[发明专利]一种高功率半导体激光器合束装置

说明书

技术领域

本发明属于激光应用领域，具体涉及一种高功率半导体激光器合束装置。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、功耗低的优点，目前已经广泛应用于国民经济的各个领域，但是当前半导体激光器的推广应用受到其光束质量的制约，所以提高半导体激光器的光束质量、亮度和功率为当下重要的研究方向。

激光合束技术近年来发展迅速，它是一个改善光束质量、增加输出功率、提高功率密度的过程。激光合束技术在激光加工和高功率光纤耦合产品中已得到广泛应用。

目前常用的激光合束方法有偏振合束，波长合束和空间合束。常见的偏振合束装置由1/2玻片和偏振分光棱镜(PBS)组成，一部分激光通过1/2玻片将偏振态由TE变为TM(或TM变为TE)，再与另一部分激光进行合束。由于半导体激光器的激光光源偏振度约为90％，比如半导体激光器发出的偏振态为TE的偏振光一般包含90％的TE偏振光和10％的TM偏振光，因此若采用偏振合束，光能损失较大，仅适用于快轴方向的合束，且输出光为混合偏振光，不能再次与其他光源进行偏振合束；当使用半导体激光叠阵作为光源时，输出光斑仍保留bar与bar之间的发光死区，均匀度较差。波长合束是不同波长的激光进行合束，但是在要求激光具有单一波长的场合无法应用，使其在应用领域具有局限性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种高功率半导体激光器合束装置，可以得到均匀性好、能量密度大的激光合束光源。方案如下：

一种高功率半导体激光器合束装置，包括沿光路依次设置的半导体激光器叠阵、准直透镜组和合束系统，所述半导体激光器叠阵由若干个半导体激光单元堆叠组成，所述合束系统包括一个反射间隔膜层镜和一个全反射镜，所述反射间隔膜层镜是在平板透镜的下表面间隔镀反射膜，反射膜的数量为半导体激光单元的一半，反射膜的间距与其自身宽度相等；反射间隔膜层镜和全反射镜相互平行且与半导体激光器叠阵出光方向均呈30°-60°之间放置，并且分别对应于半导体激光器叠阵的堆叠高度的上半部分和下半部分，各个半导体激光单元发出的光经过准直透镜组分别准直后仍保持等间距，上半部分的光经反射间隔膜层镜两次折射后平行透射，下半部分依次经全反射镜、反射间隔膜层镜反射膜进行两次反射后与上半部分的透射光插空合束。

上述合束系统的位置满足以下坐标关系：

以半导体激光器叠阵上半部分的最下端的半导体激光单元出光光轴为X轴，X轴与反射间隔膜层镜的交汇点为坐标原点O，Y轴方向为半导体激光器叠阵堆叠高度方向，由此确定出二维坐标系；则半导体激光器叠阵下半部分最下端的半导体激光单元出光光轴与全反射镜的镜面交汇点坐标为

其中，g为反射间隔膜层镜厚度，n为透镜材料的折射率，w为相邻半导体激光单元发出的光束间距，d为半导体激光单元准直后的光束直径，m为所用到的半导体激光单元个数,α为反射间隔膜层镜与水平方向的夹角。

基于同样的基本原理，本发明还提供了另一种高功率半导体激光器合束装置,包括两组半导体激光器叠阵，准直透镜组和反射间隔膜层镜，所述两组半导体激光器叠阵分别由若干个半导体激光单元堆叠组成，其中一组半导体激光器叠阵沿水平方向出光，另一组沿竖直方向出光；所述反射间隔膜层镜是在平板透镜的下表面间隔镀反射膜，反射膜的数量为半导体激光单元的一半，反射膜的间距与其自身宽度相等，反射间隔膜层镜与水平方向呈30°-60°之间放置,所述一组半导体激光器叠阵发出的光束准直后经反射间隔膜层镜的反射膜间隙两次折射后水平透射，所述另一组半导体激光器叠阵发出的光束准直后经反射间隔膜层镜的反射膜全反射后与水平透射的光束形成插空合束。

上述两组半导体激光器叠阵与反射间隔膜层镜之间的相对位置满足以下关系：

所述一组半导体激光器叠阵最下端的半导体激光单元出光光轴为X轴，X轴与反射间隔膜层镜的交汇点为坐标原点O，Y轴方向为该半导体激光器叠阵堆叠高度方向，由此确定出坐标轴；则所述另一组半导体激光器叠阵中与所述一组半导体激光器叠阵距离最近的一组半导体激光单元的出光位置坐标为