專利名稱：半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，光纖具有傳輸和勻化激光的作用，光纖輸出的半導(dǎo)體激光具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。無論是工業(yè)激光打標(biāo)、切割或全固態(tài)激光器和光纖激光器的泵浦源，都需要具有良好的光束質(zhì)量、高功率密度激光光源。將半導(dǎo)體激光器耦合入單根光纖再輸出，可以滿足這種需求。實(shí)現(xiàn)高功率密度光纖輸出激光的方法有兩種:一是提高單個(gè)半導(dǎo)體激光器的輸出光功率密度:二是將多個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片輸出的光組合后輸出。第一種方法取決于半導(dǎo)體激光器芯片材料的生長(zhǎng)、設(shè)備水平的提升和制作工藝水平的進(jìn)步，目前實(shí)現(xiàn)難度較大。第二種方法主要依賴于耦合技術(shù)的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)上相對(duì)簡(jiǎn)單，是目前獲得大功率和超大功率激光輸出的主要途徑。其實(shí)現(xiàn)方式有兩種:其一，將每個(gè)獨(dú)立的激光器芯片或列陣中單個(gè)激光器單元的輸出光各自耦合進(jìn)入一根光纖，再將多根光纖捆綁成一束輸出。這種耦合方式相對(duì)簡(jiǎn)單，但是光纖輸出光的有效面積比較大，光功率密度不夠高，也不能得到特定的光束模式。所以現(xiàn)有技術(shù)中將多根光纖捆綁成一束輸出的激光再經(jīng)過聚焦鏡耦合入一根光纖輸出。其二，采用特殊光學(xué)系統(tǒng)將所有激光器芯片或列陣中各單元的輸出光重新排列并耦合入一根光纖，從而得到較高的功率密度，而且能得到需要的特定光束模式，目前此種方法多采用階梯熱層方式排列激光光束。但是，對(duì)于大能量，高功率的半導(dǎo)體激光的需求與日劇增，此種激光多是陣列形式出現(xiàn)。雖然采用光學(xué)鏡頭能將激光束會(huì)聚的很小，能將激光能量耦合到光纖中去。這不僅使得設(shè)計(jì)、加工、裝效光學(xué)耦合鏡頭的工藝復(fù)雜、成本高，而且耦合效率也低，更主要的是高度會(huì)聚的強(qiáng)激光，往往造成光纖耦合端面的永久性損壞，也就使其根本不可能進(jìn)行大能量強(qiáng)激光耦合傳輸。雖然現(xiàn)有技術(shù)中將光纖的兩端設(shè)計(jì)成圓臺(tái)形式，提高了耦合效率，但光纖中段光纖較細(xì)，也有可能造成光纖的損壞。而且，此種特殊光纖的制造難度較大。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置。本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置，包括:半導(dǎo)體激光器、與半導(dǎo)體激光器相匹配的聚焦透鏡組、以及與聚焦透鏡組相匹配的勻化棒；半導(dǎo)體激光器，用于發(fā)射半導(dǎo)體激光；聚焦透鏡組，用于對(duì)半導(dǎo)體激光器發(fā)射的半導(dǎo)體激光進(jìn)行耦合；勻化棒，用于對(duì)進(jìn)行耦合后的半導(dǎo)體激光進(jìn)行勻化，得到均勻的半導(dǎo)體激光并輸出。優(yōu)選地，半導(dǎo)體激光器的發(fā)光區(qū)包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光Bar條。優(yōu)選地，半導(dǎo)體激光器為:未經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器、或者經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器。優(yōu)選地，未經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器的快軸方向發(fā)散角為30° 40°，慢軸方向發(fā)散角為6° 10° ;經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器的快軸方向發(fā)散角為1° 5°，慢軸方向發(fā)散角為6° 10°。優(yōu)選地，半導(dǎo)體激光器發(fā)射的半導(dǎo)體激光為連續(xù)型激光或脈沖型激光。優(yōu)選地，聚焦透鏡組包括:一個(gè)快軸方向聚焦的柱面鏡、以及一個(gè)快軸和慢軸方向均聚焦的透鏡。優(yōu)選地，半導(dǎo)體激光器發(fā)射的半導(dǎo)體激光的波長(zhǎng)為808nm。優(yōu)選地，勻化棒的長(zhǎng)度為60mm,直徑為Imm 3mm。本發(fā)明有益效果如下:在本發(fā)明實(shí)施例中，半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光通過聚焦透鏡組耦合進(jìn)入勻化棒，并通過勻化棒得到均勻的半導(dǎo)體激光，使得本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高耦合效率、高功率、高峰值功率、以及高光束質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。


