[发明专利]半导体激光器插空排列合束方法及高功率半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器合束方法及相应的高功率半导体激光器。

背景技术

高功率半导体激光器，包括单芯片、阵列和叠阵型激光器，在抽运固体激光器系统方面的用途不断增加，可用于工业、军事、医疗和直接的材料处理如焊接、切割和表面处理。随着激光器功率、效率、可靠性、制造力的提高，大功率半导体激光器涌现出了许多新的用途。

为了实现半导体激光器的高功率输出，一般采用多个激光器合束方法来实现。目前比较常用的合束方法主要有两种：

第一种是多波长合束方法，为了达到功率合成，可以通过镀制分光膜来实现，原理简单，实现容易，但这是针对输出的波长宽度很宽的情况下使用，对同一种波长或范围很窄的波段范围输出要求就有局限性。

第二种是PBS合束方法，用于同一种或不同波长的输出光，利用芯片偏振态的不同，镀制PBS合束膜来实现功率合束。但这种方法费用比较高，光斑尺寸会不均匀，器件的体积大，不利于产业化。

发明内容

本发明目的是提供一种方法简单、结构紧凑、成本低廉的半导体激光器插空排列合束方法及组成的高功率半导体激光器，其解决了现有叠阵型激光器合束方法应用范围有限、成本高的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种半导体激光器插空排列合束方法：包括第一半导体激光器叠阵、第二半导体激光器叠阵、合束装置；所述的第一半导体激光器叠阵的多个巴条发出多个第一激光束与第二半导体激光器叠阵的多个巴条发出多个第二激光束在空间上相互插空对应；所述多个第一激光束和所述多个第二激光束经合束装置分别反射和透射后进行插空排列形成合束光。这样，所形成的合束光的光斑大小与一个半导体激光器叠阵所形成的光斑相当。

根据上述半导体激光器插空排列合束方法可设计出多种高功率半导体激光器。

第一种高功率半导体激光器，包括可发出多个第一激光束的第一半导体激光器叠阵、可发出多个第二激光束的第二半导体激光器叠阵、用于将多个第一激光束和多个第二激光束进行相互插空排列合束的合束装置；所述合束装置包括多个间隔设置的反射片，用于使第一半导体激光器叠阵发出的多个第一激光束经过相应的反射片进行反射；所述多个间隔设置的反射片之间为空隙，用于使第二半导体激光器叠阵发出的多个第二激光束透过相应的空隙与经过反射片反射后的多个第一激光束相互插空排列合束。

第二种高功率半导体激光器，包括可发出多个第一激光束的第一半导体激光器叠阵、可发出多个第二激光束的第二半导体激光器叠阵、用于将多个第一激光束和多个第二激光束进行相互插空排列合束的合束装置；所述的合束装置包括多个反射部件和多个透射部件，反射部件与透射部件相间排列，用于使第一半导体激光器叠阵发出的多个第一激光束经过相应的反射部件反射，第二半导体激光器叠阵发出的多个第二激光束透过相应的透射部件后与经过反射部件反射后的多个第一激光束相互插空排列合束。

第三种高功率半导体激光器，包括可发出多个第一激光束的第一半导体激光器叠阵、可发出多个第二激光束的第二半导体激光器叠阵、用于将多个第一激光束和多个第二激光束进行相互插空排列合束的合束装置；所述合束装置为合束元件，合束元件上设置有间隔排列的多个反射区，用于使第一半导体激光器叠阵发出的多个第一激光束经过相应的反射区进行反射；这些反射区之间均留有空隙，用于使第二半导体激光器叠阵发出的多个第二激光束透过相应的空隙与经过反射区反射后的多个第一激光束相互插空排列合束。

第四种高功率半导体激光器，包括可发出多个第一激光束的第一半导体激光器叠阵、可发出多个第二激光束的第二半导体激光器叠阵、用于将多个第一激光束和多个第二激光束进行相互插空排列合束的合束装置；所述合束装置为合束元件，所述合束元件上设置有多个反射区和多个透射区，反射区与透射区相间排列，用于使第一半导体激光器叠阵发出的多个第一激光束经过相应的反射区反射，第二半导体激光器叠阵发出的多个第二激光束透过相应的透射区后与经过反射区反射后的多个第一激光束相互插空排列合束。

本发明具有的优点：

1、本发明采用相间隔插空排列合束，因此第一半导体激光器叠阵与第二半导体激光器叠阵近乎处于一个高度，所以本发明高功率半导体激光器具有结构紧凑、体积小的优点。

2、本发明输出的激光光束进行相间隔插空排列合束，使光斑均匀化，光斑大小近似于一个叠阵的大小，由于光束满足拉格朗日不变量的原则，因此光斑尺寸变小，光束质量好。

3、本发明半导体激光器只运用了反射原理，因此制造成本低。