專利名稱：激光束交織的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如用于大功率二極管激光系統(tǒng)的束形成單元。
背景技術(shù)：
用于高性能固態(tài)激光器的激光系統(tǒng)能夠基于激光二極管和激光二極管條(bar)。 為了向例如盤形(disk)激光器的固態(tài)激光介質(zhì)提供高泵浦功率，將多個激光二極管或者激光二極管條的發(fā)射激光束組合以形成泵浦激光束。

發(fā)明內(nèi)容
在此公開的系統(tǒng)提供一種組合例如二極管激光器的大功率激光束的簡單而成本經(jīng)濟的方式。在一些方面，一種激光系統(tǒng)包括用于分別生成第一激光束和第二激光束的第一源和第二源；以及包括第一交織(interleaving)激光鏡的鏡結(jié)構(gòu)，所述第一交織激光鏡具有配置為反射所述第一激光束的高反射區(qū)域以及配置為透射所述第二激光束的第一高透射區(qū)域。在其它方面，一種激光系統(tǒng)包括用于分別生成第一激光束和第二激光束的第一源和第二源；以及包括第一交織激光鏡和第一高透射區(qū)域的鏡結(jié)構(gòu)，其中配置所述鏡結(jié)構(gòu)以使得所述第一交織激光鏡的所述高反射區(qū)域反射所述第一激光束并且所述第一交織激光鏡的所述第一高透射區(qū)域透射所述第二激光束。在其它方面，一種用于交織至少兩個源的激光的激光鏡，所述激光鏡包括在所述激光鏡的第一側(cè)上的至少兩個反射區(qū)域，用于將從第一方向入射的激光反射至沿第二方向行進；以及至少兩個透射區(qū)域，用于朝向所述激光鏡的第二側(cè)透射沿所述第二方向行進的激光，其中所述反射區(qū)域和所述透射區(qū)域在交織方向上交替。在另一方面，一種方法包括提供沿第一方向朝向交織激光鏡行進的第一組激光束，所述第一組激光束在交織方向上移位，所述交織方向與所述第一方向正交，使用所述交織激光鏡偏轉(zhuǎn)所述第一組激光束，從而生成沿第二方向行進的偏轉(zhuǎn)激光束，提供沿第二方向朝向所述交織激光鏡行進的第二組激光束，所述第二組激光束在所述交織方向上移位， 以及使所述第二組激光束透射通過所述交織激光鏡，從而生成透射激光束，其中所述偏轉(zhuǎn)激光束與所述透射激光束在所述交織方向上交織。在其它方面，一種方法包括在交織方向上交織多組激光束，從而生成交織束，其中每一組激光束從一組源中的一個源發(fā)射，其中所述交織束內(nèi)的相鄰激光束與該組源中的不同源相對應(yīng)，以及使用該交織束泵浦激光介質(zhì)。實施方式可以包括以下特征中的一個或者多個。激光鏡的多個反射和透射區(qū)域可以在交織方向上交替。高透射區(qū)域可以是第一高透射區(qū)域并且激光鏡包括第二高透射區(qū)域，其中第一高透射區(qū)域和第二高透射區(qū)域由高反射區(qū)域分隔開。
高反射區(qū)域可以是第一高反射區(qū)域并且激光鏡可以包括第二高反射區(qū)域，其中第一高反射區(qū)域和第二高反射區(qū)域可以由高透射區(qū)域分隔開。高透射區(qū)域可以由位于部分透射的激光鏡和/或透射特定波長的材料/區(qū)域中的通孔來限定。第一激光束和第二激光束可以具有細長的束輪廓并且高反射區(qū)域和高透射區(qū)域適合于該細長的束輪廓或者所述束的其它指定的束輪廓。可以配置所述鏡結(jié)構(gòu)以使得第一和第二激光束能夠朝向該部分透射的激光鏡的相對側(cè)行進。可以配置所述鏡結(jié)構(gòu)以沿第一方向?qū)实谝患す馐偷诙す馐?。第一源和第二源可以包括用于分別生成第一激光束和第二激光束的激光二極管或者激光二極管條。第一和/或第二源均可以包括在第一方向上移位一間距的若干激光二極管或者激光二極管條。所述間距可以例如是至少5mm、IOmm或者15mm。在一些實施例中，所述間距可以至少與激光二極管或者激光二極管條的腔長度一樣大。在其它實施例中，所述間距也可以比激光二極管或者激光二極管條的腔長度小。激光鏡可以位于所述鏡結(jié)構(gòu)中以垂直交織第一和第二源的若干激光束。激光系統(tǒng)還可以包括安裝件并且第一和第二源在第一方向上以一偏移量安裝到該安裝件。所述激光系統(tǒng)還可以包括用于生成第三激光束的第三源以及第二交織激光鏡，該第二交織激光鏡具有配置為反射第一激光束和第二激光束的高反射區(qū)域和配置為透射第三激光束的高透射區(qū)域。激光系統(tǒng)還可以包括用于生成第四激光束的第四源以及第三交織激光鏡，該第三交織激光鏡具有配置為反射第四激光束的高反射區(qū)域和配置為透射第一激光束、第二激光束和第三激光束的高透射區(qū)域。可以設(shè)置第一和第二源以及鏡結(jié)構(gòu)以針對第一和第二激光束提供基本上相同的光學(xué)路徑長度。交織激光鏡可以對于45度的入射角提供高反射率。第一源還可以包括散熱器和偏轉(zhuǎn)光學(xué)器件。