通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中:圖1是本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置的結(jié)構(gòu)示意
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置的詳解結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置，以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置，圖1是本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置包括:半導(dǎo)體激光器10、與所述半導(dǎo)體激光器相匹配的聚焦透鏡組12、以及與所述聚焦透鏡組相匹配的勻化棒14，以下對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的各個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)的說明。半導(dǎo)體激光器10，用于發(fā)射半導(dǎo)體激光；其中，半導(dǎo)體激光器10發(fā)射的半導(dǎo)體激光為連續(xù)型激光或脈沖型激光。優(yōu)選地，半導(dǎo)體激光器10發(fā)射的半導(dǎo)體激光的波長(zhǎng)為808nm,當(dāng)然，也可以為其他波長(zhǎng)。具體地，半導(dǎo)體激光器10的發(fā)光區(qū)包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光Bar條。
此外，半導(dǎo)體激光器10可以為未經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器10、或者經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器10。其中，未經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器10的快軸方向發(fā)散角為30° 40°，慢軸方向發(fā)散角為6° 10° ;經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器10的快軸方向發(fā)散角為1° 5°，慢軸方向發(fā)散角為6° 10°。聚焦透鏡組12，用于對(duì)半導(dǎo)體激光器10發(fā)射的半導(dǎo)體激光進(jìn)行耦合；其中，聚焦透鏡組12包括:一個(gè)快軸方向聚焦的柱面鏡、以及一個(gè)快軸和慢軸方向均聚焦的透鏡。勻化棒14，用于對(duì)進(jìn)行耦合后的半導(dǎo)體激光進(jìn)行勻化，得到均勻的半導(dǎo)體激光并輸出。優(yōu)選地，勻化棒14的長(zhǎng)度為60mm,直徑為Imm 3mm。以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置的詳解結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，20為半導(dǎo)體激光器陣列，22為準(zhǔn)直柱面鏡，24為聚焦透鏡，26為石英勻化棒。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置包括:包含一個(gè)或多個(gè)發(fā)光Bar條、沒有經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的高功率，大能量半導(dǎo)體激光器20，經(jīng)過對(duì)快軸壓縮的柱面鏡22，將快軸壓縮為和慢軸發(fā)散角接近的激光，然后經(jīng)聚焦透鏡24將激光聚進(jìn)勻化棒26，經(jīng)勻化棒輸出高光束質(zhì)量的激光；或者包含一個(gè)或多個(gè)發(fā)光Bar條、經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的高功率，大能量半導(dǎo)體激光器20，經(jīng)過對(duì)慢軸壓縮的柱面鏡22，將慢軸壓縮為和快軸發(fā)散角接近的激光，然后經(jīng)聚焦透鏡24將激光聚進(jìn)勻化棒26，經(jīng)勻化棒輸出高光束質(zhì)量的激光。下面以包含12個(gè)Bar條，每個(gè)Bar條峰值功率150W，沒有快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器為例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行說明。將半導(dǎo)體激光器20用He-Ne準(zhǔn)直，調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光器陣列，使He-Ne光在半導(dǎo)體激光器20發(fā)出光斑的中心位置上。

