半導(dǎo)體激光合束裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種半導(dǎo)體激光合束裝置，包括：半導(dǎo)體激光堆陣，以及沿光路依次設(shè)置的快軸準(zhǔn)直鏡組、第一柱面鏡、第一衍射光柵、第二柱面鏡，和窄條部分反射鏡，所述第一衍射光柵放置為與所述第一柱面鏡的光軸成30-60°的角度。本發(fā)明的利用窄條部分反射鏡進(jìn)行外腔反饋，結(jié)合多點(diǎn)波譜合束，有效改善了半導(dǎo)體激光光束質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體激光合束裝置
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種半導(dǎo)體激光合束裝置。
【【背景技術(shù)】】
[0002]高功率激光器在工業(yè)加工領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來(lái)越大，目前所用的高功率激光器有全固態(tài)激光器、光纖激光器、半導(dǎo)體激光器等。半導(dǎo)體激光器具有電光轉(zhuǎn)換效率高、體積小、可靠性高和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，被眾多再制造、加工領(lǐng)域所青睞。
[0003]然而，半導(dǎo)體激光器的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其光束質(zhì)量不好，快慢軸方向的光參數(shù)積極不均衡，快軸方向接近衍射極限，而慢軸方向的光束質(zhì)量極差，嚴(yán)重制約了其更廣的應(yīng)用范圍。
[0004]亟需一種能夠兼具光束質(zhì)量好、電光效率高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)的激光光源。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的是至少解決以上問(wèn)題之一，改善半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為一種半導(dǎo)體激光合束裝置，包括半導(dǎo)體激光堆陣，以及沿光路依次設(shè)置的快軸準(zhǔn)直鏡組、第一柱面鏡、第一衍射光柵、第二柱面鏡，和窄條部分反射鏡，所述第一衍射光柵放置為與所述第一柱面鏡的光軸成30-60°的角度。
[0007]所述第一衍射光柵的光柵密度可以在1000-1800線/_的范圍，例如可以為1200線 /mm。
[0008]所述第一衍射光柵可以為透射型光柵，例如透射型相位光柵，或?yàn)榉瓷湫凸鈻?，例如反射型閃爍光柵。
[0009]一些實(shí)施方案中，所述半導(dǎo)體激光合束裝置還包括在所述第一衍射光柵與所述第二柱面鏡之間的第二衍射光柵。
[0010]一些實(shí)施方案中，所述衍射光柵為透射型衍射光柵，并且還包括設(shè)置在所述第一衍射光柵之后的全反射鏡，所述第一衍射光柵和所述第二衍射光柵為同一衍射光柵，所述第一柱面鏡和所述第二柱面鏡為同一柱面鏡。
[0011]所述全反射鏡可以被放置為以1° -5°的偏移角，反射入射到所述全反射鏡的激光束。
[0012]一些實(shí)施方案中，所述第一衍射光柵為反射型光柵，所述第一柱面鏡與所述第二柱面鏡為同一柱面鏡，并且所述衍射光柵具有在1° -5°范圍可調(diào)的角度，以1° -5°的偏移角反射來(lái)自所述第一柱面鏡的激光束。
[0013]所述窄條部分反射鏡的反射區(qū)域?qū)挾瓤梢詾?0Um-200Um，其反射區(qū)域可以為矩形分布或高斯型分布。
[0014]本發(fā)明利用外腔反饋原理，結(jié)合多點(diǎn)波譜合束，產(chǎn)生超高亮度半導(dǎo)體激光。使用窄條部分反射鏡起空間濾波的作用，可以有效地消除相鄰子激光器間串?dāng)_反饋的影響，保證合束光斑的單峰性，經(jīng)過(guò)窄條反射腔鏡出射的激光為自動(dòng)合束的激光，從而顯著改善半導(dǎo)體激光光束的質(zhì)量。
【【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】】
