一種高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置及方法
【專利摘要】本發明是一種高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置及方法，涉及半導體激光合束領域。該裝置：n組激光單元和一個合束單元；所述激光單元包括：激光器和依次設置在所述激光器發射光束光軸上的傳輸光纖和準直器；所述合束單元包括：設置在所述激光單元輸出光束光軸上的合束鏡組，由所述合束鏡組輸出合束光束依次穿過所述合束光軸上的耦合器、合束傳輸光纖和合束輸出準直器。該方法：由不同激光器發射出的不同波長光束經傳輸光纖傳輸，由準直器準直輸出，再經合束鏡組合束、耦合器耦合和合束傳輸光纖傳輸，最后由合束輸出準直器準直輸出形成合束。本發明解決了現有半導體激光光纖耦合輸出裝置在維持光纖芯徑不變時無法做到高功率耦合輸出的問題。
【專利說明】
一種高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體激光合束領域，尤其涉及一種高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置及方法。
【背景技術】
[0002]半導體激光的高效率、長壽命、小體積和輕量等優點使其具有廣泛的應用前景。但受光束質量的限制，半導體激光很難作為直接光源應用在對功率、光束質量和亮度均有高要求的領域。針對該問題，國際上開展了一系列關于如何提高半導體激光器功率、功率密度和光束質量的研宄，激光合束技術應運而生。但是現有半導體激光合束光纖耦合輸出技術存在一個最大弊端，即無法做到在芯徑不變的前提下做到高功率的耦合輸出。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置及方法，從而解決現有技術中存在的前述問題。
[0004]為了實現上述目的，本發明是一種高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置，采用的技術方案如下:
[0005]該裝置包括:n組激光單元和一個合束單元，所述η大于等于2 ;所述激光單元包括:激光器和依次設置在所述激光器發射的激光光束光軸上的傳輸光纖和準直器；所述合束單元包括:設置在所述激光單元輸出的光束光軸上的合束鏡組，由所述合束鏡組輸出的激光合束依次穿過所述激光合束光軸上的耦合器、合束傳輸光纖和合束輸出準直器；所述合束鏡組中合束鏡的最少數量比所述激光器的數量少I。
[0006]優選地，任意兩個所述激光單元中的激光器發射的激光光束的波長不一致。
[0007]優選地，所述準直器上均有與其相對應的激光器發射的激光光束波長一致的增透膜。
[0008]優選地，所述合束傳輸光纖的芯徑與所述傳輸光纖的芯徑相同。
[0009]優選地，所述合束鏡組包括:ρ個具有反射功能的45°合束鏡、m個具有反射、透射功能的45°合束鏡，所述P大于等于0，所述m大于等于I且所述p+m大于等于I。
[0010]更優選地，所述具有反射功能的45°合束鏡的迎束面上鍍有用于反射入射激光光束的全反射膜。
[0011]更優選地，所述具有反射、透射功能的45°合束鏡的迎束面上鍍有用于反射入射激光光束的全反射膜，同時，兩個鏡面上均鍍有需透射激光光束的增透膜。
[0012]本發明是一種高功率半導體激光合束光纖耦合輸出方法，該方法具體為:
[0013]由不同激光器發射出的不同波長的光束經傳輸光纖傳輸后，由準直器準直輸出，再經過合束鏡組合束后，經親合器親合進入合束傳輸光纖，然后由合束輸出準直器準直輸出，形成激光合束。
[0014]優選地，所述合束鏡組中合束鏡上鍍有的反射膜和/或透射膜的適用波長與入射激光光束的波長一致。
[0015]優選地，所述合束鏡組中合束鏡的最少數量比所述激光器的數量少I。
[0016]本發明的有益效果是:
[0017]本發明解決了半導體激光器耦合光纖輸出能量的限制，提高半導體光纖偶和輸出的最大能量值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是實施例1中所述高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置的結構示意圖；其中，I表不激光器I，2表不激光器2，3表不激光器3，4表不傳輸光纖一號，5表不傳輸光纖二號，6表不傳輸光纖三號，7表不合束傳輸光纖，8表不準直器1，9表不準直器2，10表不準直器3，11表不親合器，12表不合束輸出準直器，13表不反射光束I的45°反射鏡，14表示反射光束2的45°反射鏡，15表示鍍有反射光束I全反射膜和鍍有透射光束3增透膜的45°鏡，16表示鍍有反射光束2全反射膜和鍍有透射合束1&3增透膜的45°鏡；