在半導(dǎo)體激光器20發(fā)光面后2mm處放置快軸準(zhǔn)直柱面鏡22，柱面鏡22為平凸柱面鏡，平面面向半導(dǎo)體激光器20發(fā)光面,尺寸為20mmX20mm，凸面焦距為20mm。將快軸發(fā)散角壓縮為6° 10°。調(diào)節(jié)柱面鏡22，使其中心和He-Ne光重合。在柱面鏡22后5mm處放置聚焦透鏡24，聚焦透鏡24直徑為16mm，焦距為20mm。調(diào)節(jié)聚焦透鏡24，使其中心和He-Ne光重合，鏡面垂直于He-Ne光。在聚焦透鏡24后20mm處放置勻化棒26，勻化棒26直徑為3mm，長(zhǎng)度為60mm，前表面和后表面中心和He-Ne光重合。從上述描述可以看出，本發(fā)明實(shí)施例中的半導(dǎo)體激光器陣列可以是一個(gè)或多個(gè)發(fā)光Bar條，可以是高功率連續(xù)激光，也可以是大能量、高功率脈沖激光；可以經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的，也可以是沒有經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的，拓展了該耦合、勻化系統(tǒng)的適用范圍。聚焦透鏡組中的柱面鏡和聚焦透鏡相互配合，能夠使所有的半導(dǎo)體激光都能進(jìn)入勻化棒，幾乎沒有損耗，柱面鏡和聚焦透鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工難度小。勻化棒為圓柱體石英棒，既能夠達(dá)到勻化的效果，直徑又不小，不會(huì)因?yàn)楦吖β剩竽芰烤劢苟嗣鎿p壞。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例中的半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耦合效率高、超高功率、超高峰值功率且高光束質(zhì)量的激光器組件。尤其對(duì)于低重復(fù)頻率，大單脈沖能量的無水冷全固體激光器或放大器，此耦合、勻化裝置不可替代。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖 包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置，其特征在于，包括:半導(dǎo)體激光器、與所述半導(dǎo)體激光器相匹配的聚焦透鏡組、以及與所述聚焦透鏡組相匹配的勻化棒； 所述半導(dǎo)體激光器，用于發(fā)射半導(dǎo)體激光； 所述聚焦透鏡組，用于對(duì)所述半導(dǎo)體激光器發(fā)射的所述半導(dǎo)體激光進(jìn)行耦合； 所述勻化棒，用于對(duì)進(jìn)行耦合后的所述半導(dǎo)體激光進(jìn)行勻化，得到均勻的半導(dǎo)體激光并輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器的發(fā)光區(qū)包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光Bar條。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器為:未經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器、或者經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述未經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器的快軸方向發(fā)散角為30° 40°，慢軸方向發(fā)散角為6° 10° ;所述經(jīng)過快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器的快軸方向發(fā)散角為1° 5。，慢軸方向發(fā)散角為6° 10°。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器發(fā)射的所述半導(dǎo)體激光為連續(xù)型激光或脈沖型激光。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述聚焦透鏡組包括:一個(gè)快軸方向聚焦的柱面鏡、以及一個(gè)快軸和慢軸方向均聚焦的透鏡。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器發(fā)射的所述半導(dǎo)體激光的波長(zhǎng)為808nm。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述勻化棒的長(zhǎng)度為60mm,直徑為Imm 3mm ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置。該方法包括半導(dǎo)體激光器、與半導(dǎo)體激光器相匹配的聚焦透鏡組、以及與聚焦透鏡組相匹配的勻化棒；半導(dǎo)體激光器，用于發(fā)射半導(dǎo)體激光；聚焦透鏡組，用于對(duì)半導(dǎo)體激光器發(fā)射的半導(dǎo)體激光進(jìn)行耦合；勻化棒，用于對(duì)進(jìn)行耦合后的半導(dǎo)體激光進(jìn)行勻化，得到均勻的半導(dǎo)體激光并輸出。本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體激光耦合勻化裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高耦合效率、高功率、高峰值功率、以及高光束質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S5/06GK103227414SQ20131012035
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者毛小潔, 秘國(guó)江, 鄒躍, 龐慶生 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十一研究所