專利名稱:半導體激光耦合勻化裝置的制作方法
技術領域:
本發明涉及激光技術領域,特別是涉及一種半導體激光耦合勻化裝置。
背景技術:
在現有技術中,光纖具有傳輸和勻化激光的作用,光纖輸出的半導體激光具有廣泛的應用領域。無論是工業激光打標、切割或全固態激光器和光纖激光器的泵浦源,都需要具有良好的光束質量、高功率密度激光光源。將半導體激光器耦合入單根光纖再輸出,可以滿足這種需求。實現高功率密度光纖輸出激光的方法有兩種:一是提高單個半導體激光器的輸出光功率密度:二是將多個半導體激光器芯片輸出的光組合后輸出。第一種方法取決于半導體激光器芯片材料的生長、設備水平的提升和制作工藝水平的進步,目前實現難度較大。第二種方法主要依賴于耦合技術的改進,實現上相對簡單,是目前獲得大功率和超大功率激光輸出的主要途徑。其實現方式有兩種:其一,將每個獨立的激光器芯片或列陣中單個激光器單元的輸出光各自耦合進入一根光纖,再將多根光纖捆綁成一束輸出。這種耦合方式相對簡單,但是光纖輸出光的有效面積比較大,光功率密度不夠高,也不能得到特定的光束模式。所以現有技術中將多根光纖捆綁成一束輸出的激光再經過聚焦鏡耦合入一根光纖輸出。其二,采用特殊光學系統將所有激光器芯片或列陣中各單元的輸出光重新排列并耦合入一根光纖,從而得到較高的功率密度,而且能得到需要的特定光束模式,目前此種方法多采用階梯熱層方式排列激光光束。但是,對于大能量,高功率的半導體激光的需求與日劇增,此種激光多是陣列形式出現。雖然采用光學鏡頭能將激光束會聚的很小,能將激光能量耦合到光纖中去。這不僅使得設計、加工、裝效光學耦合鏡頭的工藝復雜、成本高,而且耦合效率也低,更主要的是高度會聚的強激光,往往造成光纖耦合端面的永久性損壞,也就使其根本不可能進行大能量強激光耦合傳輸。雖然現有技術中將光纖的兩端設計成圓臺形式,提高了耦合效率,但光纖中段光纖較細,也有可能造成光纖的損壞。而且,此種特殊光纖的制造難度較大。
發明內容
鑒于上述問題,提出了本發明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的半導體激光耦合勻化裝置。本發明提供一種半導體激光耦合勻化裝置,包括:半導體激光器、與半導體激光器相匹配的聚焦透鏡組、以及與聚焦透鏡組相匹配的勻化棒;半導體激光器,用于發射半導體激光;聚焦透鏡組,用于對半導體激光器發射的半導體激光進行耦合;勻化棒,用于對進行耦合后的半導體激光進行勻化,得到均勻的半導體激光并輸出。優選地,半導體激光器的發光區包括一個或多個發光Bar條。優選地,半導體激光器為:未經過快軸準直的半導體激光器、或者經過快軸準直的半導體激光器。優選地,未經過快軸準直的半導體激光器的快軸方向發散角為30° 40°,慢軸方向發散角為6° 10° ;經過快軸準直的半導體激光器的快軸方向發散角為1° 5°,慢軸方向發散角為6° 10°。優選地,半導體激光器發射的半導體激光為連續型激光或脈沖型激光。優選地,聚焦透鏡組包括:一個快軸方向聚焦的柱面鏡、以及一個快軸和慢軸方向均聚焦的透鏡。優選地,半導體激光器發射的半導體激光的波長為808nm。優選地,勻化棒的長度為60mm,直徑為Imm 3mm。本發明有益效果如下:在本發明實施例中,半導體激光器發出的激光通過聚焦透鏡組耦合進入勻化棒,并通過勻化棒得到均勻的半導體激光,使得本發明實施例的半導體激光耦合勻化裝置具有結構簡單、高耦合效率、高功率、高峰值功率、以及高光束質量的優點。上述說明僅是本發明技術方案的概述,為了能夠更清楚了解本發明的技術手段,而可依照說明書的內容予以實施,并且為了讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能夠更明顯易懂,以下特舉本發明的具體實施方式
。
