[实用新型]一种基于光栅-外腔的半导体阵列激光整形装置

说明书

本实用新型公开了一种基于光栅‑外腔的半导体阵列激光整形装置，包括激光器阵列、快轴准直镜、慢轴准直镜、伽利略微透镜阵列、变换透镜、光栅、外腔镜；所述的激光器阵列置于快轴准直镜的后焦面；所述慢轴准直镜连接到快轴准直镜的后焦面；所述的伽利略微透镜阵列位于慢轴准直镜与变换透镜之间，由平凹镜及平凸镜组成；所述平凹镜位于慢轴准直镜的后焦面；所述的变换透镜前焦面连接到快轴准直镜，后焦面连接到光栅；所述外腔镜垂直于光栅衍射的‑1级方向。该装置通过将伽利略式非球面镜与微透镜阵列结合，将微透镜阵列与光栅‑外腔整形结构结合进行激光光束整形，提高整形效率。同时，结构简单，便于调试。

技术领域

本发明涉及一种光束整形装置，特别是一种基于光栅-外腔的半导体阵列激光整形装置，属于激光器件领域。

背景技术

激光亮度高，相关性好，能量大，广泛应用于激光加工领域。半导体激光器具有许多优点，如效率高、可靠性好、体积小、重量轻等，因此在激光加工领域有重要应用。但在实际应用过程中，单个半导体激光器输出的激光能量不能满足实际生产加工需求，而将多个半导体激光器进行组合，形成阵列激光，可提高激光功率，进而应用于生产加工。半导体阵列激光器和单个半导体激光器相比，虽然提高了功率，但光束质量差，能量密度低，限制了其在实际中的应用范围。为了使半导体阵列激光器更好的应用于激光加工，通过光束整形技术对其光束进行整形，改善光束质量是当前有效的解决办法之一。目前，常用的光束整形方法有： 双折射透镜法，通过调节透镜的主轴与竖直方向的夹角，使得从透镜组中输出的线偏振光在不同的位置具有不同的偏振态，经检偏后出射光束就被整形为均匀的平顶光束，使用方法灵活方便，可随入射光的改变而改变，适用范围广，但双折射晶体透镜的制作成本高，对于加工水平要求高；非球面折射透镜法，运用互补填平的想法使激光光束中间的高密度能量分散到光束边缘，对光束起补偿作用，实现光束强度的均匀化，能量利用率高，成本低，同时能较好地实现激光光束整形，但非球面镜整形系统参数的设计需大量计算，不利于光学仿真软件进行自动优化设计，并且在实际加工生产中，非球面器件存在加工难度较大的问题；多棱镜阵列法，将阵列激光进行分割，旋转重排，提高了阵列激光的概率密度，达到了改善双数质量的目的，但由于增加了过多的光学面，使得多棱镜阵列的加工及调试难度变大，安装时棱镜少有偏移就会对输出光束产生较大影响；光谱合束法，利用衍射光栅将满足条件的输入光束，在空间中标量叠加，得到高功率输出，有效改善阵列激光的光束质量，其优点是结构相对简单，具有更高的稳定性，且易于实现和控制，其中，光栅-外腔是提高半导体激光光束质量、实现高能量激光输出最有效、最简单的合束技术之一，如专利号为CN104332821A，专利名称为一种基于双光栅外腔反馈的二极管激光光谱合成装置的发明专利，利用两个光栅分别对激光光束进行衍射与合束，该方案对激光光源与第一光栅之间的距离、第二光栅与外腔镜之间的距离无严格要求，有效减小了装置空间体积，并且安装调试方便灵活。但光栅-外腔技术所使用的衍射光栅会导致激光光束发生零级衍射，使得合束效率低于衍射光栅最高衍射效率，造成能量损失。同时，在激光光束整形技术中，微透镜阵列的应用成熟，具有结构紧凑，稳定性好，安装和调试比较方便，可同轴使用及透过率高等优点，如专利号为CN107121781A，专利名称为光束整形装置的发明专利，它采用了在光路上设置两个透镜阵列，分别对快轴和慢轴方向上的光进行准直，减少了光在慢轴方向上发散引起的损耗，提高了光束能量，但激光光束激光微透镜阵列分割并叠加后，重叠率有所差异，光束能量分布不均衡，需要进一步的调整。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于光栅-外腔的半导体阵列激光整形装置，结构简单，同时能够减少激光在整形过程中的能量损耗，提高光束质量。