包括光學泵浦擴展腔激光器的激光設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及包括擴展腔激光器的激光設備。擴展腔激光器優選地是光學栗浦垂直外腔表面發射激光設備，其包括至少一個垂直外腔表面發射激光器(VECSEL)和若干栗浦激光器，其中所述栗浦激光器布置成通過在反射鏡元件處反射栗浦輻射來光學栗浦VECSEL的有源區。栗浦激光器中的至少兩個可以獨立地開關，使得可以影響所發射的(多個)激光射束的形狀和/或擴展。
【背景技術】
[0002]光學栗浦VECSEL或半導體盤形激光器(SDL)以高明亮度、窄帶寬和短激光脈沖提供了針對中等激光功率的緊湊且低成本的解決方案。標準盤形激光器需要栗浦激光器和栗浦激光器光學器件關于激光諧振器的光學模式的精確對準。此外，這樣的光學栗浦VECSEL或SDL的應用，比如計算機直接制版打印或選擇性激光熔融，通常要求大量努力以便使得能夠實現可以借助于所發射的激光射束處理的可接受的工作空間。
【發明內容】
[0003]因而，本發明的目的是提供一種改進的激光設備以及包括這樣的激光設備的改進的激光系統。
[0004]根據第一方面，提供一種激光設備。激光設備包括至少兩個栗浦激光器。栗浦激光器優選地是激光二極管，比如邊緣發射激光二極管或者垂直腔表面發射激光(VCSEL) 二極管。至少兩個栗浦激光器中的至少第一個適配成與至少兩個栗浦激光器中的至少第二栗浦激光器獨立地發射栗浦射束。栗浦激光器中的至少兩個可以彼此獨立地接通和關斷。此外，栗浦射束的功率可以獨立地控制，使得例如第一栗浦激光器發射最大功率的栗浦射束，但是第二栗浦激光器發射可以由第二栗浦激光器發射的最大功率的50%的獨立栗浦射束。激光設備還包括增益元件、栗浦反射鏡和擴展腔反射鏡以用于與增益元件一起構建擴展腔激光器。栗浦反射鏡布置成將第一栗浦激光器的栗浦射束重定向到增益元件上的第一栗浦斑點，并且將第二栗浦激光器的栗浦射束重定向到增益元件上的第二栗浦斑點，其中第二栗浦斑點至少部分地包括與第一栗浦斑點不同的增益元件上的區域。激光設備優選地適配成發射至少兩個獨立的激光射束。栗浦反射鏡的反射率優選地盡可能高(例如>99.9%)以便最小化損失并且避免借助于栗浦射束對栗浦反射鏡的非必要加熱。擴展腔反射鏡的反射率適配成使得啟用與增益元件組合的激光發射。反射率還取決于由激光設備發射的激光射束是否通過擴展腔反射鏡來發射。擴展腔反射鏡的反射率優選地在90%和99.5%之間的范圍中，如果激光射束通過擴展腔反射鏡發射以便使得能夠實現激光發射的話。反射率還可以取決于例如半導體激光器中的有源層周圍的反射鏡層(所謂的內腔)的反射率而低于90%。反射率優選地高于99.9%，如果激光射束不是通過擴展腔反射鏡發射的話。第一和第二栗浦激光器的栗浦射束借助于栗浦反射鏡而重定向，使得栗浦斑點不重疊或者栗浦斑點中的至少一個與另一栗浦斑點不相同。后者意味著例如在兩個栗浦斑點的情況下 -栗浦斑點重疊，但是兩個栗浦斑點包括僅借助于一個栗浦激光器來栗浦的區域，或者
-第一栗浦斑點由第二栗浦斑點所包括，但是第二栗浦斑點包括不被第一栗浦激光器栗浦的區域。
[0005]該原理可以推廣到三個、四個、五個或者眾多獨立的栗浦射束。栗浦斑點在這方面意味著增益元件的有源層的限定體積在光學上借助于對應的一個或多個栗浦激光器所發射的相應栗浦射束來栗浦。
