和合束輸出耦合裝置，所述耦合裝置殼體內(nèi)有二維線陣半導體激光器2、快軸準直鏡組、慢軸準直鏡組和合束輸出耦合裝置，所述二維線陣半導體激光器2由至少2個一維線陣半導體激光器I疊加放置而成，所述二維線陣半導體激光器2的每個一維線陣半導體激光器I前有一個快軸準直鏡3和一個慢軸準直鏡4，所述快軸準直鏡組由至少2個快軸準直鏡3組成，所述慢軸準直鏡組由至少2個慢軸準直鏡4組成，所述慢軸準直鏡4在快軸準直鏡3前方，每個慢軸準直鏡4由至少2個柱透鏡成排聯(lián)接而成，每個柱透鏡對應(yīng)一維線陣半導體激光器I的一個單管半導體激光器，所述合束輸出耦合裝置包括內(nèi)圓錐鏡5、石英半球透鏡6、光束整形聚焦透鏡組7和光纖8，所述內(nèi)圓錐鏡5在慢軸準直鏡4前方，所述內(nèi)圓錐鏡底面11為有縫反射鏡，為提高輸出功率，內(nèi)圓錐鏡底面可采用有縫反射鏡，所述慢軸準直鏡4與內(nèi)圓錐鏡底面11相對應(yīng)，所述內(nèi)圓錐鏡5的頂端抵住石英半球透鏡6的端面，所述內(nèi)圓錐鏡5的頂端與石英半球透鏡6的球心位置重復(fù)，所述石英半球透鏡6底面與內(nèi)圓錐鏡5中心線方向垂直，為了保證激光出光效果，內(nèi)圓錐鏡的頂端與石英半球透鏡的球心位置盡可能保持重復(fù)，石英半球透鏡底面與內(nèi)圓錐鏡中心線方向盡可能垂直，所述內(nèi)圓錐鏡5的頂端開有直徑0.5-lmm的孔，其底面孔直徑越小、高越大，從錐頂小孔輸出的功率占比越大，孔徑一般為0.5-1_，所述石英半球透鏡6的半球形端面前方有光束整形聚焦透鏡組7，所述光纖8 —端的端部在光束整形聚焦透鏡組7前方。
[0016]本發(fā)明具體設(shè)計方案如下:
如圖2所示，為半導體激光器合束輸出耦合裝置示意圖，裝置選用半導體激光器光源為二維線陣半導體激光器2，是多個如圖1所示的一維線陣半導體激光器I的疊加，經(jīng)過快軸準直鏡3和慢軸準直鏡4后輸出光束為發(fā)散角較小的近似平行光，這些近似平行光沿內(nèi)圓錐鏡5的軸線從內(nèi)圓錐鏡底面11輸入，經(jīng)內(nèi)圓錐鏡5內(nèi)表面多次反射后，經(jīng)內(nèi)圓錐鏡5頂孔輸出到石英半球透鏡6的球心，(對于內(nèi)圓錐鏡底面，若從慢軸來的光的平行度很好且內(nèi)圓錐鏡的高與底面直徑之比足夠大時，可不使用內(nèi)圓錐鏡底面11 )。
[0017]如圖3所示，經(jīng)石英半球透鏡6折射后沿徑向輸出(空間球形發(fā)散角小于87° )，再經(jīng)光束整形聚焦透鏡組7耦合進入輸出光纖8，實現(xiàn)高功率光纖輸出。
[0018]對于內(nèi)圓錐鏡5，在錐頂開有直徑約Imm的小孔，其底面直徑越小、高越大，從錐頂小孔輸出的功率占比越大，另外，為提高輸出功率，內(nèi)圓錐鏡底面11為有縫反射鏡，如圖4所示，當近似平行光通過內(nèi)圓錐鏡底面11的縫進入內(nèi)圓錐鏡后，即便有少數(shù)光線因入射角度偏差在第一個側(cè)面反射流程中不能從錐頂小孔輸出，也會因內(nèi)圓錐鏡底面11的反射而再次以另外的角度進入第二個側(cè)面反射流程，這樣經(jīng)多次反射仍然有機會從錐頂小孔輸出。
[0019]對于石英半球透鏡6，其球心與內(nèi)圓錐鏡5的錐頂小孔位置重復(fù)，這樣，內(nèi)圓錐鏡5錐頂小孔輸出的光線可近似認為是從石英半球透鏡6的球心輸入的，而從球心輸入的光線，不管其折射角如何，都將沿徑向輸出，即在石英半球面與空氣交界處垂直于界面，那么光線從石英半球面射入空氣中將沿原光線方向輸出。對于波長約為0.9微米的紅外光，石英玻璃的折射率約為1.452，假設(shè)從內(nèi)圓錐鏡5錐頂小孔輸出的光線最大入射角為極限入射角90 °，則折射角約為43.5 °，即最大發(fā)散角為87° ;若采用折射率更大的物質(zhì)(如人造水晶、鉆石等)，則發(fā)散角會更小，這樣的光線輸出形態(tài)為光束整形聚焦透鏡組7的設(shè)計和調(diào)整降低了難度。