[0015]圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光合束裝置的立體示意圖。
[0016]圖2是圖1的半導(dǎo)體激光合束裝置的平面示意圖。
[0017]圖3是根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體激光合束裝置的立體示意圖。
[0018]圖4是圖3的半導(dǎo)體激光合束裝置的平面示意圖。
[0019]圖5是根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體激光合束裝置的立體示意圖。
[0020]圖6是圖5的半導(dǎo)體激光合束裝置的平面示意圖。
[0021]圖7是窄條部分反射腔鏡的示意圖。
[0022]圖8是窄條部分反射腔鏡的反射率曲線。
【【具體實(shí)施方式】】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]圖1和圖2分別為本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光合束裝置的立體和平面示意圖。從圖中可見，半導(dǎo)體激光合束裝置由半導(dǎo)體激光堆陣1、快軸準(zhǔn)直鏡組2、第一柱面鏡3、衍射光柵4、第二柱面鏡5、窄條部分反射鏡6組成，合束后的激光束從窄條反射鏡6輸出。圖1所示的該實(shí)施例中，半導(dǎo)體激光堆陣I包括3組行陣列激光器，對(duì)應(yīng)地，該快軸準(zhǔn)直鏡組2包括快軸準(zhǔn)直鏡2-1、2-2、2-3。應(yīng)理解，根據(jù)需要，半導(dǎo)體激光堆陣I也可以包括更多或更少的行陣列，并且快軸準(zhǔn)直鏡組也相應(yīng)地包括與之對(duì)應(yīng)數(shù)目的快軸準(zhǔn)直鏡組。
[0025]半導(dǎo)體激光堆陣I中的行陣列激光經(jīng)各自的快軸準(zhǔn)直鏡2(例如為2-1、2_2或2-3)在快軸方向變?yōu)槠叫泄?；?jīng)第一柱面鏡3在慢軸方向變?yōu)闇?zhǔn)平行光；衍射光柵4放置為與所述第一柱面鏡3的光軸成30-60°的角度，使得在快、慢軸方向經(jīng)處理后的光束以30-60度的方向入射至衍射光柵4。衍射光柵4的光柵密度可以在1000-1800線/mm范圍。本實(shí)施例中，衍射光柵為透射型相位光柵，然而應(yīng)理解，也可以使用類型的衍射光柵，例如反射型光柵。
[0026]衍射光柵4之后放置第二柱面鏡5，其將衍射光匯聚成像在窄條部分反射鏡6上。
[0027]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的窄條部分反射鏡6的示意圖。如圖中所示，反射區(qū)域R的寬度為山d—般可以為50um-200um左右，反射區(qū)域R的反射率可以為5-15% ;有效反射區(qū)域R之外是增透區(qū)域T，在該增透區(qū)域T鍍有增透膜，從而落在T區(qū)域的光斑返回半導(dǎo)體腔內(nèi)的能量幾乎為零，起空間濾波的作用。
[0028]該實(shí)施例中，反射區(qū)域R為矩形分布。然而應(yīng)理解,在其他實(shí)施例中，反射區(qū)域R可以為高斯型分布，如圖8中所示。D為窄條部分反射鏡6的總體寬度，其高度可以與半導(dǎo)體激光堆陣的長(zhǎng)度相當(dāng)，該實(shí)施例中具體為20mm，然而，應(yīng)理解該寬度對(duì)于本發(fā)明的目的并非必須的，實(shí)踐中，可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)需要進(jìn)行選擇和調(diào)整。
[0029]這樣的窄條部分反射鏡的有效反射區(qū)域很窄，落在反射區(qū)域R的光斑經(jīng)反射后沿原光路回到各子腔內(nèi)，落在增透區(qū)域T的光斑則無(wú)法返回子腔內(nèi)，多個(gè)子光點(diǎn)的陣列半導(dǎo)體激光經(jīng)過(guò)色散成像系統(tǒng)，具備一定波長(zhǎng)子光腔在窄條反射鏡的外腔作用下，可以鎖定各子光源的激光波長(zhǎng)，透過(guò)窄條反射鏡6出射的光實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)合束功能。