[0019]圖2是實施例2中兩束激光合束的不意圖；7表不合束傳輸光纖，11表不親合器，12表示合束輸出準直器，1-1表示光束1，2-1表示光束2，22表示合束1&2，20表示鍍有反射光束2全反射膜和鍍有透射光束I增透膜的45°鏡；
[0020]圖3是實施例3中三束激光合束的示意圖；3_1表示光束3，23表示鍍有反射光束3全反射膜和鍍有透射合束1&2增透膜的45°鏡，24表示合束1&2&3 ；
[0021]圖4是實施例3中三束激光合束的示意圖；25表示鍍有反射合束2&3全反射膜和鍍有透射光束I增透膜的45°鏡，26表示鍍有反射光束3全反射膜和鍍有透射光束2增透膜的45°鏡，27表示合束2&3，28表示合束1&2&3 ；
[0022]圖5是實施例4中四束激光合束的示意圖；4_1表示光束4，31表示鍍有反射光束4全反射膜和鍍有透射合束1&2&3增透膜的45°鏡，35表示合束1&2&3&4 ；
[0023]圖6是實施例4中四束激光合束的示意圖；50表示鍍有反射光束2全反射膜和鍍有透射光束I增透膜的45°鏡，51表示鍍有反射光束4全反射膜和鍍有透射光束3增透膜的45°鏡；52表示鍍有反射合束3&4全反射膜和鍍有透射合束1&2增透膜的45°鏡；53表示合束1&2，54表示合束3&4，55表示合束1&2&3&4 ；
[0024]圖7是實施例5中五束激光合束的不意圖；5_1表不光束5，60表不鍍有反射合束2&5全反射膜和鍍有透射光束I增透膜的45°鏡，61表示鍍有反射合束3&4全反射膜和鍍有透射合束1&2&5增透膜的45°鏡；62表示鍍有反射合束3&4全反射膜和鍍有透射合束1&2增透膜的45°鏡；63表示鍍有反射光束5全反射膜和鍍有透射光束2增透膜的45°鏡；64表不合束2&5，65表不合束3&4，66表不合束1&2&5，67表不1&2&3&4&5。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0026]實施例1
[0027]參照圖1，本實施例是一種高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置，該裝置包括:3組激光單元和一個合束單元；所述激光單元包括:激光器和依次設置在所述激光器發射的激光光束光軸上的傳輸光纖和準直器；所述合束單元包括:設置在所述激光單元輸出的光束光軸上的合束鏡組，由所述合束鏡組輸出的激光合束依次穿過所述激光合束光軸上的親合器、合束傳輸光纖和合束輸出準直器。
[0028]在本實施例中，任意兩個所述激光單元中的激光器發射的激光光束的波長不一致，即激光器I輸出的是915nm的激光光束I，在激光器I發射的激光光束I光軸上設置鍍有915nm激光45°入射全反射膜的45°反射鏡13 ;激光器2輸出的是351nm的激光光束2，在激光器2發射的激光光束2光軸上設置鍍有351nm激光45°入射全反射膜的45°反射鏡14 ;激光器3輸出的是976nm的激光光束3，在激光器3發射的激光光束3光軸上設置鍍有976nm增透膜和迎光束I的鏡面上鍍有351nm激光45°入射全反射膜的45°合束鏡15，在激光器3發射的激光光束3光軸上設置鍍有351nm、976nm增透膜和迎光束2的鏡面上鍍有915nm、976nm增透膜和351nm激光45°入射全反射膜的45°合束鏡16。
[0029]在本實施例中，所述準直器上均有與其相對應的激光器發射的激光波長相同的增透膜。即準直輸出激光器I發出的波長的準直器上鍍有351nm增透膜，準直輸出激光器2發出的波長的準直器上鍍有915nm增透膜，準直輸出激光器3發出的波長的準直器上鍍有976nm增透膜。
[0030]在本實施例中，所述耦合器前設置的合束鏡，所述合束鏡鍍有反射光束2的915nm全反射膜，鍍有透射光束I和光束3的351nm增透膜和976nm增透膜。
[0031]在本實施例中，所述激光單元中的傳輸光纖與所述合束傳輸光纖的芯徑相同；其中，所述激光器I和所述準直器8之間設置的傳輸光纖是傳輸光纖一號，所述激光器2和所述準直器9之間設置傳輸光纖二號，所述激光器3和所述準直器10之間設置傳輸光纖三號，即所述傳輸光纖一號、所述傳輸光纖二號和所述傳輸光纖三號與所述合束傳輸光纖的芯徑相同。