通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述,各種其他的優點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優選實施方式的目的,而并不認為是對本發明的限制。而且在整個附圖中,用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中:圖1是本發明實施例的半導體激光耦合勻化裝置的結構示意
圖2是本發明實施例的半導體激光耦合勻化裝置的詳解結構示意圖。
具體實施例方式下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例,然而應當理解,可以以各種形式實現本公開而不應被這里闡述的實施例所限制。相反,提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開,并且能夠將本公開的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。為了解決現有技術中的上述問題,本發明提供了一種半導體激光耦合勻化裝置,以下結合附圖以及實施例,對本發明進行進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明,并不限定本發明。根據本發明的實施例,提供了一種半導體激光耦合勻化裝置,圖1是本發明實施例的半導體激光耦合勻化裝置的結構示意圖,如圖1所示,根據本發明實施例的半導體激光耦合勻化裝置包括:半導體激光器10、與所述半導體激光器相匹配的聚焦透鏡組12、以及與所述聚焦透鏡組相匹配的勻化棒14,以下對本發明實施例的各個模塊進行詳細的說明。半導體激光器10,用于發射半導體激光;其中,半導體激光器10發射的半導體激光為連續型激光或脈沖型激光。優選地,半導體激光器10發射的半導體激光的波長為808nm,當然,也可以為其他波長。具體地,半導體激光器10的發光區包括一個或多個發光Bar條。
此外,半導體激光器10可以為未經過快軸準直的半導體激光器10、或者經過快軸準直的半導體激光器10。其中,未經過快軸準直的半導體激光器10的快軸方向發散角為30° 40°,慢軸方向發散角為6° 10° ;經過快軸準直的半導體激光器10的快軸方向發散角為1° 5°,慢軸方向發散角為6° 10°。聚焦透鏡組12,用于對半導體激光器10發射的半導體激光進行耦合;其中,聚焦透鏡組12包括:一個快軸方向聚焦的柱面鏡、以及一個快軸和慢軸方向均聚焦的透鏡。勻化棒14,用于對進行耦合后的半導體激光進行勻化,得到均勻的半導體激光并輸出。優選地,勻化棒14的長度為60mm,直徑為Imm 3mm。以下結合附圖,對本發明實施例的技術方案進行詳細說明。圖2是本發明實施例的半導體激光耦合勻化裝置的詳解結構示意圖,如圖2所示,20為半導體激光器陣列,22為準直柱面鏡,24為聚焦透鏡,26為石英勻化棒。如圖2所示,根據本發明實施例的半導體激光耦合勻化裝置包括:包含一個或多個發光Bar條、沒有經過快軸準直的高功率,大能量半導體激光器20,經過對快軸壓縮的柱面鏡22,將快軸壓縮為和慢軸發散角接近的激光,然后經聚焦透鏡24將激光聚進勻化棒26,經勻化棒輸出高光束質量的激光;或者包含一個或多個發光Bar條、經過快軸準直的高功率,大能量半導體激光器20,經過對慢軸壓縮的柱面鏡22,將慢軸壓縮為和快軸發散角接近的激光,然后經聚焦透鏡24將激光聚進勻化棒26,經勻化棒輸出高光束質量的激光。下面以包含12個Bar條,每個Bar條峰值功率150W,沒有快軸準直的半導體激光器為例對本發明實施例的技術方案進行說明。將半導體激光器20用He-Ne準直,調節半導體激光器陣列,使He-Ne光在半導體激光器20發出光斑的中心位置上。
