[發(fā)明專利]一種高功率半導(dǎo)體激光器的擴(kuò)束裝置

有效

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• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN103996973B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡磊;劉興勝
• 申請（專利權(quán)）人: 西安炬光科技有限公司
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40;H01S5/06
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司61211
• 代理人: 胡樂

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種高功率半導(dǎo)體激光器的激光擴(kuò)束裝置。?

背景技術(shù)

激光具有單色性好，方向性好，相干性好，亮度高的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。激光器發(fā)出的光束直徑很小，通常為1-2mm，在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域中，比如激光加工，激光檢測和激光照明等，需要使用較大直徑的激光光束，這就需要擴(kuò)束系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。在激光加工應(yīng)用中，為了提高加工效率，需要利用擴(kuò)束系統(tǒng)增大激光光斑；在激光照明應(yīng)用中，要求激光光斑較大并且均勻，需要擴(kuò)束系統(tǒng)擴(kuò)展光斑直徑,再作為光源使用。激光擴(kuò)束系統(tǒng)不但可以擴(kuò)展激光束的直徑，而且改善激光束的空間發(fā)散角，使光束的準(zhǔn)直性得到進(jìn)一步改善。?

目前常用的激光擴(kuò)束系統(tǒng)為倒伽利略結(jié)構(gòu)。倒伽利略結(jié)構(gòu)包括一個(gè)輸入的凹透鏡和一個(gè)輸出的凸透鏡，凹透鏡進(jìn)行發(fā)散，凸透鏡進(jìn)行準(zhǔn)直。這種擴(kuò)束方法中激光器發(fā)出的激光可以先加凸透鏡進(jìn)行準(zhǔn)直，再用擴(kuò)束系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)束，也可以直接通過擴(kuò)束系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)直，在小倍率的擴(kuò)束需求中，可以改善發(fā)散角和增大光斑。但是在這種方法中擴(kuò)束的光斑大小與透鏡的口徑有直接關(guān)系，擴(kuò)束光斑越大，所需要的透鏡口徑越大；并且擴(kuò)束光束大小與透鏡組間距有關(guān)，間距越大，擴(kuò)束光斑越大。如果需求較大面積的光斑，會(huì)使得擴(kuò)束系統(tǒng)鏡筒長度較長，體積較大。由于以上因素的制約，這種擴(kuò)束系統(tǒng)不適用于大倍率的擴(kuò)束，會(huì)造成系統(tǒng)體積大，使用不方便，并且透鏡的加工材料一般使用玻璃，制作大倍率擴(kuò)束的透鏡成本較高。?

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了高功率半導(dǎo)體激光器的激光擴(kuò)束裝置，可實(shí)現(xiàn)大倍率的擴(kuò)束，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積小，成本較低。根據(jù)半導(dǎo)體激光器疊陣的安裝位置提出了如下兩種技術(shù)方案：?

第一種高功率半導(dǎo)體激光器的擴(kuò)束裝置，包括沿光路依次設(shè)置的半導(dǎo)體激光器疊陣、準(zhǔn)直透鏡組和分光系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體激光器疊陣由若干個(gè)半導(dǎo)體激光單元堆疊組成，所述分光系統(tǒng)包括沿半導(dǎo)體激光器疊陣堆疊高度方向依次設(shè)置的n個(gè)分光鏡以及最后設(shè)置的一個(gè)全反射鏡，其中第1個(gè)分光鏡與半導(dǎo)體激光器疊陣堆疊高度相當(dāng)，n個(gè)分光鏡以及全反射鏡平行等間隔排列，與半導(dǎo)體激光器疊陣出光方向成30-60°設(shè)置；第1個(gè)分光鏡的透射光與其余n-1個(gè)分光鏡以及全反射鏡的反射光共同形成激光擴(kuò)束；?

n個(gè)分光鏡的光透過率不同，使得第1個(gè)分光鏡的透射光能量與其余n-1個(gè)分光鏡以及全反射鏡的反射光能量相等：?

第1個(gè)分光鏡的透過率為1/(n+1)，反射率為n/(n+1)；?

第m個(gè)分光鏡的透過率為(n-m+1)/(n-m+2)，反射率為1/(n-m+2)；?

其中，n為分光鏡總個(gè)數(shù)，m為分光鏡的排列序號，1<m≤n，排列序號按照激光依次通過的順序進(jìn)行排號。?

第二種高功率半導(dǎo)體激光器的擴(kuò)束裝置，包括沿光路依次設(shè)置的半導(dǎo)體激光器疊陣、準(zhǔn)直透鏡組和分光系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體激光器疊陣由若干個(gè)半導(dǎo)體激光單元堆疊組成，所述分光系統(tǒng)包括沿半導(dǎo)體激光器疊陣出光方向依次設(shè)置的n個(gè)分光鏡以及最后設(shè)置的一個(gè)全反射鏡，其中第1個(gè)分光鏡與半導(dǎo)體激光器疊陣堆疊高度相當(dāng)，n個(gè)分光鏡以及全反射鏡平行等間隔排列，與半導(dǎo)體激光器疊陣出光方向成30-60°設(shè)置；n個(gè)分光鏡以及全反射鏡的反射光共同形成激光擴(kuò)束；?

n個(gè)分光鏡的光透過率不同，使得n個(gè)分光鏡以及全反射鏡的反射光能量相等：?

第m個(gè)分光鏡的反射率為1/(n-m+2)，透過率為(n-m+1)/(n-m+2)；?

其中，n為分光鏡總個(gè)數(shù)，m為分光鏡的排列序號，1≤m≤n，排列序號按照激光依次通過的順序進(jìn)行排號。?

基于上述基本方案，本發(fā)明還做如下優(yōu)化限定和改進(jìn)：?

上述半導(dǎo)體激光單元為焊接在熱沉上的半導(dǎo)體激光器芯片，所述半導(dǎo)體激光器芯片為一個(gè)單管芯片、微型巴條或者巴條，或者為多個(gè)單管芯片、微型巴條或者巴條。?

上述準(zhǔn)直透鏡組包括快軸準(zhǔn)直透鏡和慢軸準(zhǔn)直透鏡兩者或兩者之一，其中，快軸準(zhǔn)直透鏡為準(zhǔn)直D型非球面透鏡，慢軸準(zhǔn)直鏡為單陣列柱面透鏡。?

上述全反射鏡的基體材料為玻璃或金屬，表面鍍高反膜；或者高反膜采用多層介質(zhì)反射膜。?

上述分光鏡的基體材料為玻璃，分光鏡表面鍍增反膜，增反膜的材料為硫化鋅-氟化鎂膜系。?

上述分光鏡與全反射鏡一起安裝在帶刻度的固定架上，固定架的材料為塑料，鋁，鋼或者銅。?

上述分光鏡的光透過率不同是采用不同規(guī)格的鍍膜實(shí)現(xiàn)。?

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：?

1)可以進(jìn)行大倍率的擴(kuò)束；?