[0006]第一和第二栗浦斑點優選地包括增益元件上的不同區域使得激光設備適配成發射至少兩個激光射束，所述激光射束不重疊。由激光設備發射的兩個、三個、四個或者更多獨立的激光射束可以用于擴展激光設備的工作空間。常規激光模塊通常必須對工作空間進行尋址，該工作空間隨著激光模塊的擴展而更大得多。激光模塊因而必須移動以便對工作空間進行尋址，或者必須提供掃描儀系統以便將激光射束重定向到所意圖的工作空間。移動激光模塊或者提供掃描儀系統增加總體系統的尺寸。提供可以獨立操縱的獨立激光射束因而可以降低關于用于移動激光設備的機械系統或者關于掃描儀系統的需求，或者甚至完全避免這樣的系統或掃描儀。此外，由激光設備發射的獨立激光射束之間的間距可以取決于增益元件的尺寸而小于Imm或者甚至小于ΙΟΟμπι。因而可以可能的是借助于具有高分辨率的激光設備來提供可單獨尋址的平行激光射束，這可以減少關于機械支持系統或掃描儀的需求。在可單獨尋址但是發散的激光射束的情況下，可以可能的是輻照工作空間的寬廣區域而不需要機械支持系統或掃描儀。
[0007]在可替換方案中，第一栗浦斑點與第二栗浦斑點重疊。由激光設備發射的兩個、三個、四個或者更多獨立的激光射束可以用于適配由激光設備發射的激光射束的形狀和/或射束輪廓。若干栗浦斑點的行可以重疊使得激光射束輻照線條。可替換地，第一圓形栗浦斑點可以是第二更大的圓形栗浦斑點的部分，使得可以將激光射束的射束輪廓從例如高斯型影響成頂帽型(top-hat)或者反之亦然。在具有重疊栗浦斑點的栗浦射束的接連或者交替激勵的情況下，能量可以借助于激光輻照而以精細分辨率沉積。每一個激光射束的絕對激光功率可以借助于相應栗浦射束的功率來適配，并且此外，每一個栗浦射束的脈沖持續時間可以用于提供重疊輻照區域使得每個區域和時間的能量沉積可以以精確方式來調節。后者對于打印應用可能是有利的，比如計算機直接制版打印和3D打印(例如快速原型制作)。
[0008]栗浦激光器的部分可以分組在一起使得經分組的栗浦激光器適配成同時發射栗浦射束。兩個、三個、四個或者更多的栗浦激光器可以通過耦合使得栗浦射束被同時發射。栗浦斑點可以重疊。在該情況下，例如，重疊的栗浦斑點的環可以用于發射管狀激光射束。獨立的激光射束可以布置在管狀激光射束的中心。栗浦射束的分組還可以用于通過提供單個栗浦激光器可以提供的功率的兩倍、三倍或者例如四倍的功率來增加栗浦功率。相同原理可以使用在非重疊栗浦斑點的情況下。栗浦激光器和栗浦反射鏡可以例如布置成使得提供棋盤圖案，其中“白色”栗浦斑點分組在一起并且“黑色”栗浦斑點分組在一起。“白色”栗浦斑點和“黑色”栗浦斑點在該情況下可以用于以小的間距提供同時發射的激光射束的兩個獨立的子圖案。可以例如在打印應用中提供的每個區域的能量因而可以以容易的方式可適配。
[0009]栗浦反射鏡和擴展腔反射鏡是一個第一光學元件的部分。栗浦反射鏡和擴展腔反射鏡在機械上耦合使得二者關于彼此自動調節。栗浦激光器和增益元件圍繞第一光軸對稱地布置在具有增益元件的公共熱沉上，所述第一光軸延伸穿過增益元件的中心。第一光學元件包括延伸到擴展腔反射鏡的中心的第二光軸。第一和第二光軸之間的小傾斜角可能不會造成問題，因為傾斜角對于擴展腔反射鏡和栗浦反射鏡是相同的。此外，不可能存在擴展腔反射鏡與栗浦反射鏡之間的橫向偏移，因為二者是一個第一光學元件的部分。
[0010]擴展腔反射鏡可以包括子反射鏡，其中每一個子反射鏡對應于一個栗浦斑點使得每一個子反射鏡適配成使諧振射束聚焦于相應栗浦斑點。子反射鏡可以是拋物面的或者可以是球體的部分。彎曲的子反射鏡可以在該情況下用于使諧振射束聚焦于增益元件上的相應栗浦斑點以便以栗浦斑點之間的小間距提供獨立并且優選地平行的激光射束。
[0011]擴展腔反射鏡在可替換方案中可以是平坦的。增益元件在該情況下可以以使得栗浦斑點對應于熱學透鏡的方式來布置，使得諧振射束聚焦于平坦的擴展腔反射鏡。替代于彎曲的子反射鏡，可以使用熱學透鏡來聚焦諧振射束以便以栗浦斑點之間的小間距提供獨立并且優選地平行的激光射束。
[0012]第一光學元件可以在面向增益元件的第一光學元件的側面上包括聚焦透鏡的陣列并且在從增益元件移開的第一光學元件的側面上包括平坦的擴展腔反射鏡。諧振射束在該情況下可以借助