而且，可以將第一源的若干激光二極管或者激光二極管條在散熱器上設(shè)置為扁平以發(fā)射與散熱器平行的激光束，其中快軸與激光束的疊置方向正交。配置所述偏轉(zhuǎn)光學(xué)器件以沿與散熱器正交的方向偏轉(zhuǎn)與所述散熱器平行發(fā)射的激光束。散熱器可以經(jīng)由陶瓷層與激光二極管或激光二極管條絕緣。激光系統(tǒng)還可以包括位于所述鏡結(jié)構(gòu)之后第一和第二激光束的所述光學(xué)路徑中的束形成光學(xué)器件。所述鏡結(jié)構(gòu)還可以包括兩個鏡。所述鏡結(jié)構(gòu)可以包括η個源以及至少n-1個交織激光鏡，其中η為整數(shù)。激光系統(tǒng)還可以包括束形成光學(xué)器件，所述束形成光學(xué)器件包括選自由用于快軸的準直光學(xué)器件、用于慢軸的準直光學(xué)器件、用于調(diào)節(jié)快軸的圓柱光學(xué)望遠鏡、以及折疊鏡構(gòu)成的組中的光學(xué)器件?？梢詫⒓す舛O管或者激光二極管條設(shè)置在散熱器上以基于順序流經(jīng)激光二極管或者激光二極管條的電流實現(xiàn)導(dǎo)通操作。激光系統(tǒng)還可以包括配置為安裝第一和第二源的安裝件?？梢耘渲猛干浜头瓷鋮^(qū)域以透射或者反射具有細長束輪廓的激光束?？梢耘渲媒豢椉す忡R以透射和/反射具有細長束輪廓的激光束，所述細長束輪廓可以具有2 1、5 UlO 1或者更大的寬長比。交織激光鏡可以是金屬鏡。交織激光鏡可以包括基底以及位于所述基底上的高反射率涂層，用以形成反射區(qū)域。至少兩個透射區(qū)域可以是貫穿所述基底的通孔。交織激光鏡可以包括位于所述基底上的防反射涂層，用以形成透射區(qū)域。在交織方向上，至少兩個透射區(qū)域的其中之一的延伸部分可以大致與至少兩個反射區(qū)域的其中之一的延伸部分相同。該延伸部分可以例如是至少5mm。交織激光鏡可以具有類似梯子的結(jié)構(gòu)，其中所述類似梯子的結(jié)構(gòu)的階梯可以與所述反射區(qū)域相對應(yīng)并且位于所述階梯之間的空間可以與所述透射區(qū)域相對應(yīng)。交織激光鏡可以對于非正交入射角，特別是大約35°、40°、45°、50°或者55° 的入射角，提供高反射率。一些實施例的優(yōu)點可以包括實現(xiàn)源的安裝容易對準并且直接觸及單獨源的簡單機械結(jié)構(gòu)，從而改善了例如操作性能(例如源的更換)。而且，在一些實施例中，來自單個源的激光可以對交織束的截面中的各種區(qū)域作出貢獻。因而，單個源的故障僅影響那些擴散區(qū)域處的束。因此，能夠降低束的非對稱影響， 例如在激光泵浦束應(yīng)用中對激光介質(zhì)的泵浦體積的非對稱影響。在大功率激光系統(tǒng)的一些實施例中，源可以提供位于較大距離處的束以增加單獨二極管激光的冷卻性能。具體地，對于這樣的系統(tǒng)，(例如大功率)激光束之間的較大的“無輻射”區(qū)域可以填充有該系統(tǒng)的剩余源的激光束。在附圖和以下描述中闡述了本發(fā)明的一個或者多個實施例的細節(jié)。通過說明書和附圖以及權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得明顯。


圖1是使用交織束的光學(xué)泵浦激光系統(tǒng)的示意性方框圖。圖2是源的示意性正視圖。圖3是利用如圖2所示的三個源生成的圖1所示的交織束沿著截面III-III提取的截面圖。圖4是激光鏡的示意性正視圖。圖5是可在圖1的激光系統(tǒng)中使用的激光系統(tǒng)的實施方式的透視圖。圖6是圖5的源和鏡結(jié)構(gòu)去除了該鏡結(jié)構(gòu)的頂板和底板的透視圖。圖7是圖6的激光系統(tǒng)的俯視圖。圖8是圖6的激光系統(tǒng)沿著圖7所示的截面VIII-VIII的側(cè)視圖。圖9是圖6的激光系統(tǒng)沿著圖7所示的截面IX-IX的側(cè)視圖。圖10是圖6的激光系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖11是圖6的激光系統(tǒng)的第一示例性源的側(cè)視圖。圖12是所述源沿著圖11所示的截面XII-XII的放大截面圖。圖13是圖11的源沿如圖11所示的截面XIII的放大透視圖。圖14是可以與圖5-10所示的激光系統(tǒng)結(jié)合使用的第二示例性源的透視圖。
