[發明專利]一種分層排布被動散熱二極管激光光譜合成光學裝置

有效

• 申請號: 201410492555.2
• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN104201561B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 張凱;李建民;盧飛;田飛;雒仲祥;葉一東;尹新啟;顏宏;唐淳
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S5/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 卿誠,吳彥峰

技術領域

本發明涉及激光器技術應用領域，尤其是一種分層排布被動散熱二極管激光光譜合成裝置。

背景技術

在現有技術中，公知的技術是，光譜合成技術直接利用二極管激光器組成高效率、緊湊的激光系統而不通過中間泵浦的轉換過程，可以使合成激光的光束質量與參與合成的子發光單元相當，彌補了二極管激光器光束質量較差的缺點，大大提高了二極管激光器的發光亮度。目前，現有的二極管激光光譜合成激光系統通常采用主動散熱的方法，使用微通道熱沉液冷循環方式對二極管激光線陣進行散熱，這種散熱方式的缺點是散熱系統體積大、維護保養復雜，可靠性較低，這是現有技術所存在的不足之處。

發明內容

本發明的目的，就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種分層排布被動散熱二極管激光光譜合成裝置的技術方案，該方案采用采用被動散熱方式，二極管激光線陣采用可靠性高的熱沉散熱方式，光譜合成光路采用立體排布方式，能夠減小二極管激光光譜合成激光系統的體積。

本方案是通過如下技術措施來實現的：

一種分層排布被動散熱二極管激光光譜合成裝置，包括有第一層結構底板和第二層結構底板；第一層結構底板上設置有二極管激光線陣、拼接反射鏡、平面冷板和下反射鏡；第二層結構底板上設置有上反射鏡、慢軸轉換柱透鏡、折轉反射鏡、平面光柵、外腔鏡；所述二極管激光線陣采用熱沉散熱方式，固定在平面冷板上；二極管激光線陣發出的激光束經過拼接反射鏡發射后在二極管激光線陣快軸方向上實現空間拼接，二極管激光線陣發光面與拼接后的激光束輸出面等光程排列，拼接后的激光束經過下反射鏡反射后射向上反射鏡，上反射鏡將激光束發射至慢軸轉換柱透鏡，激光束穿過慢軸轉換柱透鏡后經過折轉反射鏡發射后射向平面光柵，激光束穿過平面光柵后穿過外腔鏡輸出。

作為本方案的優選：拼接反射鏡與二極管激光線陣數量相等且一一對應，拼接反射鏡在二級激光線陣的快軸和慢軸兩個方向上都改變入射激光束的出射角。

作為本方案的優選：被下反射鏡反射的激光束在快軸方向上轉折90°入射到上反射鏡，激光束經過上反射鏡反射后光軸與第二層結構底板平行。

作為本方案的優選：平面光柵為反射平面光柵或透射平面光柵，材料為光學玻璃或光學晶體。

作為本方案的優選：第二層結構底板上設置有窗口鏡；穿過外腔鏡的激光束經過折轉反射鏡折射后從窗口鏡輸出。

作為本方案的優選：第二層結構底板上設置有整形透鏡組、聚焦透鏡組和光纖；穿過外腔鏡的激光束依次穿過整形透鏡組和聚焦透鏡組后射入光纖輸出。

作為本方案的優選：拼接反射鏡和二極管激光線陣的數量為至少1組。

本方案中光路分兩層，第一層是二極管激光線陣的空間拼接光路，第二層是二極管激光光譜合成光路，第一層和第二層之間通過兩片反射鏡實現光路連接。

第一層中，采用多片被動散熱的二極管激光線陣作為光譜合成的光源，每片二級管激光線陣上裝配有快軸準直微透鏡和慢軸準直微透鏡。二極管激光線陣分兩組，每一組先利用拼接反射鏡在二極管激光線陣快軸方向上進行空間拼接，兩組二極管激光線陣再在慢軸方向上進行拼接。每一組中的二極管激光線陣都固定在同一塊平面冷板上，二極管激光線陣發光面與拼接后的激光輸出面等光程排列，每一片二級管激光線陣各對應一塊拼接反射鏡，拼接反射鏡在二級激光線陣的快軸和慢軸兩個方向上都改變激光的出射角，二級管激光線陣發出的激光經過拼接反射鏡反射后在快軸方向實現高占空比拼接。

每一塊拼接反射鏡反射的激光在快軸方向上傾斜相同的角度，以避開后續光路中的拼接反射鏡，反射激光的角弧度θ計算公式如下：

θ=d/L

其中，d是單片二極管激光線陣的出射激光在快軸方向上的尺寸；L是同一組拼接反射鏡相互之間的中心間隔。

二極管激光線陣的數量由二極管激光光譜合成激光系統的總出光功率、光譜合成效率和二極管激光線陣的出光功率決定，其計算公式如下：

M=P_total/(P_d//η)

其中，M是二極管激光線陣的數量；P_total是合成后輸出激光總功率；P_d/是單個二極管激光線陣的輸出激光功率；η是光譜合成效率。