[0030]亦即，窄條反射可以起到空間濾波的作用，從而可以有效地消除相鄰子激光器間串?dāng)_反饋的影響，保證合束光斑的單峰性。經(jīng)過(guò)窄條部分反射鏡6出射的激光即為自動(dòng)合束的激光，半導(dǎo)體激光堆陣I中各行陣列鎖定的光斑在窄條反射鏡6上沿反射區(qū)域在列方向上空間疊加形成線狀合束激光束。
[0031]總體上，本發(fā)明利用外腔反饋改善半導(dǎo)體激光光束質(zhì)量，結(jié)合多點(diǎn)波譜合束，從而產(chǎn)生超高亮度半導(dǎo)體激光。原理上，本發(fā)明是利用一維半導(dǎo)體激光陣列通過(guò)含有色散元件的光學(xué)系統(tǒng)組成色散成像系統(tǒng)，在像平面放置窄條部分反射鏡，構(gòu)成半導(dǎo)體激光的外腔輸出鏡，使多物和一像間形成激光振蕩。色散作用使不同波長(zhǎng)的物點(diǎn)與同一像點(diǎn)組成激光外腔，在改善子光束質(zhì)量的同時(shí)，使各子光像點(diǎn)完全重合，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)合束的功能。
[0032]圖3和圖4分別為本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體激光合束裝置的立體和平面示意圖。從圖中可見。半導(dǎo)體激光合束裝置由半導(dǎo)體激光堆陣1，快軸準(zhǔn)直鏡組2(例如，圖3中具體為2-1、-2、2-3)，柱面鏡3，衍射光柵4，全反射鏡7，窄條部分反射腔鏡6組成。
[0033]半導(dǎo)體激光堆陣I中的行陣列激光經(jīng)各自的快軸準(zhǔn)直鏡2(2-1、2-2、2_3)，在快軸方向變?yōu)槠叫泄?；繼而經(jīng)過(guò)柱面鏡3在慢軸方向變?yōu)闇?zhǔn)平行光。衍射光柵4放置為與柱面鏡3的光軸成30-60°的角度，使得在快、慢軸方向經(jīng)處理后的光束以30-60度的方向入射至衍射光柵4。該實(shí)施例中,衍射光柵同樣為透射型相位光柵,其光柵密度可以在1000-1800線/mm范圍。
[0034]衍射光柵4之后放置全反射鏡7，第一次衍射透射后的光束在全反射鏡7處被反射，全反射鏡7被放置為使反射后的光束基本沿入射光束但略有偏移地(例如以1° -5°的偏移角)返回至衍射光柵4的后表面，從而再次進(jìn)入衍射光柵4發(fā)生第二次衍射。第二次衍射光的方向與第一次入射光方向相反，同時(shí)與第一次入射光基本重合但略有偏移。第二次衍射光至柱面鏡3后，與柱面鏡3的光軸有一微小夾角，經(jīng)匯聚后成像在半導(dǎo)體激光堆陣I旁邊附近的區(qū)域，在所述區(qū)域中放置有窄條部分反射鏡6。
[0035]可見，該實(shí)施例中通過(guò)使用全反射鏡7，使得第一柱面鏡和第二柱面鏡為同一柱面鏡3,并且第一衍射光柵和第二衍射光柵為同一衍射光柵。
[0036]入射至窄條部分反射鏡6的光束沿入射方向原路返回半導(dǎo)體激光子腔內(nèi)，起選模、鎖定波長(zhǎng)的作用。窄條部分反射鏡6與實(shí)施例1的類似，此處不再累述。
[0037]該實(shí)施例中，衍射光柵有第二次衍射，因此相比較第一實(shí)施例中僅有一次衍射的情況，第二實(shí)施例中的色散率較高，合束后的光譜寬度更窄，但相應(yīng)地能量損失也較大。
[0038]圖5和圖6分別為本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體激光合束裝置的立體和平面示意圖。從圖中可見，半導(dǎo)體激光合束裝置由半導(dǎo)體激光堆陣1、快軸準(zhǔn)直鏡組2、柱面鏡3、衍射光柵4，和窄條部分反射鏡5組成。該實(shí)施例中，衍射光柵4采用反射型閃爍光柵。
[0039]半導(dǎo)體激光堆陣I中的行陣列激光經(jīng)快軸準(zhǔn)直鏡組2 (圖5中所示包括快軸準(zhǔn)直鏡2-1、2-2和2-3)準(zhǔn)直后，光束在快軸方向變?yōu)槠叫泄?；繼而經(jīng)過(guò)柱面鏡3，在慢軸方向也變?yōu)闇?zhǔn)平行光。柱面鏡3的焦距可以為100-300mm，而快軸方向的光束不變。
