[發明專利]空間疊加耦合高功率半導體激光疊陣系統

有效

• 申請號: 201310562384.1
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103579905A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 王春;白晉濤;任兆玉;馮曉強;曹勇;王思原;張伯陽
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40;H01S5/06
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 林兵

1.一種空間疊加高功率半導體激光疊陣系統，包括第一半導體激光疊陣（1）、第二半導體激光疊陣（2），所述第一半導體激光疊陣（1）和第二半導體激光疊陣（2）均由多個半導體激光巴條沿快軸方向疊加而成，且該兩個疊陣包含的半導體激光巴條數量相同；其特征在于，還包括第一快軸準直透鏡組（3）、第二快軸準直透鏡組（4）、第一慢軸準直透鏡列陣組（5）、第二慢軸準直透鏡列陣組（6）、周期性空間耦合鏡（7）、慢軸擴束系統（8）、聚焦鏡（9）；其中：

所述第一快軸準直透鏡組（3）和第二快軸準直透鏡組（4）均由與半導體激光疊陣中半導體激光巴條個數相同的多個準直透鏡組成；第一快軸準直透鏡組（3）中準直透鏡的數量與第一半導體激光疊陣（1）中半導體激光巴條的數量相同；第二快軸準直透鏡組（4）中準直透鏡的數量與第二半導體激光疊陣（2）中半導體激光巴條的數量相同；第一慢軸準直透鏡列陣組（5）和第二慢軸準直透鏡列陣組（6）均由多個準直透鏡列陣組成；第一慢軸準直透鏡列陣組（5）中準直透鏡列陣的數量與第一半導體激光疊陣（1）中半導體激光巴條的數量相同；第二慢軸準直透鏡列陣組（6）中準直透鏡列陣的數量與第二半導體激光疊陣（2）中半導體激光巴條的數量相同；

所述第一快軸準直透鏡組（3）中的每個準直透鏡相對于第一半導體激光疊陣（1）中對應的半導體激光巴條平行且同心放置，且兩者之間的距離為該準直透鏡的焦距；第二快軸準直透鏡組（4）中的每個準直透鏡與第二半導體激光疊陣（2）中對應的半導體激光巴條平行且同心放置，且兩者之間的距離為快軸準直透鏡的焦距；第一慢軸準直透鏡列陣組（5）的每個準直透鏡列陣相對于第一半導體激光疊陣中對應的巴條平行且同心放置，且兩者之間的距離為該慢軸準直透鏡列陣的焦距；第二慢軸準直透鏡列陣組（6）的每一個準直透鏡列陣相對于第二半導體激光疊陣中相對應的巴條平行且同心放置，且兩者之間的距離為該慢軸準直透鏡列陣的焦距；

所述第一半導體激光疊陣（1）發出的光束依次經第一快軸準直透鏡組（3）、第一慢軸準直透鏡列陣組（5）在快、慢軸方向上進行準直后成為第一平行光，第一平行光中由每個半導體激光巴條發出的光束的尺寸為二分之一巴條間距；第二半導體激光疊陣（2）發出的光束依次經第二快軸準直透鏡組（4）、第二慢軸準直透鏡列陣組（6）在快、慢軸方向進行準直后成為第二平行光，第二平行光中由每個半導體激光巴條發出的光束的尺寸為二分之一巴條間距；周期性空間耦合鏡（7）所在面與第一平行光、第二平行光的夾角均為45°，第一平行光經周期性空間耦合鏡（7）全部透過，第二平行光以垂直于第一平行光的方向到達周期性空間耦合鏡，經周期性空間耦合鏡（7）進行45°反射后，與通過周期性空間耦合鏡（7）的第一平行光同向且相互疊加，疊加光束經慢軸擴束系統（8）調整慢軸擴束倍數，最后經聚焦透鏡（9）聚焦后輸出。

2.如權利要求1所述的空間疊加高功率半導體激光疊陣系統，其特征在于，所述周期性空間耦合鏡（7）為周期性裝置，其一個周期內的上面1/2周期為45°全透，下面1/2周期45°高反，其一個周期寬度與半導體激光巴條的間距相等。

3.如權利要求2所述的空間疊加高功率半導體激光疊陣系統，其特征在于，所述周期性空間耦合鏡（7）由二分之一巴條間距寬度的多個45°反射鏡按二分之一巴條間距排列并固定為一體而成，或采用一整塊45°反射鏡用激光沿水平方向刻蝕而成。

4.如權利要求1所述的空間疊加高功率半導體激光疊陣系統，其特征在于，還包括由偏振鏡（11）、四分之一波片（12）和擋光器（13）組成的反饋光隔離保護系統，所述偏振鏡（11）和四分之一波片（12）設置在慢軸擴束系統（8）和聚焦透鏡（9）之間，偏振鏡（11）與周期性空間耦合鏡（7）平行設置，擋光器（13）設置在偏振鏡（11）的一側；經慢軸擴束系統（8）后的光束先到達偏振鏡（11），偏振鏡（11）的水平偏振的光經過四分之一波片（12）偏振方向旋轉45度，經過加工工件表面反射回來后再次通過該四分之一波片（12）偏振方向又旋轉45度，兩次通過該四分之一波片（12）偏振方向工旋轉90度，即由水平偏振變成垂直偏振，再次到達偏振鏡（11）后被高反至擋光器（13），擋光器（13）將上述光束導出。