[实用新型]一种基于双光栅的蓝光合束装置

说明书

本实用新型公开了一种基于双光栅的蓝光合束装置,涉及激光合束技术领域。实用新型包括包括蓝光半导体激光阵列，以及沿光路按顺序设有预先设置好相应参数的快轴准直镜与慢轴准直镜、光束转折压缩元件组、梯形光束压缩元件、斜条型光束压缩元件、光束偏转元件、双衍射光栅组和输出耦合镜。本实用新型可提高蓝光光束质量且能够对更多的光束进行光谱合束。

技术领域

本实用新型属于蓝光半导体激光技术领域，更具体地，涉及一种基于快慢轴光束准直、光束压缩以及双衍射光栅组光谱合束的蓝光半导体激光阵列合束装置及方法，是一种新型的基于双光栅的蓝光合束装置。

技术背景

大功率蓝光半导体激光器在解决为汽车提供动力的电池电极、集成电子元件、航空航天所用到的零件的铜基等反射率高材料的加工时，具有得天独厚的优势。由于蓝色波段激光不存在对红外激光反射率高的情况造成的纯铜以及铜合金制造难、焊接难等问题，因此未来大功率蓝光半导体激光器应用在工业领域会拥有更高的效率。

国外公司如德国的Laserline公司在2019年研制并发布了一款 1kW的蓝光半导体激光器；美国的NUBURU公司也在同年发布了转为铜焊接加工而生的输出功率为500W，波长为450nm，型号为AO-500 的工业蓝光半导体激光器，AO-500蓝光激光器利用交错反射镜和偏振镜将四个独立的200W光束输出模块以最小的能量损耗耦合成一束光。

目前行业内主要采用的合束方法有：空间合束、偏振合束以及光谱合束等。在使用空间合束时，限于基础的激光合束原理，空间合束虽然比较容易实现激光的高功率输出，但大大降低了光束质量；在使用偏振合束后对于输出功率的提高非常有限，且输出的激光虽然具有较高的光束质量，但就算每个激光单元具有衍射极限的光束质量，通过偏振合束后光束质量也会相应的变差，很难达到固体以及光纤激光器的水平。光谱合束(又称外腔波长光束组合)是利用将不同的激光单元在不同的波长上锁定，再利用具有色散效应的色散元件使各个光束向着同一个方向输出。实际使用时利用单个或多个衍射光栅对半导体激光器二极管发出的单个光束进行光谱合束。使用这种光栅合束的优点是可以比其他方法对更多的激光器发光单进行合束，这样就增加了激光的输出功率，更重要的是，整形后的光束质量保持与单个激光二极管单元一致，利用这种方法可以使半导体激光器的输出光束在具有较高的功率同时拥有较高的光束质量。

国内一些科研机构已经对普通半导体激光器的光谱合束有了一些成果。长春光学精密机械与物理研究所在2013年利用透射式光栅作为衍射元件对多个红外半导体激光单元进行光谱合束。由于使用的是投射式光栅因此入射光束和衍射光束分别在光栅的两侧，且他们的夹角一般超过90°，这种光谱合束方法不仅容易调整光路而且可以对更多的激光单元进行合束。但在使用光栅对半导体激光器进行光谱合束过程中，当一束具有一定线宽的激光光束入射到光栅时由于光栅的色散作用会产生衍射效应并增大光束发散角，使光束质量降低，并且在传输透镜较长时由于整体光程增加造成了单个激光光束的交调，这种衍射效应使光束质量下降的情况会更加明显；北京工业大学朱占达在2016年为了进一步提升光谱合束的光束质量，提出了在之前单个光栅基础上加入一个光栅刻线相同的透射式光栅形成光栅对，该方法可以有效消除光束仅经过一个光栅产生的光束质量降低以及相邻两束激光的反馈串扰，但这种方式由于并未对光束进行压缩以缩小光束间距，因而能够参与合束的激光发光单元数量不足因而最终的输出功率不足。

国内目前对蓝光半导体激光阵列的光谱合束的例子较少，因此目前的现有合束设备与方法还无法输出同时拥有较高功率与较高光束质量的蓝光激光。

实用新型内容

针对现有研究成果的不足与缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于双光栅的蓝光合束装置，以达到实现提高蓝光光束质量且能够对更多的光束进行光谱合束的目的。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于双光栅的蓝光合束装置，包括蓝光半导体激光阵列，以及沿光路按顺序设有预先设置好相应参数的快轴准直镜与慢轴准直镜、光束转折压缩元件组、梯形光束压缩元件、斜条型光束压缩元件、光束偏转元件、双衍射光栅组和输出耦合镜。