[發明專利]半導體激光器插空排列合束方法及高功率半導體激光器

無效

• 申請號: 201110282944.9
• 申請日: 2011-09-22
• 公開（公告）號: CN102324697A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 劉興勝;張艷春;王敏;鄭艷芳;王曉飚
• 申請（專利權）人: 西安炬光科技有限公司
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 徐平

技術領域

本發明涉及一種半導體激光器合束方法及相應的高功率半導體激光器。

背景技術

高功率半導體激光器，包括單芯片、陣列和疊陣型激光器，在抽運固體激光器系統方面的用途不斷增加，可用于工業、軍事、醫療和直接的材料處理如焊接、切割和表面處理。隨著激光器功率、效率、可靠性、制造力的提高，大功率半導體激光器涌現出了許多新的用途。

為了實現半導體激光器的高功率輸出，一般采用多個激光器合束方法來實現。目前比較常用的合束方法主要有兩種：

第一種是多波長合束方法，為了達到功率合成，可以通過鍍制分光膜來實現，原理簡單，實現容易，但這是針對輸出的波長寬度很寬的情況下使用，對同一種波長或范圍很窄的波段范圍輸出要求就有局限性。

第二種是PBS合束方法，用于同一種或不同波長的輸出光，利用芯片偏振態的不同，鍍制PBS合束膜來實現功率合束。但這種方法費用比較高，光斑尺寸會不均勻，器件的體積大，不利于產業化。

發明內容

本發明目的是提供一種方法簡單、結構緊湊、成本低廉的半導體激光器插空排列合束方法及組成的高功率半導體激光器，其解決了現有疊陣型激光器合束方法應用范圍有限、成本高的技術問題。

本發明的技術解決方案是：

一種半導體激光器插空排列合束方法：包括第一半導體激光器疊陣、第二半導體激光器疊陣、合束裝置；所述的第一半導體激光器疊陣的多個巴條發出多個第一激光束與第二半導體激光器疊陣的多個巴條發出多個第二激光束在空間上相互插空對應；所述多個第一激光束和所述多個第二激光束經合束裝置分別反射和透射后進行插空排列形成合束光。這樣，所形成的合束光的光斑大小與一個半導體激光器疊陣所形成的光斑相當。

根據上述半導體激光器插空排列合束方法可設計出多種高功率半導體激光器。

第一種高功率半導體激光器，包括可發出多個第一激光束的第一半導體激光器疊陣、可發出多個第二激光束的第二半導體激光器疊陣、用于將多個第一激光束和多個第二激光束進行相互插空排列合束的合束裝置；所述合束裝置包括多個間隔設置的反射片，用于使第一半導體激光器疊陣發出的多個第一激光束經過相應的反射片進行反射；所述多個間隔設置的反射片之間為空隙，用于使第二半導體激光器疊陣發出的多個第二激光束透過相應的空隙與經過反射片反射后的多個第一激光束相互插空排列合束。

第二種高功率半導體激光器，包括可發出多個第一激光束的第一半導體激光器疊陣、可發出多個第二激光束的第二半導體激光器疊陣、用于將多個第一激光束和多個第二激光束進行相互插空排列合束的合束裝置；所述的合束裝置包括多個反射部件和多個透射部件，反射部件與透射部件相間排列，用于使第一半導體激光器疊陣發出的多個第一激光束經過相應的反射部件反射，第二半導體激光器疊陣發出的多個第二激光束透過相應的透射部件后與經過反射部件反射后的多個第一激光束相互插空排列合束。

第三種高功率半導體激光器，包括可發出多個第一激光束的第一半導體激光器疊陣、可發出多個第二激光束的第二半導體激光器疊陣、用于將多個第一激光束和多個第二激光束進行相互插空排列合束的合束裝置；所述合束裝置為合束元件，合束元件上設置有間隔排列的多個反射區，用于使第一半導體激光器疊陣發出的多個第一激光束經過相應的反射區進行反射；這些反射區之間均留有空隙，用于使第二半導體激光器疊陣發出的多個第二激光束透過相應的空隙與經過反射區反射后的多個第一激光束相互插空排列合束。

第四種高功率半導體激光器，包括可發出多個第一激光束的第一半導體激光器疊陣、可發出多個第二激光束的第二半導體激光器疊陣、用于將多個第一激光束和多個第二激光束進行相互插空排列合束的合束裝置；所述合束裝置為合束元件，所述合束元件上設置有多個反射區和多個透射區，反射區與透射區相間排列，用于使第一半導體激光器疊陣發出的多個第一激光束經過相應的反射區反射，第二半導體激光器疊陣發出的多個第二激光束透過相應的透射區后與經過反射區反射后的多個第一激光束相互插空排列合束。

本發明具有的優點：

1、本發明采用相間隔插空排列合束，因此第一半導體激光器疊陣與第二半導體激光器疊陣近乎處于一個高度，所以本發明高功率半導體激光器具有結構緊湊、體積小的優點。

2、本發明輸出的激光光束進行相間隔插空排列合束，使光斑均勻化，光斑大小近似于一個疊陣的大小，由于光束滿足拉格朗日不變量的原則，因此光斑尺寸變小，光束質量好。

3、本發明半導體激光器只運用了反射原理，因此制造成本低。