具體實施例方式可以設(shè)置一組激光二極管或者激光二極管條以提供空間上分離的激光束。在此， 將這樣的結(jié)構(gòu)稱為空間上分離(疊置)的激光束的源。因此，疊置的激光束的源發(fā)射具有類似束參數(shù)，即對于慢軸和快軸類似的參數(shù)，的若干激光束。通過組合疊置的激光束的多個源的激光束，可以形成具有比疊置的激光束的單個源的輻射率高的輻射率，即可以增加所述束的截面的給定區(qū)域內(nèi)的功率。可以進一步施加合適的束形成元件以對所述束進行整形， 從而例如實現(xiàn)激光介質(zhì)的有效光學(xué)泵浦。在圖1中，光學(xué)泵浦的激光系統(tǒng)1向諸如激光切割系統(tǒng)或者激光焊接系統(tǒng)的激光處理系統(tǒng)5提供大功率激光束3。例如，激光系統(tǒng)1可以是向激光處理系統(tǒng)5提供幾kW激光束的例如盤形激光系統(tǒng)的固態(tài)激光系統(tǒng)。另一示例性激光系統(tǒng)可以是纖維激光器。為了生成激光束3，利用由激光系統(tǒng)11生成的交織束9對激光系統(tǒng)1的激光介質(zhì)7進行光學(xué)泵浦。然而，也可以將激光系統(tǒng)11配置為用于例如表面處理、硬化、材料處理和焊接的激光應(yīng)用的獨立激光系統(tǒng)。激光系統(tǒng)11例如包括安裝在結(jié)構(gòu)15中的多個源、鏡結(jié)構(gòu)16和束形成光學(xué)器件 17。結(jié)構(gòu)15被配置為提供多個激光束的激光束分組13，每一個激光束沿著被稱為交織方向18的一個維度移位。鏡結(jié)構(gòu)16包括使得激光束分組13彼此上下重疊從而形成交織束9 的若干交織激光鏡。束形成光學(xué)器件17可以包括用以準直并勻化交織束9內(nèi)的激光束的光學(xué)器件。將交織束9例如直接或者經(jīng)由諸如光纖的波導(dǎo)提供為至激光系統(tǒng)1的泵浦激光束ο圖2示意性示出了可以在結(jié)構(gòu)15中使用的源19。圖3示出了圖1的交織束9沿視圖III-III提取的截面圖；可以利用圖2的三個源19創(chuàng)建該截面圖。圖4示意性示出了可以在鏡結(jié)構(gòu)16中使用的激光鏡。結(jié)合圖5-13詳細描述能夠例如用作圖1的激光系統(tǒng)11 的交織激光系統(tǒng)的實施例。如圖2所示，示例性源19包括安裝在公共散熱器21上的三個激光二極管條20。 每一個激光二極管條20包括具有五個相鄰發(fā)射區(qū)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。單個發(fā)射區(qū)域的激光具有橢圓的束輪廓22。束輪廓22的橢圓形狀表明激光束的快軸和慢軸的不同光學(xué)特性。 例如，由于發(fā)射區(qū)域的稀薄(thinness)，該發(fā)射區(qū)域的激光在快軸方向上比在慢軸方向上更發(fā)散。五個發(fā)射區(qū)域的光形成激光束分組13的激光束23并且每一個激光束23具有細長形狀。在一些實施例中，發(fā)射區(qū)域發(fā)射與散熱器21正交的光，而在其它實施例中發(fā)射與散熱器21平行并且隨后偏轉(zhuǎn)例如90°的光。在交織方向18上，三個激光二極管條20彼此移位間距P并且因此三個激光束23 也移位間距P。因而，從單個源19發(fā)射的激光束23形成具有其自己截面的束，所述截面包括具有激光移位間距P的區(qū)域以及在具有激光的區(qū)域之間的沒有激光的區(qū)域四。一些大功率源以幾毫米的大間距提供激光束，例如至少5mm、10mm或者15mm。這樣的大功率源的示例包括具有結(jié)合圖11-13描述的扁平安裝的激光二極管條的源(扁平源)以及具有結(jié)合圖 14描述的疊置二極管條(組源)的結(jié)構(gòu)。交織激光系統(tǒng)能夠尤其適用于具有大間距的源的使用。圖3示出了基于三個源19沿著圖1的交織束9的視圖III-III的簡化截面，每一個源19具有三個激光二極管條20并且每一個激光二極管條20產(chǎn)生五個激光束22(如圖 2所示)。激光系統(tǒng)11對來自三個激光二極管條20中的每一個激光二極管條的三個激光束23(分組13中總共九個激光束)進行交織以使得在交織束9的截面內(nèi)，所述束的相鄰行的光起源于不同的源19。在該截面內(nèi)，單個激光二極管條20對由與激光二極管條20的五個發(fā)射區(qū)域相關(guān)聯(lián)的橢圓束輪廓22指示的截面內(nèi)的行24作出貢獻。在圖3的示例中，三行激光束起源于三個源19中的每一個源。例如，行24與第一源的激光輻射A相關(guān)，行25與第二源的激光輻射B相關(guān)，并且行26與第三源的激光輻射C 相關(guān)。因此，位于每一個源19的激光二極管條20的發(fā)射光之間的無輻射區(qū)域29可以至少部分地填充有起源于結(jié)構(gòu)15的兩個剩余源19的激光輻射。因而，源19的激光輻射并不對交織束9的截面的單個區(qū)域作出貢獻而是對交織束9的整個截面內(nèi)的不同區(qū)域作出貢獻。 在具有大量激光二極管條的源彼此交織時，增加了對來自每一個源19的截面作出貢獻的擴散。圖4示出了例如可以用于交織來自圖2所示的三個源的激光束的部分反射和部分透射的激光鏡430。