[發明專利]具有用于改變輻照度和光束尺寸的可更換模塊的二極管激光發光器

無效

• 申請號: 201280016412.3
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN103650265A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: S·K·庫奇波特拉;鄭醒明
• 申請（專利權）人: 相干公司
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40;H01S5/00;G02B27/09;B23K26/06;B23K26/073
• 代理公司: 余姚德盛專利代理事務所(普通合伙) 33239
• 代理人: 戚秋鵬

技術領域

本發明一般地涉及用于將一個或多個激光器的輸出投影成諸如具有預定寬度和高度的線的預定尺寸的光斑的光學裝置。本發明尤其涉及用于投影來自快軸二極管激光條陣列的輸出的這樣的光斑的裝置。

背景技術

存在激光輻射線的多種應用，激光輻射線被投影以在目標上形成光線。這種用于二極管激光器的線投影裝置的早期型式見于條碼閱讀器等中。然而，此處，沿著線的照射均勻度至多是次要考慮。

二極管激光器線投影裝置的后期型式被開發以用于激光打印機、圖像投影儀等中的空間光調制器（SLM）。此處，不要求光線功率極高，并且可以通過簡單的一維激光器排列（通稱為二極管激光條）來傳遞光線功率。在這些應用中沿著光線的照射均勻度是重要的。“理想的”輻射線要求在線寬度上的強度的高斯強度分布以及沿線長度的均勻的或“平坦頂部”分布。該均勻度要求促進了可提供足夠均勻度的投影光學器件的發明。這種投影光學器件的實施例描述于美國專利No.6,773,142、美國專利No.7,016,393、美國專利No.7,265,908和美國專利No.7,355,800，所有專利均已轉讓給本發明的受讓人。

用于投影預定的長度寬度比的光斑的近期應用為激光熔覆（laser?cladding）。在激光熔覆中，通過將粉末形式的層材料沉積在表面上同時用激光輻射線輻照覆蓋有粉末的表面以使流動的粉末熔化，將耐用的防護層形成在表面上，然后防護層硬化在表面上以形成層。在形成層的同時，末和輻射源在表面上方移動。更大的激光器功率提供了，能夠實現更快的層形成速度以用于任何給定光斑尺寸。典型的光斑具有大約1.0mm的寬度以及在大約3.0mm和30.0mm之間的長度，傳遞到光斑的總功率在大約2千瓦（kW）和8kW之間。

優選地，在光斑寬度上光斑具有高斯強度分布，并且在光斑長度上具有均勻的（“平坦頂部”）分布。根據照明器的光效率，要求具有可能超過大約3kW的總功率的二極管激光源。由于能夠從典型的多模二極管激光條提供的功率僅在70瓦（W）的級別上，這種3kW的源需要大約50個二極管激光條。為了提供7kW，需要100個二極管激光條。

在許多情況下，熔覆裝置的用戶可以對于用于不同熔覆操作具有對不同光斑形狀的要求，并且甚至可能在具有固定尺寸的光斑中具有對不同的功率的要求。目前，這要求不同的投影儀用于各自不同的光斑形狀。使一個投影儀能夠投影所有所需的不同光斑形狀、優選地功率可變是方便且具有成本效益的。光斑應當能夠投影到投影儀中的相同工作距離處。

發明概述

本發明涉及用于將輻射線投影成工作平面中的預定長度和寬度的光斑的光學裝置。在一個方案中，所述裝置包括多個二極管激光條陣列。每個陣列均被布置成提供激光輻射線束。二極管激光條具有長度、與長度對準的慢軸、與慢軸垂直的快軸以及與快軸和慢軸垂直的傳播軸。每個陣列中的二極管激光條被布置為沿快軸方向在彼此之上。提供對應的多個擴束器，為每個二極管激光條陣列各設一個擴束器。每個擴束器均被布置為僅沿慢軸方向擴展來自對應的二極管激光條陣列的光束。包括球面聚焦透鏡的光學布置被布置為收集慢軸擴展束并且將慢軸擴展束投影到工作平面中以形成輻射線光斑的長度。

附圖說明

并入說明書并構成本發明的一部分的附圖示意性圖示了本發明的實施例，并且與上文給出的一般性描述和下面給出的優選實施方案的詳細描述一起用于解釋本發明的原理。

圖1A是示意性地示出根據本發明的光學裝置的優選實施方案的慢軸視圖，所述光學裝置被布置為投影具有大約30毫米長度和大約1mm寬度的輻射線，該裝置：包括沿慢軸對準的六個快軸二極管激光條陣列，每個陣列具有快軸準直器排列和慢軸準直器排列；六個反向伽利略擴束器，每個二極管激光條陣列各配有一個反向伽利略擴束器，六個反向伽利略擴束器被布置為僅沿慢軸擴展；以及共用聚焦透鏡，其在快軸和慢軸上具有光功率且布置為在距透鏡預定工作距離的平面中在慢軸上擴散來自二極管激光條陣列的光束以形成線的長度并且在平面中在快軸上聚焦光束以形成線的寬度。

圖1B是示意性地示出圖1A的裝置的進一步細節的快軸視圖。

圖1C是示意性地示出作為圖1A的裝置的工作平面中的慢軸坐標的函數的計算輻照度的曲線圖。

圖2A是示出用于圖1A的裝置的二極管激光條陣列的快軸準直器和慢軸準直器的細節的等距視圖。

圖2B是示意性地示出圖1A的裝置中的快軸二極管激光條陣列的細節的等距視圖。