[发明专利]单发射器线束系统

说明书

一种线束系统包括单发射器光引擎，单发射器光引擎包括多个独立的间隔开的单发射器二极管激光器，每个发射器被配置为发射二极管激光光束。光束间距光学器件光耦合至单发射器光引擎，并配置为以密集的平行结构提供二极管激光光束的传播轴线。具有纵轴线的光导管设置为通过接收密集的组合光束并在光导管中反射光束而提供出射光束，该出射光束具有在一个或多个轴线上均匀的强度分布。相干性减小通过对密集的组合光束进行衍射或者通过在光导管中的传播来实现。

本申请要求2014年2月5日提交的美国临时申请61/935962的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文。

技术领域

本公开涉及高功率激光线束系统。

背景技术

传统的线束发生器典型地基于微通道冷却的激光二极管条的堆栈，并且存在很多可靠性方面的问题。一些问题包括微通道冷却器的腐蚀和泄露，O-环或其他密封装置周围的泄露，以及快轴准直(FAC)光学器件随时间推移发生的运动或错位。图1示出常规的基于激光条的线束发生器100，其包括14个二极管激光条112，每个具有63个发射器，一共发射882个二极管激光束。另外，为了形成激光线出射光束119，还需要快轴准直透镜，梳状滤波器，偏振器和单片镜组件116，以及其他线束光学器件，包括接收直接与其纵轴线对准的入射光的匀光光导管118。然而，在高功率线束系统中可采用用标准冷却板冷却的高可靠性的单发射器激光光源取代微通道冷却条时，典型地并不将这种应用的可能性视作一种选择予以考虑，因为激光光源总数量的减小会而导致线束的不一致的可能性增加，这是由于光源之间的自干扰(或相干性)效应造成的。相应地，仍然需要针对解决高功率线束系统中潜在的可靠性问题以及其他问题进行创新。

发明内容

在一些例子中，线束系统包括多个间隔开的单发射器二极管激光器，每个均配置为沿着相应的发射光束轴线发射相应的激光光束。相干性减小的光学系统被配置为接收激光光束并确立所述光束之间的光学路径长度差，从而产生相干性减小的光束。线束光学系统接收相干性减小的光束并将线束引导至目标。根据一些实施例，相干性减小光学系统包括具有一纵轴线的光波导，该光波导基于光波导中的路径长度差产生相干性减小的出射光束，其中，相对于光波导设置该光波导以非对称地接收发射光束。在一些实施例中，设置该光波导以便所接收的发射光束的光束角直径近似为入射到该光波导的入射角度的1/2。根据其他实施例，相干性减小光学系统包括衍射光栅，其设置为接收发射光束并产生相干性减小的光束作为衍射光束，该衍射光束具有与衍射角相关的光束路径差。在一些其他的实施例中，光束间距光学系统接收发射光束并将发射光束沿着比发射光束轴线更密集的密集轴线引导，从而发射光束作为密集的组合光束，其中，衍射光栅接收该密集的组合光束并基于该密集的组合光束产生相干性减小的光束。根据其他实施例，光束间距光学系统包括至少一个菱形棱镜，其沿着密集轴线引导至少一个发射光束。在典型的例子中，光束间距光学系统包括至少一个分束器，其设置为从至少一个发射光束产生至少两个光束，并沿着相应的密集轴线引导这两束光束。在一些实施例中，该至少一个分束器是以正交偏振状态产生所述至少两束光束的偏振分束器。根据其他的实施例，设置柱面镜以接收衍射光束并将该衍射光束引导进入光波导。

方法包括准直多个单发射器二极管激光光束，并引导被准直的单发射器二极管激光光束以产生密集的组合光束。将该密集的组合光束引导进入光导管中以便减小光束的空间相干性并产生相干性减小的出射光束。相干性减小的出射光束的强度在垂直于相干性减小的出射光束的传输方向的至少一个轴线上是均匀的，基于该相干性减小的出射光束形成线束。典型地，将该密集的组合光束非对称地引导进入光导管中。在其他的例子中，该密集的组合光束发生衍射从而形成衍射光束以便减小光束的相干性，并将该衍射光束导入光导管中。在进一步的例子中，将具有与衍射光栅相关的最长路径长度延迟的发射光束相对于该光导管的纵轴线以最大的角度导入该光导管。