[0032]實施例2
[0033]本實施例是一種高功率半導體激光合束光纖耦合輸出方法，該方法具體為:
[0034]由不同激光器發射出的不同波長的光束經傳輸光纖傳輸后，由準直器準直輸出，再經過合束鏡組合束后，經親合器親合進入合束傳輸光纖，然后由合束輸出準直器準直輸出，形成激光合束。
[0035]本實施例中所述方法用到的高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置與實施例1的不同之處在于，所述激光單元的個數為2個，第一激光單元輸出的激光光軸與第二激光單元輸出的激光光軸垂直，所述合束鏡組中有兩個具有反射光束1、透射光束2的合束鏡，即為高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置。
[0036]參照圖2，兩束激光光束合束的示意圖，高功率半導體激光合束光纖耦合輸出方法是:對于兩臺輸出激光波長不同的激光器，標號為激光器I和激光器2，如圖2所示，輸出標號為光束I和光束2，第一激光單元輸出的激光光軸與第二激光單元輸出的激光光軸垂直，在光束I和光束2相交的位置放置一片兩面鍍有對光束I為45°高透過率、迎光束2 —面鍍有對激光光束2為45°高反射膜層的鏡片，標號為鏡片1&2，兩束激光入射到鏡片1&2的角度皆為45°，通過調節與激光器2相對設置的準直器的方位、角度以及鏡片1&2的角度，即可以將兩束激光合成一束激光，標記為光束1&2。
[0037]實施例3
[0038]本實施例與實施例2的不同之處在于，所述激光單元的個數為3個，所述合束鏡組中包括兩個不同的具有反射、透射的合束鏡，即為高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置。
[0039]其中，所述合束鏡的設置為以下兩種方式:
[0040]采用如圖3所述的方法一，所述合束鏡包括:反射光束2、透射光束I的45°合束鏡20，反射光束3、透射合束1&2的45°合束鏡23。其中，光束3的波長不同于激光光束I和光束2，如圖3所示，在光束3和合束1&2相交的位置放置一片兩面鍍有對光束1&2為45°高透過率、迎光束3 —面鍍有對光束3為45°高反射膜層的鏡片23，兩束激光入射到鏡片1&2&3的角度皆為45°，通過調節與激光器3相對應的準直器的方位、角度，以及鏡片1&2&3的角度，即可以將兩束激光合成一束激光，即為合束光束1&2&3。
[0041]或采用如圖4所示的方法二，所述合束鏡包括:反射合束2&3、透射光束I的45°合束鏡25，反射光束3、透射光束2的45°合束鏡26。采用實施例2中所述光束I和光束2合束的方法，將光束1&2和光束3合束成為光束1&2&3，即依照光束I和光束2合束的方法將光束3與兩束光合束結構中的任意一束光進行合束，這樣即得到光束1&2&3。
[0042]在本實施例中合束的先后順序依照各光束的波長和鏡片膜層參數而定。
[0043]實施例4
[0044]本實施例與實施例2的不同之處在于，所述激光單元為4個，所述合束鏡組中包括三個不同的具有反射、透射的合束鏡，即為高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置。
[0045]其中，三個所述合束鏡的設置為以下兩種方式:
[0046]采用如圖5所示的方法一，所述合束鏡包括:反射合束2&3、透射光束I的45°合束鏡25，反射光束3、透射光束2的45°合束鏡26，反射光束4、透射合束1&2&3的45°合束鏡31。可用光束I和光束2合束的方法將光束1&2&3和光束4合束成為光束1&2&3&4，即依照光束I和光束2合束的方法將光束4同三束光合束結構中任意一束光進行合束，這樣即可得到光束1&2&3&4。
[0047]或米用如圖6所不的方法二，所述合束鏡包括:反射光束2、透射光束I的45°合束鏡50，反射光束4、透射合束3&4的45°合束鏡51，反射合束3&4、透射合束1&2的45°合束鏡52。可以依照光束I和光束2合束的方法先將光束3和光束4合束，合束后的光束標號為光束3&4，再重復光束I和光束2合束的方法將光束1&2和光束3&4合成一束光，標號為光束1&2&3&4。
[0048]在本實施例中合束的先后順序依照各光束的波長和鏡片膜層參數而定。
[0049]實施例5
[0050]實施例與實施例2的不同之處在于，所述激光單元為5個，所述合束鏡組中包括四個不同的具有反射、透射的合束鏡，即為高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置。