[0020]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作任何其他形式的限制，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)所作的任何修改或等同變化，仍屬于本發(fā)明所要求保護的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種用于大功率半導體激光器的合束輸出耦合裝置，包括耦合裝置殼體、二維線陣半導體激光器(2)、快軸準直鏡組、慢軸準直鏡組和合束輸出耦合裝置，其特征在于:所述耦合裝置殼體內(nèi)有二維線陣半導體激光器(2)、快軸準直鏡組、慢軸準直鏡組和合束輸出耦合裝置，所述二維線陣半導體激光器(2)由至少2個一維線陣半導體激光器(I)疊加放置而成，所述二維線陣半導體激光器(2)的每個一維線陣半導體激光器(I)前有一個快軸準直鏡(3)和一個慢軸準直鏡(4)，所述快軸準直鏡組由至少2個快軸準直鏡(3)組成，所述慢軸準直鏡組由至少2個慢軸準直鏡(4)組成，所述慢軸準直鏡(4)在快軸準直鏡(3)前方，每個慢軸準直鏡(4)由至少2個柱透鏡成排聯(lián)接而成，每個柱透鏡對應(yīng)一維線陣半導體激光器(I)的一個單管半導體激光器，所述合束輸出耦合裝置包括內(nèi)圓錐鏡(5)、石英半球透鏡(6)、光束整形聚焦透鏡組(7)和光纖(8)，所述內(nèi)圓錐鏡(5)在慢軸準直鏡(4)前方，所述慢軸準直鏡(4)與內(nèi)圓錐鏡底面(11)相對應(yīng)，所述內(nèi)圓錐鏡(5 )的頂端抵住石英半球透鏡(6)的端面，所述石英半球透鏡(6)的半球形端面前方有光束整形聚焦透鏡組(7)，所述光纖(8) —端的端部在光束整形聚焦透鏡組(7)前方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于大功率半導體激光器的合束輸出耦合裝置，其特征在于:所述內(nèi)圓錐鏡(5)的頂端開有直徑0.5-lmm的孔。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于大功率半導體激光器的合束輸出耦合裝置，其特征在于:所述內(nèi)圓錐鏡底面(11)為有縫反射鏡。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于大功率半導體激光器的合束輸出耦合裝置，其特征在于:所述內(nèi)圓錐鏡(5)的頂端與石英半球透鏡(6)的球心位置重復(fù)，所述石英半球透鏡(6)底面與內(nèi)圓錐鏡(5)中心線方向垂直。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于大功率半導體激光器的合束輸出耦合裝置，該裝置包括二維線陣半導體激光器、快軸準直透鏡組、慢軸準直透鏡組和合束輸出耦合裝置，所述二維線陣半導體激光器由若干個一維線陣半導體激光器組成；所述合束系統(tǒng)包括沿二維線陣半導體激光器出光方向的內(nèi)圓錐鏡、石英半球透鏡、光束整形聚焦透鏡組和光纖，其中石英半球透鏡底面與出光方向垂直，石英半球透鏡球心與內(nèi)圓錐鏡錐頂重合，由石英半球透鏡輸出的激光經(jīng)光束整形聚焦透鏡組聚焦后進入光纖耦合輸出。本裝置簡化了半導體激光器合束輸出耦合系統(tǒng)，為大功率半導體激光器設(shè)備制造和批量生產(chǎn)提供了一種新的可行方案。
【IPC分類】H01S5/40, H01S5/06
【公開號】CN104882784
【申請?zhí)枴緾N201510305486
【發(fā)明人】司立眾, 劉旭明, 鞠全勇, 鄭李明, 高峰, 周洪
【申請人】金陵科技學院
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月8日