在半導體激光器20發光面后2mm處放置快軸準直柱面鏡22,柱面鏡22為平凸柱面鏡,平面面向半導體激光器20發光面,尺寸為20mmX20mm,凸面焦距為20mm。將快軸發散角壓縮為6° 10°。調節柱面鏡22,使其中心和He-Ne光重合。在柱面鏡22后5mm處放置聚焦透鏡24,聚焦透鏡24直徑為16mm,焦距為20mm。調節聚焦透鏡24,使其中心和He-Ne光重合,鏡面垂直于He-Ne光。在聚焦透鏡24后20mm處放置勻化棒26,勻化棒26直徑為3mm,長度為60mm,前表面和后表面中心和He-Ne光重合。從上述描述可以看出,本發明實施例中的半導體激光器陣列可以是一個或多個發光Bar條,可以是高功率連續激光,也可以是大能量、高功率脈沖激光;可以經過快軸準直的,也可以是沒有經過快軸準直的,拓展了該耦合、勻化系統的適用范圍。聚焦透鏡組中的柱面鏡和聚焦透鏡相互配合,能夠使所有的半導體激光都能進入勻化棒,幾乎沒有損耗,柱面鏡和聚焦透鏡結構簡單,加工難度小。勻化棒為圓柱體石英棒,既能夠達到勻化的效果,直徑又不小,不會因為高功率,大能量聚焦而端面損壞。綜上所述,本發明實施例中的半導體激光耦合勻化裝置是結構簡單、耦合效率高、超高功率、超高峰值功率且高光束質量的激光器組件。尤其對于低重復頻率,大單脈沖能量的無水冷全固體激光器或放大器,此耦合、勻化裝置不可替代。顯然,本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣,倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內,則本發明也意圖 包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種半導體激光耦合勻化裝置,其特征在于,包括:半導體激光器、與所述半導體激光器相匹配的聚焦透鏡組、以及與所述聚焦透鏡組相匹配的勻化棒; 所述半導體激光器,用于發射半導體激光; 所述聚焦透鏡組,用于對所述半導體激光器發射的所述半導體激光進行耦合; 所述勻化棒,用于對進行耦合后的所述半導體激光進行勻化,得到均勻的半導體激光并輸出。
2.如權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述半導體激光器的發光區包括一個或多個發光Bar條。
3.如權利要求2所述的裝置,其特征在于,所述半導體激光器為:未經過快軸準直的半導體激光器、或者經過快軸準直的半導體激光器。
4.如權利要求3所述的裝置,其特征在于,所述未經過快軸準直的半導體激光器的快軸方向發散角為30° 40°,慢軸方向發散角為6° 10° ;所述經過快軸準直的半導體激光器的快軸方向發散角為1° 5。,慢軸方向發散角為6° 10°。
5.如權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述半導體激光器發射的所述半導體激光為連續型激光或脈沖型激光。
6.如權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述聚焦透鏡組包括:一個快軸方向聚焦的柱面鏡、以及一個快軸和慢軸方向均聚焦的透鏡。
7.如權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述半導體激光器發射的所述半導體激光的波長為808nm。
8.如權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述勻化棒的長度為60mm,直徑為Imm 3mm ο
全文摘要
本發明公開了一種半導體激光耦合勻化裝置。該方法包括半導體激光器、與半導體激光器相匹配的聚焦透鏡組、以及與聚焦透鏡組相匹配的勻化棒;半導體激光器,用于發射半導體激光;聚焦透鏡組,用于對半導體激光器發射的半導體激光進行耦合;勻化棒,用于對進行耦合后的半導體激光進行勻化,得到均勻的半導體激光并輸出。本發明實施例的半導體激光耦合勻化裝置具有結構簡單、高耦合效率、高功率、高峰值功率、以及高光束質量的優點。
文檔編號H01S5/06GK103227414SQ20131012035
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月9日 優先權日2013年4月9日
發明者毛小潔, 秘國江, 鄒躍, 龐慶生 申請人:中國電子科技集團公司第十一研究所