鏡為準(zhǔn)直D型非球面透鏡，微慢軸準(zhǔn)直陣列透鏡為陣 列柱面透鏡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于：所述 平行六面棱鏡的材料為玻璃，入射面和出射面均鍍增透膜。
【專利摘要】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)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，包括沿光路依次設(shè)置的半導(dǎo)體激光器疊陣、微準(zhǔn)直透鏡，合束裝置，慢軸準(zhǔn)直鏡，快軸準(zhǔn)直鏡，光纖。該高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)采用插空合束方法，出射光斑的均勻度非常高，且降低光積參BPP（發(fā)光面乘以發(fā)散角）的目的。此高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，可實現(xiàn)百瓦到千瓦光纖耦合輸出。
【IPC分類】H01S5-06, H01S5-40
【公開號】CN204349212
【申請?zhí)枴緾N201420863520
【發(fā)明人】蔡磊, 劉興勝, 楊凱
【申請人】西安炬光科技有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月31日