[發(fā)明專利]一種大功率半導(dǎo)體激光光源裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010161496.2
• 申請日: 2010-05-04
• 公開（公告）號: CN101854030A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧媛媛;王峙皓;甘露
• 申請（專利權(quán)）人: 長春德信光電技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40;H01S5/06
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責(zé)任公司 22001
• 代理人: 馬守忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種輸出功率可高達(dá)上千瓦的大功率半導(dǎo)體激光光源裝置。

背景技術(shù)

由于大功率半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、效率高、壽命長等優(yōu)點，已廣泛用于激光加工(打孔、切割、焊接、表面加工、材料改性等)、激光醫(yī)療(診斷、治療、手術(shù)、美容等)、激光顯示及科學(xué)研究等領(lǐng)域，已經(jīng)成為新世紀(jì)發(fā)展快、成果多、學(xué)科滲透廣、應(yīng)用范圍大的綜合性高新技術(shù)。

目前激光加工中多采用CO₂激光器，燈泵及半導(dǎo)體激光泵浦的基頻1064nmNd:YAG激光器。

CO₂激光器，通過將燃燒氣體的熱能轉(zhuǎn)化為激光能量，實現(xiàn)兆瓦級輸出，但能量效率很低(1％-2％)。氣源系統(tǒng)較笨重。

固體激光器，燈泵Nd:YAG激光器電光轉(zhuǎn)換效率只有3％，壽命1000小時，效率低，散熱困難。雖然半導(dǎo)體激光器泵浦的固體激光器(DPL)高于燈泵固體激光器，體積也明顯減小。但其電光轉(zhuǎn)換效率仍比較低，僅相當(dāng)于半導(dǎo)體激光器效率的1/3-1/2。

燈泵YAG激光器與大功率半導(dǎo)體激光光纖耦合模塊的性能差別如表1(John?M.Haake*and?Mark?S.Zediker?Nuvonyx，Inc.HeatTreating?and?Cladding?Operations?with?High-Power?DiodeLasers.Proceedings?of?SPIE?Vol.5706(SPIE，Bellingham，WA，2005).

表1

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題在于克服上述激光加工領(lǐng)域中多采用的CO₂激光器，燈泵及半導(dǎo)體激光泵浦的基頻1064nmNd:YAG激光器的體積大、能量效率低、壽命短等缺點，提供了一種大功率輸出半導(dǎo)體激光光源裝置，可直接用于激光加工裝備。

本發(fā)明涉及的大功率半導(dǎo)體激光光源裝置，采用多個百瓦級激光迭陣模塊，通過合束技術(shù)，擴(kuò)束聚焦技術(shù)，獲得大功率、高光束質(zhì)量、小發(fā)散角激光光源，從而直接應(yīng)用于激光加工領(lǐng)域。

如圖1所示，本發(fā)明提供的大功率半導(dǎo)體激光光源裝置由第一半導(dǎo)體激光迭陣1、第二半導(dǎo)體激光迭陣1′、第三半導(dǎo)體激光迭陣4、第四半導(dǎo)體激光迭陣4′；第一快軸準(zhǔn)直透鏡2、第二快軸準(zhǔn)直透鏡2′、第三快軸準(zhǔn)直透鏡5、第四快軸準(zhǔn)直透鏡5′；第一慢軸準(zhǔn)直透鏡3、第二慢軸準(zhǔn)直透鏡3′、第三慢軸準(zhǔn)直透鏡6、第四慢軸準(zhǔn)直透鏡6′；第一等腰直角三角形反射棱鏡組7、第二等腰直角三角形反射棱鏡組7′；半波片8；菱形偏振耦合棱鏡9；第一柱透鏡10、第二柱透鏡11組成的擴(kuò)束系統(tǒng)和雙膠合透鏡組成的聚焦系統(tǒng)12構(gòu)成；

所述的第一快軸準(zhǔn)直透鏡2、第二快軸準(zhǔn)直透鏡2′、第三快軸準(zhǔn)直透鏡5、第四快軸準(zhǔn)直透鏡5′分別置于第一半導(dǎo)體激光迭陣1、第二半導(dǎo)體激光迭陣1′、第三半導(dǎo)體激光迭陣4、第四半導(dǎo)體激光迭陣4′前部，進(jìn)行快軸準(zhǔn)直以降低快軸發(fā)散角；

所述的第一慢軸準(zhǔn)直透鏡3、第二慢軸準(zhǔn)直透鏡3′、第三慢軸準(zhǔn)直透鏡6、第四慢軸準(zhǔn)直透鏡6′分別置于第一快軸準(zhǔn)直透鏡2、第二快軸準(zhǔn)直透鏡2′、第三快軸準(zhǔn)直透鏡5、第四快軸準(zhǔn)直透鏡5′的前部，進(jìn)行慢軸準(zhǔn)直以降低慢軸發(fā)散角；

所述的第一半導(dǎo)體激光迭陣1、第二半導(dǎo)體激光迭陣1′、第三半導(dǎo)體激光迭陣4、第四半導(dǎo)體激光迭陣4′的構(gòu)成完全相同，均由多個相同的bar堆疊組成且偏振也完全相同；bar是水平方向長度10mm，由十幾到幾十個發(fā)光點組成的標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體激光單元；

所述的第一半導(dǎo)體激光迭陣1、第二半導(dǎo)體激光迭陣1′相互垂直放置，并且在激光快軸方向錯開一定距離(見圖2)，使得第一半導(dǎo)體激光迭陣1與第二半導(dǎo)體激光迭陣1′的高度差為構(gòu)成迭陣的兩個bar之間的高度的二分之一；

第一半導(dǎo)體激光迭陣1與第三半導(dǎo)體激光迭陣4平行放置；

第三半導(dǎo)體激光迭陣4與也第四半導(dǎo)體激光迭陣4′垂直放置，并且激光快軸方向也錯開一定距離，使得第一半導(dǎo)體激光迭陣4與第二半導(dǎo)體激光迭陣4′的高度差也為構(gòu)成迭陣的兩個bar之間的高度的二分之一；

所述的第一等腰直角三角形反射棱鏡7和第二等腰直角三角形反射棱鏡7′均由多個等腰直角三角形反射鏡組成，每個反射鏡厚度、反射鏡沿激光快軸方向排列之間間距；等腰直角三角形反射鏡沿激光器快軸方向排列而成，其高度與半導(dǎo)體激光迭陣相等；

所述的第一等腰直角三角形反射棱鏡組7和第二等腰直角三角形反射棱鏡組7′的等腰直角三角形反射鏡的斜邊平面均鍍有高反射膜；