[发明专利]实现高功率高亮度半导体激光器的光束整形装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域,具体涉及一种实现高功率高亮度半导体激光器的光束整形装置。

背景技术

半导体激光器由于体积小、重量轻、电光效率高等优点得到越来越广泛的应用：大功率半导体激光器的光束整形后再耦合到光纤中对材料加工具有明确的应用前景，相对于传统的灯泵固体激光器具有显著的优势，另外使用半导体激光器光纤耦合模块泵浦的光纤激光器得到广泛应用，客观上也推动了半导体激光器及其光束整形技术的不断发展。目前半导体激光尚存在光斑不对称、光束质量偏低、功率密度偏低等不足，利用光束整形装置可以改善光斑对称性并提高功率密度。

目前半导体激光器直接发出的光斑绝大多数为长条状或者椭圆形，原因绝大多数的半导体激光器为边发射式结构，典型半导体激光器单个发光区的宽度通常为80μm～500μm、高度通常为1μm以内，宽度方向垂直pn结方向，为慢轴方向，高度方向平行于pn结方向，为快轴方向。快轴方向的激光光束质量接近衍射极限，典型的高斯发散半角（1/e²）为25°左右；慢轴方向的激光光束质量通常较差，通常达到数十上百倍衍射极限，典型的发散半角（1/e²）为5°左右。

BPP（光束参数乘积，为光束高斯腰斑半径乘以光束远场发散高斯半角）是衡量光束质量的一个重要质量，半导体激光快轴方向的BPP在准直前约为0.3mm·mrad， 准直后一般为0.6～2 mm·mrad，慢轴方向单个发光区约为4～20mm·mrad，Bar条封装半导体激光器的慢轴方向约为400 mm·mrad。通常在快轴方向上重叠多个半导体激光单元，使得快轴方向的光束质量与慢轴方向光束质量接近。

因为半导体激光器在快轴方向和慢轴方向的高度不对称性，通常半导体激光器的快轴方向和慢轴方向分开独立进行准直。一般来说，快轴方向首先通过一块非球面微柱透镜进行准直，再通过一块球面柱透镜进行慢轴准直，最后汇通过透镜汇聚为一点，但因为半导体激光器在快轴方向和慢轴方向的光束质量的明显区别，通常光斑为条纹状，很难满足应用需求。这就需要使用一个光束整形装置将光斑形状的快轴方向和慢轴方向调整到接近对称。

目前光束整形装置的的主要方法分为：折射式光束整形方法、折/反射式光束整形方法两种。目前美国nLight公司的产品主要基于折射式元件的光束整形方案，每个激光器单元快轴透射元件准直后，再通过慢轴透射元件准直，最后经过一个透镜组调整光斑尺寸并汇聚。美国IPG公司的产品主要基于折/反射式元件的光束整形方案，每个激光器单元快轴透射元件准直后，再通过合适尺寸的慢轴透射元件准直，随后反射进入聚焦光学元件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种实现高功率高亮度半导体激光器的光束整形装置，该装置能够在保证高光束质量的前提下，将多个半导体激光单元发射的激光聚焦到一个近似正方形或者圆形的小区域内，能够耦合到光纤中。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

实现高功率高亮度半导体激光器的光束整形装置，包括半导体激光器单元，所述半导体激光器单元与底板连接，所述底板还设置有柱面反射镜，所述柱面反射镜正前方设置有汇聚光学模块。半导体激光器单元为单个发光区或多个发光区

进一步的，所述半导体激光器单元与底板的连接处设置为台阶状，且设置有过渡热沉，所述半导体激光器单元一线分布、高度递增，统一以一定的斜角向斜前方发射激光，所述半导体激光器单元的数量范围为2～50。

进一步的，所述汇聚光学模块由一组消像差的透射透镜或者一片球面反射镜或者非球面反射镜组成。

进一步的，所述柱面反射镜的中心高度沿入射激光传输方向依次递增。

进一步的，所述柱面反射镜由金属基体或玻璃或其它基体组成，其中所述柱面反射镜的镀膜为金属膜或介质膜，其中所述柱面反射镜的反射面在慢轴方向为普通圆弧或非球面曲线，快轴方向为直线或接近直线。

本发明的有益效果是:

本发明能够在保证高光束质量的前提下，将多个半导体激光单元发射的激光聚焦到一个近似正方形或者圆形的小区域内，能够耦合到光纤中。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明