[0040]之后，衍射光柵4放置為與柱面鏡3的光軸成30-60°的角度，使得準(zhǔn)平行光以30-60度入射至反射型閃爍光柵4。該具體實(shí)施例中，衍射光柵4的一級(jí)衍射率為85%，光柵密度采用1200線/mm，一級(jí)衍射光幾乎沿原路返回柱面鏡3。衍射光柵4具有在1° -5°范圍可調(diào)節(jié)的放置角度，以1° -5°的偏移角反射來(lái)自所述第一柱面鏡的激光束，從而可以通過(guò)略微調(diào)整衍射光柵4的角度，使衍射光偏移入射光一個(gè)微小角度(例如，該實(shí)施例中偏移的角度范圍為1° -5° )。結(jié)果，從反射型閃爍光柵4反射，并經(jīng)過(guò)柱面鏡3后的光聚焦在半導(dǎo)體激光堆陣I旁邊的區(qū)域內(nèi)的窄條部分反射鏡6上。
[0041]同樣地，窄條部分反射鏡6只有很窄的反射區(qū)域，在橫向d只有50_200um的長(zhǎng)度，其外的區(qū)域是增透區(qū)域T。只有反射區(qū)域R的光斑經(jīng)窄條部分反射鏡6后返回子激光腔內(nèi)，鎖定該子激光的波長(zhǎng)，增透區(qū)域T的光與反射區(qū)域R的透射光一同形成合束的輸出光。
[0042]該實(shí)施例中，窄條部分反射鏡6的反射區(qū)域采用高斯分布型，其三維反射率示意圖如圖8中所示，圖中z軸為反射率,該實(shí)施例中的反射率為4-15%。
[0043]可見，該實(shí)施例中通過(guò)使用反射型閃爍光柵4，使得第一柱面鏡和第二柱面鏡為同一柱面鏡3。
[0044]以上所述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所作出的各種其他相應(yīng)的改變與變形，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體激光合束裝置，包括:半導(dǎo)體激光堆陣，以及沿光路依次設(shè)置的快軸準(zhǔn)直鏡組、第一柱面鏡、第一衍射光柵、第二柱面鏡，和窄條部分反射鏡，所述第一衍射光柵放置為與所述第一柱面鏡的光軸成30-60°的角度。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光合束裝置，其中，所述第一衍射光柵的光柵密度在1000-1800 線 /mm 的范圍。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光合束裝置，其中，所述第一衍射光柵為透射型光柵或反射型光柵。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光合束裝置，其中，所述半導(dǎo)體激光合束裝置還包括在所述第一衍射光柵與所述第二柱面鏡之間的第二衍射光柵。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光合束裝置，所述第一衍射光柵為透射型衍射光柵，并且還包括設(shè)置在所述第一衍射光柵之后的全反射鏡，所述第一衍射光柵和所述第二衍射光柵為同一衍射光柵，所述第一柱面鏡和所述第二柱面鏡為同一柱面鏡。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體激光合束裝置，其中，所述全反射鏡放置為以1°-5°的偏移角反射來(lái)自所述第一衍射光柵的激光束。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光合束裝置，其中，所述第一衍射光柵為反射型光柵，所述第一柱面鏡與所述第二柱面鏡為同一柱面鏡，并且所述衍射光柵具有在1° -5°范圍可調(diào)的角度，以1° -5°的偏移角反射來(lái)自所述第一柱面鏡的激光束。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光合束裝置，其中，所述窄條部分反射鏡的反射區(qū)域?qū)挾葹?50um-200um。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光合束裝置，其中，所述窄條部分反射鏡的反射區(qū)域?yàn)榫匦畏植蓟蚋咚剐头植肌?br> 【文檔編號(hào)】H01S5/40GK104300368SQ201310299287
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月15日
【發(fā)明者】余勤躍, 扈金富 申請(qǐng)人:溫州泛波激光有限公司