激光鏡430包括矩形基底428。在安裝在鏡結(jié)構(gòu)16中時，激光鏡430 的長側(cè)沿交織方向18延伸。配置激光鏡430以與由斜線的束輪廓423指示的一系列激光束相互作用。該一系列激光束423包括起源于每一個源并且分隔開間距P的三個激光束。激光鏡430包括通孔形式的三個透射區(qū)域429，每一個通孔被成形為透射兩個相鄰的激光束423。透射區(qū)域429 通常是至少部分透射?；?28的一側(cè)涂覆有高反射率涂層431，從而在通孔之間(并且最終在上方和/或下方)提供反射區(qū)域432。反射區(qū)域的尺寸適于反射兩個相鄰的激光束 423。換句話說，激光鏡430具有類似梯子的結(jié)構(gòu)，其中類似梯子的結(jié)構(gòu)的階梯與反射區(qū)域 432相對應(yīng)并且階梯之間的空間與透射區(qū)域429相對應(yīng)。激光鏡430的配置和幾何尺寸適合于具有三個源19的結(jié)構(gòu)15 ；然而，其它配置和幾何尺寸也是可能的，并且將取決于結(jié)構(gòu) 15的源19的數(shù)量以及源19的相對尺寸和位置。因而，取決于激光鏡430和源之間在交織方向上的相對位置，該源的激光束423或者被透射或者被反射。因而，在配置鏡結(jié)構(gòu)16以使得來自第一源的激光束與來自第二源的激光束朝向激光鏡430的相對側(cè)行進時，可以選擇入射角度以使得反射激光束和透射激光束沿交織方向18交替。在鏡結(jié)構(gòu)16中，可以設(shè)置n-1個激光鏡430以交織η個源的激光束，η為整數(shù)。透射和反射區(qū)域429，432可以具有適于透射或者反射具有細長束輪廓的激光束的尺寸，所述細長束輪廓至少具有例如2 1、5 UlO 1或者更大的寬長比。在圖5-13中，描述了示例性交織激光系統(tǒng)511，以說明六個源519的激光束523的幾何交織。在該實施例中，每一個源519包括發(fā)射在空間上移位十毫米間距的激光束523 的十二個激光二極管條。然而，對于具有更小或者更大間距的更多或者更少的源，也可以執(zhí)行類似的交織。具體地說，在圖5和圖6中，激光系統(tǒng)511包括六個源519的結(jié)構(gòu)515以及鏡結(jié)構(gòu)516，所述鏡結(jié)構(gòu)516包括五個交織的激光鏡530/1-530/5以及安裝在頂板532和底板 533之間的兩個彎曲鏡567和568。源519并排設(shè)置并且配置為沿第一方向534發(fā)射激光束 423。激光系統(tǒng)511包括鏡結(jié)構(gòu)516，用以形成來自在交織方向518上移位的激光束523 的束509。在鏡結(jié)構(gòu)516的出口處，激光束523沿交織方向518交織。因而，鏡結(jié)構(gòu)516沿公共方向朝向束形成光學(xué)器件517的第一圓柱透鏡535重新導(dǎo)向進入的激光束523。在圖5的實施例中，束形成光學(xué)器件517包括第二圓柱透鏡536、折疊鏡537、束混合器538和準直光學(xué)器件539。第一和第二圓柱透鏡535和536形成望遠鏡M0，用以調(diào)節(jié)激光束523的快軸和慢軸的束參數(shù)。因而，束形成光學(xué)器件517調(diào)節(jié)交織束509的各種光學(xué)參數(shù)。為了對于各種源519的激光束523提供相同的光學(xué)路徑長度，鏡結(jié)構(gòu)516基于針對在45°下反射進行優(yōu)化的交織激光鏡530并且源519在第一方向534和第二方向541上位于相同距離處(第二方向541與第一方向534和交織方向518正交)。此外，如下面結(jié)合圖10描述的，六個源519是相同的并且在交織方向上安裝在不同的位置，以使得每一個激光束523在其自己特定的“交織”坐標處發(fā)射。因此，每一個激光束523與第一方向534平行地行進并且隨后如結(jié)合圖6-9描述的，激光束523由交織激光鏡透射或者反射。而且，圖5示出了用于冷卻源519的冷卻劑連接M9。圖6和圖7所示的交織激光系統(tǒng)511的視圖說明了去除其頂部和底部532和533的鏡結(jié)構(gòu)516。如上所述，結(jié)構(gòu)515 和鏡結(jié)構(gòu)516對于激光束523/1-523/6提供類似的光學(xué)行進。例如，可以認為每一個激光束523到圓柱透鏡3的光學(xué)路徑長度是相同的。然后，激光束523在交織激光系統(tǒng)511內(nèi)經(jīng)歷大致相同的發(fā)散。對于相同的源519，例如利用相對于源519的前側(cè)90°的預(yù)對準發(fā)射角度來配置結(jié)構(gòu)515。每一個源519安裝到交織激光系統(tǒng)511的殼體(未示出)。殼體包括用于在可重現(xiàn)的位置中安裝源519的對準銷(pin)。