[發明專利]一種光束縮束裝置及其方法

在審

• 申請號: 202011135447.1
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112260064A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 林學春;丁兵;趙鵬飛;常亮;于海娟
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本公開提供了一種光束縮束裝置，包括：N個單管半導體激光器，用于產生N個激光束，其中，N?1個單管半導體激光器構成正多邊形陣列，另外1個單管半導體激光器位于正多邊形陣列的中心位置；N組準直鏡，分別對應于N個平行的激光束，每組準直鏡包括快軸準直鏡及慢軸準直鏡，分別用于在快軸及慢軸上對激光束進行準直，得到N個平行的激光束；N?1個平板玻璃，分別對應于正多邊形陣列中的N?1個平行激光束，用于對N?1個平行激光束進行折射，以使該N?1個平行激光束向處于中心位置的激光束匯聚。本公開還提供一種光束縮束方法。

技術領域

本公開涉及半導體激光器技術領域，具體涉及到一種光束縮束裝置及其方法。

背景技術

半導體激光器相對于其他激光器具有體積小、電光轉化效率高、壽命長、穩定性強等優點，如今光纖耦合半導體激光模塊已經廣泛應用于光纖通信、激光醫療、泵浦固體激光器，尤其是在工業加工領域，被稱為第四代光源。在材料加工領域，由于近紅外激光對有色金屬材料的加工困難，短波長的藍綠光半導體激光因材料的高吸收率成為解決這些技術困難的有效手段。例如，銅基材料對450nm藍光的吸收率是1μm激光(固體、半導體激光)吸收率的5-10倍以上，但是相對于近紅外波段的半導體激光器，藍光半導體激光器的輸出功率偏低，還達不到工業加工的要求。

通過合束的方法提升輸出功率是有效的解決方式之一。目前，一般的空間合束方法將多個半導體激光器(LD)發射單元組合為矩形的陣列發射單元進行光纖耦合，其優點是結構簡單，容易消除單元之間的暗區，缺點是矩形陣列與圓形的光纖端面不匹配，在矩形四周存在合束的空間浪費。平面最密堆積結構可以有效利用空間，進一步提升合束單元的數量，提高輸出功率，其難點在于不改變光束發射角的條件下消除發光單元之間的暗區。

發明內容

為了解決現有技術中上述問題，本公開提供了一種光束縮束裝置及其方法，其能保持光束發散角不變的情況下消除TO單管之間的發光暗區，提高合束光束的光束質量。

本公開提供了一種光束縮束裝置，該包括：

N個單管半導體激光器，用于產生N個激光束，其中，N-1個單管半導體激光器構成正多邊形陣列，另外1個單管半導體激光器位于正多邊形陣列的中心位置，N為大于等于3的整數；N組準直鏡，分別對應于N個平行的激光束，每組準直鏡包括快軸準直鏡及慢軸準直鏡，分別用于在快軸及慢軸上對激光束進行準直，得到N個平行的激光束；N-1個平板玻璃，分別對應于正多邊形陣列中的N-1個平行激光束，用于對N-1個平行激光束進行折射，以使該N-1個平行激光束向處于中心位置的激光束匯聚。

進一步地，N個激光束首先經過快軸準直鏡在其快軸上進行準直，再經過慢軸準直鏡在其慢軸上進行準直，使得激光束在其快軸和慢軸方向上的發散角減小，提升了激光束的均勻性，得到N個平行的激光束。

進一步地，N等于7，六個單管半導體激光器構成的正多邊形陣列為正六邊形陣列，另外1個單管半導體激光器位于正多邊形陣列的中心位置，其構成平面最密堆積分布。

進一步地，N個單管半導體激光器均為TO封裝的單管半導體激光器，其任意兩者的光軸距離為12～20mm。

進一步地，N-1個平板玻璃呈六面體形狀，其用于激光束射入和射出的二個端面平行。

進一步地，N-1個平行激光束向處于中心位置的激光束匯聚的距離D滿足如下條件：

其中，L為二平行端面間的距離，n為平板玻璃的折射率，θ為激光束與二平行端面之間的夾角。

進一步地，N-1個平板玻璃由對波長400～500nm高透的材料構成，其為石英材料或k9玻璃材料。

進一步地，N-1個平板玻璃中二平行端面的距離L范圍為5～50mm，激光束與二平行端面之間的夾角θ為30°～60°。