[发明专利]二极管激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的序言的二极管激光器。

背景技术

与具有在几毫弧度范围内的低光束发散度的几个毫米的光束直径的传统激光束光源相比，半导体或二极管激光器(下文中称作“二极管激光器”)的辐射特征在于沿快轴的具有发散度＞1000mrad的高度发散的光束。这是由受限于＜1μm高度的输出层引起的，在这一高度产生大角度的发散，类似于在缝隙形状开口处的衍射。由于在垂直和平行于有源半导体层的平面中的输出开口的扩展是不同的，所以在垂直和平行于有源层的平面内产生不同的光束发散。

为了获得20-40W的二极管激光器功率，多个激光发射器被组合在所谓的激光条上以形成激光器组件。通常10-50个单独的发射器组在平行于有源层的平面内以一行的形式被布置在此。这样的条的最终光束在平行于有源层的平面中具有约10°的孔径角以及约10mm的光束直径。在这一平面内最终的光束质量比前述垂直于有源层的平面内的最终光束质量低许多倍。即使将来激光芯片的发散角可能降低，但垂直于和平行于有源层的光束质量的完全不同的比率仍将存在。

作为前述光束特性的结果，该光束在垂直和平行于有源层的两个方向上的光束质量上具有非常大的差异。这一情形中光束质量的概念用M²参数进行描述。M²由二极管激光束的光束发散高于相同直径的衍射受限光束的光束发散的倍数定义。在上面示出的情形中，在平行于有源层的平面中获得大于垂直平面中的光束直径10,000倍的光束直径。光束发散情形不同，即在平行于有源层的平面中或在慢轴上获得几乎低十倍的光束发散。在平行于有源层的平面中的M²参数因此大于在垂直于有源层的平面中的M²值的几个量级。

光束成形的一个可能的目标是获得在两个平面，即垂直和平行于有源层的平面中具有几乎相同的M²值的光速。目前，已知以下用于成形光束几何图形的方法，通过这些方法在光束的两个主平面内获得接近的光束质量。

使用光纤扎，通过再安排光纤以形成圆形扎可组合出线性的光束截面。这些方法在例如美国专利说明书5127068、4763975、4818062、5268978和5258989中进行了描述。

此外，存在光束旋转的技术，其中单独发射器的辐射被旋转90°以由此得到再安排，其中光束被安排在较高光束质量的轴的方向上。已知这一方法的以下装置：US5168401、EP0484276、DE4438368。所有这些方法有一个共同点，即在准直之后，二极管激光器的辐射在快轴方向上被旋转90°以使用共同的圆柱形光学部件执行慢轴准直。作为所述方法的一个改型，连续线性光源也是可行的(即高表面密度、在快轴方向上准直的二极管激光器的那种)，其光束轮廓(线)在光学元件之后被分裂并以再安排的形式存在。

此外，可执行单独发射器的辐射的再布置而光束没有任何旋转，其中辐射的再布置例如是使用平行反射镜通过平行偏移(位移)实现的(WO95/15510)。同样使用再布置技术的装置在DE19544488中进行了描述。在这一情形中，二极管激光条的辐射在不同平面中被偏转并在那里被单独准直。

这一现有技术的缺点可特别总结为在光纤耦合二极管激光器中，在两个轴向上具有非常不同的光束质量的光束通常被耦合进光纤。在圆形光纤的情形中，这意味着在一个轴向上不使用可能的数值孔径或光纤直径。这导致功率密度的明显损失，从而实际中这被限制至约10⁴W/cm²。

在所述的已知的方法中，在某些情形中明显的路径长度的差异必须被进一步补偿。这主要通过仅能将缺陷补偿至有限程度的校正棱镜完成。多次反射在对准精度、制造公差以及组件稳定性上进一步施加增加的要求(WO95/15510)。反射光学部件(例如由铜制成)具有高的吸收值。

进一步已知的是使用连续地分布在光束路径上的至少两个光学再成形元件用于再成形至少一个激光光束扎的风格形成型(genre-forming type)的激光光学系统，其配置成所谓的平板扇形物(DE10012480A1)。