因而，可以在不重新對準鏡結(jié)構(gòu)516的情況下更換源519。圖6和圖7示出了交織鏡530/1-5的位置以及鏡結(jié)構(gòu)516內(nèi)以45°入射角放置的將激光束彎曲90°的90°彎曲鏡567和568。交織鏡530/1-5的寬度適合于發(fā)散激光束 523的寬度，例如交織鏡530/1-5位于透鏡535的位置越近，該交織鏡530/1-5就在寬度上增加。每一個交織鏡530/1-5包括與每一個源519發(fā)射的激光束523 —樣多的反射區(qū)域和透射區(qū)域。因而例如，如果每一個源發(fā)射十二個激光束523，則交織鏡530具有至少十二個反射區(qū)域和十二個透射區(qū)域。反射區(qū)域和透射區(qū)域在交織方向518上交織。在鏡結(jié)構(gòu)516中，放置交織鏡530/1以使得從源519/1發(fā)射的激光束523/1由90° 彎曲鏡567反射，并且經(jīng)過交織鏡530/1透射，而從源519/2發(fā)射的激光束523/2由交織鏡 530/1反射。類似地，放置交織鏡530/2以使得從源519/3發(fā)射的激光束523/3經(jīng)過交織鏡 530/2透射而從源519/4發(fā)射的激光束523/4由交織鏡530/2反射。而且，放置交織鏡530/3以使得激光束523/3和523/4在交織鏡530/2之后經(jīng)由交織鏡530/3透射，而從源519/5發(fā)射的激光束523/5由交織鏡530/3反射。類似地，放置交織鏡530/4以使得激光束523/1和523/2在交織鏡530/1之后由交織鏡530/4反射，而從源519/6發(fā)射的激光束523/6經(jīng)由交織鏡530/4透射。最后，放置交織鏡530/5以使得在激光束523/1、523/2和523/5由交織鏡530/5 反射的同時，激光束523/3、523/4和523/6由交織鏡530/5反射。在圖7的俯視圖中示出了發(fā)散激光束523和交織鏡530/1-5。圖7進一步表明了圖8和圖9的觀點。圖8示出了沿著圖7所示的方向VIII-VIII的截面圖。源519/4、519/5和519/6 在交織方向518上的各種位置向鏡結(jié)構(gòu)516提供分別在交織方向518上具有不同位置的激光束523/4、523/5和523/6。交織激光鏡530/3-5的反射和透射區(qū)域的位置的合適設(shè)定實現(xiàn)了激光束523/4-6在交織方向518上交替的同時該激光束523/4-6的對準。圖9示出了沿著圖7所示的方向IX-IX的交織激光系統(tǒng)511的截面圖。在45°鏡 567和568之間，交織鏡530/1-5以各種高度提供反射和透射區(qū)域，從而使交織束509具有十二組交替的激光束523/16的束輪廓(與結(jié)合圖3所表示和解釋的類似)。如圖10所示，六個相同源519/1-6中的每一個相對于殼體的頂部532附接在交織方向上的位置555處?？梢岳缤ㄟ^殼體側(cè)壁處的對準銷來限定該位置，并且該對準銷適于適配到源519/1-6的對準孔559中。因此，在位于殼體頂部532和殼體底部533之間的交織方向上的不同位置處發(fā)射激光束523。激光束523，均在交織方向上的其自己位置處行進，在通過其反射激光束519/35并且經(jīng)過其透射激光束523/1、523/2和523/6的最后交織鏡530/5之后進行交織。因而，在交織激光系統(tǒng)511中，全部源的單獨激光束523在另一個激光束的頂部上導(dǎo)向，以使得每一個源的無輻射空間至少部分地填充有剩余源519的激光束ο對于大功率應(yīng)用，可以在結(jié)構(gòu)515中使用例如結(jié)合圖11-14描述的大功率源。如圖11-13所示，扁平源1119包括十二個激光二極管條單元181，并且每一個激光二極管條單元1181包括激光二極管條1120、棱鏡1187和電連接1150。二極管激光條1120的扁平側(cè)設(shè)置在單片矩形散熱器1121上。因此，可以將源1119 稱為扁平源，其中每一個激光二極管條1120經(jīng)過與散熱器1121熱接觸的大面積被有效冷卻。通過經(jīng)由例如圖5所示的位于背側(cè)的冷卻劑連接的散熱器1121泵浦的冷卻劑從所述源消除所生成的熱。安裝孔1191位于每一個拐角并且對準孔1159位于矩形散熱器1121 的短側(cè)。沿著矩形散熱器1121的長度方向1137設(shè)置十二個激光二極管條1120，該矩形散熱器1121在圖5中沿著軸向方向537設(shè)置。散熱器1121具有作為頂層的絕緣陶瓷層1195， 用以將激光二極管條1120與散熱器1121電絕緣。每一個激光二極管條1120包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)1110，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)1110的有源區(qū)域具有多個發(fā)射區(qū)域。