[0051]其中，4個所述45°透射鏡和合束鏡的設置可按照以下方式:
[0052]參照圖7，所述合束鏡包括:反射合束2&5、透射光束I的45°合束鏡60，反射合束3&4、透射合束1&2&5的45°合束鏡61，反射光束4、透射光束3的45°合束鏡62，反射光束
5、透射光束2的45°合束鏡63。依照光束I和光束2合束的方法將光束5同四束光合束結構中任意一束光進行合束，這樣即可得到光束1&2&3&4&5，如本領域技術人員知，本領域的技術人員可按照上述合束方法將任意數量的光束合成一束光。
[0053]在本實施例中合束的先后順序依照各光束的波長和鏡片膜層參數而定。
[0054]如本領域技術人員知，通過實施例2到實施例5所述的合束方法完成合束操作后，將合束后的激光通過耦合裝置耦合到光纖中再通過準直器輸出。實施例2到實施例5中所述所有的鏡片鍍有膜層種類數量與經其透射或反射的激光波長數量相同。
[0055]通過采用本發明公開的上述技術方案，得到了如下有益的效果:
[0056]本發明解決了半導體激光器耦合光纖輸出能量的限制，提高半導體光纖偶和輸出的最大能量值。
[0057]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置，其特征在于，該裝置包括m組激光單元和一個合束單元，所述η大于等于2 ; 所述激光單元包括:激光器和依次設置在所述激光器發射的激光光束光軸上的傳輸光纖和準直器； 所述合束單元包括:設置在所述激光單元輸出的光束光軸上的合束鏡組，由所述合束鏡組輸出的激光合束依次穿過所述激光合束光軸上的耦合器、合束傳輸光纖和合束輸出準直器； 所述合束鏡組中合束鏡的最少數量比所述激光器的數量少I。
2.根據權利要求1所述高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置，其特征在于，任意兩個所述激光單元中的激光器發射的激光光束的波長不一致。
3.根據權利要求1所述高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置，其特征在于，所述準直器上均有與其相對應的激光器發射的激光光束波長一致的增透膜。
4.根據權利要求1所述高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置，其特征在于，所述合束傳輸光纖的芯徑與所述傳輸光纖的芯徑相同。
5.根據權利要求1所述高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置，其特征在于，所述合束鏡組包括Φ個具有反射功能的45°合束鏡、m個具有反射、透射功能的45°合束鏡，所述P大于等于O，所述m大于等于I且所述p+m大于等于I。
6.根據權利要求5所述高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置，其特征在于，所述具有反射功能的45°合束鏡的迎束面上鍍有用于反射入射激光光束的全反射膜。
7.根據權利要求5所述高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置，其特征在于，所述具有反射、透射功能的45°合束鏡的迎束面上鍍有用于反射入射激光光束的全反射膜，同時，兩個鏡面上均鍍有需透射激光光束的增透膜。
8.一種高功率半導體激光合束光纖耦合輸出方法，其特征在于，基于如權利要求1-7任意一項權利要求所述高功率半導體激光合束光纖耦合輸出裝置的高功率半導體激光合束光纖耦合輸出方法，該方法具體為: 由不同激光器發射出的不同波長的光束經傳輸光纖傳輸后，由準直器準直輸出，再經過合束鏡組合束后，經親合器親合進入合束傳輸光纖，然后由合束輸出準直器準直輸出，形成激光合束。
9.根據權利要求8所述高功率半導體激光合束光纖耦合輸出方法，其特征在于，所述合束鏡組中合束鏡上鍍有的反射膜和/或透射膜的適用波長與入射激光光束的波長一致。
10.根據權利要求8所述高功率半導體激光合束光纖耦合輸出方法，其特征在于，所述合束鏡組中合束鏡的最少數量比所述激光器的數量少I。
【文檔編號】H01S5/06GK104505707SQ201510004681
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月6日 優先權日:2015年1月6日
【發明者】張放 申請人:北京鐳寶光電技術有限公司