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)1110附接到P-觸點1130。例如絲焊(wire bond)的電連接1150將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)1110與η-觸點1170電連接并且該η-觸點1170電連接到相鄰二極管激光單元的ρ-觸點。因而，在操作源1119時， (相同的)電流串行流經(jīng)全部激光二極管條1120。此外，利用芯片元件1190能夠控制每一個二極管激光條1120。每一個半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)1110具有細長的發(fā)射表面1112，例如均勻分布在大約IOmm長度上的30-45個相鄰有源區(qū)域。每一個發(fā)射表面1112與散熱器1121垂直取向并且具有沿著方向1137的發(fā)射方向。因而，激光二極管條1120基本上在相同平面中發(fā)射激光束1123， 該平面與散熱器1121的平坦表面1124平行。每一個激光束1123具有細長的束輪廓，其慢軸沿激光二極管條1120的發(fā)射表面1112的細長方向取向，即沿散熱器1121的寬度方向 1139 (如上面參照圖2和圖3討論的)，并且初始時快軸沿與散熱器1121的平坦表面1124 垂直的方向取向。所發(fā)射的激光束1123由棱鏡1187在內(nèi)部反射并且從棱鏡1187離開的束沿著與散熱器1121的表面1124正交的方向遠離散熱器1121行進。因而，在離開棱鏡1187之后， 激光束1123的快軸在沿著散熱器1121的長度的方向1137上，而激光二極管條1120的慢軸未改變并且保持沿著方向1139。此外，棱鏡1187準直在快軸方向上強烈發(fā)散的激光束 1123。棱鏡1187的取向由公共玻璃安裝件1199確定。扁平源1119可以具有以下參數(shù)。每一個源1119可以基于十二個激光二極管條 1120來提供大約1700W的輸出功率。激光二極管條1120在慢軸方向上的寬度可以是大約 10mm。激光束1123在慢軸方向上的全角度發(fā)散可以大致為6° -10°。經(jīng)過具有大致1 μ m 高度的發(fā)射表面1112實現(xiàn)來自單獨激光二極管條1120在快軸方向上的發(fā)射。初始時，激光束1123具有大致40° -70°的全角度發(fā)散。使用棱鏡1187在快軸方向上對從每一個激光二極管條1120發(fā)射的每一個激光束1123進行準直。準直的激光束1123通常在快軸方向上延伸0.6-1. 2mm。準直束在通過棱鏡之后的全角度發(fā)散在快軸方向上大致為0.5° -2°。 棱鏡1187的質(zhì)量、透鏡對準的精度、以及激光二極管條1120的直度決定發(fā)散角度。在圖5-10的結(jié)構(gòu)15的實施例中應(yīng)用扁平源1119的情況下，所發(fā)射的激光束1123 的快軸在初始時，即在離開半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)時，沿與扁平源1119正交的方向取向。在棱鏡1187 內(nèi)反射之后，發(fā)射激光束1123的快軸沿交織方向518導(dǎo)向。再次參照圖11-13的扁平源1119，兩個發(fā)射的激光束1123之間的間距大約比離開棱鏡1187時激光束1123的尺寸大十倍。因而，扁平源的束截面的大約9/10沒有任何激光輻射。例如利用鏡結(jié)構(gòu)516，該截面的無輻射部分可以填充有來自其它扁平源1119的激光束 1123。圖14示出了組源1419形式的可選大功率源，其中將多個激光二極管條單元1481 一起分組。在圖14中，例如，組源1149包括十二個激光二極管條單元1481，每一個單元包括二極管條1420、透鏡1490和電連接。每一個二極管激光條1420設(shè)置在銅塊1430的表面上并且經(jīng)由組源1419的前側(cè)1440處的透鏡1490發(fā)射激光束。在激光二極管條1420背面的區(qū)域中，相鄰的銅塊1430保持緊密接觸以使得能夠利用公共的冷卻劑系統(tǒng)冷卻該銅塊 1430。十二個激光二極管條1420沿著組源1419的長度方向1437設(shè)置。每一個激光二極管條1420包括具有有源區(qū)域半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，有源區(qū)域具有形成細長發(fā)射表面的多個發(fā)射區(qū)域。每一個發(fā)射表面與組源1419的前側(cè)1440平行并且具有與前側(cè)1440垂直的發(fā)射方向。每一個激光束具有細長的束輪廓，其慢軸沿激光二極管條1420的發(fā)射表面的細長方向取向，并且快軸沿方向1437取向。透鏡1490準直沿快軸方向強烈發(fā)散的激光束。透鏡1490的取向由銅塊1430的延伸部分1431或者附接到銅塊1430的玻璃塊確定。組源1419可以具有與扁平源919類似的束參數(shù)。
11
對于圖11-13中的扁平源1119，對于組源1419而言兩個發(fā)射的激光束之間的間距例如可以比離開透鏡1490時激光束的尺寸大十倍。因而，組源1419的束截面的大約9/10 沒有任何激光輻射。使用結(jié)構(gòu)15和束形成光學(xué)器件17，無激光輻射的部分可以填充有來自其它組源1419的激光束。在所描述的結(jié)構(gòu)515中，源1119能夠進一步在幾何上良好對準，由于相關(guān)聯(lián)的安裝件和散熱器1121之間的接觸表面或者接觸點能夠在源1119的整個長度上延伸，從而提供快軸對準的高角度精度。各種配置可以使用所描述的概念，具有更大或者更小數(shù)量的源和交織激光鏡。交織激光鏡530可以具有適于激光束523的特定入射角的反射涂層?？蛇x地，所涉及透鏡中的一些或者全部可以是金屬鏡(例如具有銀涂層)?？梢韵蚶缬刹ＡЩ蛘呤⒒字圃斓耐干浠蛘叻峭干浠资┘臃瓷渫繉印τ谕干浠?，對于上述通孔實施例的可選實施例， 包括涂覆或未涂覆防反射涂層的透射區(qū)域。在一些實施例中，光的反射率和透射率至少為80%、85%、90%、95%、98%、99% 或者99.8%。所述鏡結(jié)構(gòu)可選地或者除了入射角45°之外還包括針對例如35°、40°、 50°或者55°的其它入射角設(shè)計的交織激光鏡。此外或者可選地，激光系統(tǒng)11可以包括折疊鏡，用以在束形成光學(xué)器件17內(nèi)提供更加緊湊的望遠鏡和/或準直光學(xué)系統(tǒng)。例如，圓柱鏡可以用作折疊鏡。此外或者可選地， 在束形成光學(xué)器件17中，慢軸和/或快軸的準直可以包括一個或者多個圓柱透鏡、扁平鏡、 拋物線鏡、拋物線折疊鏡、以及具有凹面拋物線形狀表面的透鏡。如圖1所示，在光纖或者激光介質(zhì)之前的光束路徑中，可以使用附加的光學(xué)部件來適應(yīng)和改善各種束參數(shù)，例如束發(fā)散度、束輪廓的平滑度。因此，其它實施例落入下面權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種激光系統(tǒng)，包括用于分別生成第一激光束和第二激光束的第一源和第二源；以及包括第一交織激光鏡的鏡結(jié)構(gòu)，所述第一交織激光鏡具有配置為反射所述第一激光束的高反射區(qū)域以及配置為透射所述第二激光束的第一高透射區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中，所述第一交織激光鏡的多個反射和透射區(qū)域在交織方向上交替。
3.如權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中，所述高透射區(qū)域是第一高透射區(qū)域并且所述第一交織激光鏡包括第二高透射區(qū)域，其中所述第一高透射區(qū)域和所述第二高透射區(qū)域由所述高反射區(qū)域分隔開。
4.如權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中，所述高反射區(qū)域是第一高反射區(qū)域并且所述第一交織激光鏡包括第二高反射區(qū)域，其中所述第一高反射區(qū)域和所述第二高反射區(qū)域由所述高透射區(qū)域分隔開。
5.如權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中，所述鏡結(jié)構(gòu)配置為使得所述第一和第二激光束朝向所述第一交織激光鏡的相對側(cè)行進。
6.如權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中，所述鏡結(jié)構(gòu)配置為沿第一方向?qū)仕龅谝患す馐退龅诙す馐?br> 7.如權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中，所述第一源和所述第二源包括用于分別生成所述第一激光束和所述第二激光束的至少一個激光二極管或者激光二極管條。
8.如權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中，所述第一和第二源各包括在第一方向上移位一間距的若干激光二極管或者激光二極管條。
9.如權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，還包括安裝件并且所述第一和第二源在第一方向上以一偏移量安裝到所述安裝件。
10.如權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，還包括用于生成第三激光束的第三源以及第二交織激光鏡，該第二交織激光鏡具有配置為反射所述第一激光束和所述第二激光束的高反射區(qū)域和配置為透射所述第三激光束的高透射區(qū)域。
11.如權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中，所述第一和第二源以及所述鏡結(jié)構(gòu)設(shè)置為針對所述第一和第二激光束提供基本上相同的光學(xué)路徑長度。
12.如權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，還包括束形成光學(xué)器件，該束形成光學(xué)器件位于所述鏡結(jié)構(gòu)之后所述第一和第二激光束的所述光學(xué)路徑中。
13.如權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中，所述鏡結(jié)構(gòu)包括η個源以及至少η-1個交織激光鏡，其中η為整數(shù)。
14.如權(quán)利要求1所述的泵浦激光系統(tǒng)，還包括束形成光學(xué)器件，所述束形成光學(xué)器件包括選自由以下光學(xué)器件構(gòu)成的組中的光學(xué)器件用于所述快軸的準直光學(xué)器件、用于所述慢軸的準直光學(xué)器件、用于調(diào)節(jié)所述快軸的圓柱光學(xué)望遠鏡、以及折疊鏡。
15.如權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，還包括配置為安裝所述第一和第二源的安裝件。
16.一種用于交織至少兩個源的激光的激光鏡，所述激光鏡包括位于所述激光鏡的第一側(cè)上的至少兩個反射區(qū)域，用于將從第一方向入射的激光反射至沿第二方向行進；以及至少兩個透射區(qū)域，用于朝向所述激光鏡的第二側(cè)透射沿所述第二方向行進的激光， 其中所述反射區(qū)域和所述透射區(qū)域在交織方向上交替。
17.如權(quán)利要求16所述的激光鏡，其中，所述透射和反射區(qū)域配置為透射或者反射具有細長束輪廓的激光束。
18.如權(quán)利要求16所述的激光鏡，其中，所述激光鏡是金屬鏡。
19.如權(quán)利要求16所述的激光鏡，其中，所述激光鏡包括基底。
20.如權(quán)利要求19所述的激光鏡，其中，所述激光鏡包括位于所述基底上的高反射率涂層，用以形成所述反射區(qū)域。
21.如權(quán)利要求19所述的激光鏡，其中，所述兩個透射區(qū)域中的至少一個透射區(qū)域是貫穿所述基底的通孔。
22.如權(quán)利要求19所述的激光鏡，其中，所述激光鏡包括位于所述基底上的防反射涂層，用以形成所述透射區(qū)域中的至少一個透射區(qū)域。
23.如權(quán)利要求16所述的激光鏡，其中，所述激光鏡具有類似梯子的結(jié)構(gòu)，其中所述類似梯子的結(jié)構(gòu)的階梯與所述反射區(qū)域相對應(yīng)并且所述階梯之間的空間與所述透射區(qū)域相對應(yīng)。
24.一種方法，包括提供沿第一方向朝向交織激光鏡行進的第一組激光束，所述第一組激光束在交織方向上移位，所述交織方向與所述第一方向正交；使用所述交織激光鏡偏轉(zhuǎn)所述第一組激光束，從而生成沿第二方向行進的偏轉(zhuǎn)激光束；提供沿第二方向朝向所述交織激光鏡行進的第二組激光束，所述第二組激光束在所述交織方向上移位；以及使所述第二組激光束透射通過所述交織激光鏡，從而生成透射激光束， 其中，所述偏轉(zhuǎn)激光束與所述透射激光束在所述交織方向上交織。
25.一種方法，包括在交織方向上交織多組激光束，從而生成交織束，其中從一組源中的一個源發(fā)射每一組激光束，其中所述交織束內(nèi)的相鄰激光束與該組源中的不同源相對應(yīng)。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括 利用所述交織的泵浦束泵浦激光介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種激光系統(tǒng)(511)，包括用于分別生成第一激光束(523/2)和第二激光束(523/1)的第一源(519/2)和第二源(519/1)，以及包括第一交織激光鏡(531/1)的鏡結(jié)構(gòu)(530/1，567)，該第一交織激光鏡(531/1)具有配置為反射第一激光束(523/2)的高反射區(qū)域以及配置為透射第二激光束(523/1)的第一高透射區(qū)域。
文檔編號H01S5/022GK102227670SQ200980147824
公開日2011年10月26日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日
發(fā)明者T·維特哈克, U·邦納, V·C·內(nèi)戈伊塔 申請人:通快光子學(xué)公司