CN102738705B - 二极管激光器 - Google Patents

二极管激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN102738705B
CN102738705B CN201210169074.9A CN201210169074A CN102738705B CN 102738705 B CN102738705 B CN 102738705B CN 201210169074 A CN201210169074 A CN 201210169074A CN 102738705 B CN102738705 B CN 102738705B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
dull
axis
stereotyped
fan
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210169074.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102738705A (zh
Inventor
V·克劳斯
A·考尔斯特斯
G·莱赫曼
D·都恩瓦尔德
J·玛尔彻斯
M·鲍曼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DIODE LASER RAY DEVELOPMENT AND SALES Co
Original Assignee
DIODE LASER RAY DEVELOPMENT AND SALES Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DIODE LASER RAY DEVELOPMENT AND SALES Co filed Critical DIODE LASER RAY DEVELOPMENT AND SALES Co
Publication of CN102738705A publication Critical patent/CN102738705A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102738705B publication Critical patent/CN102738705B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0052—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode
    • G02B19/0057—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode in the form of a laser diode array, e.g. laser diode bar
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0905—Dividing and/or superposing multiple light beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0071—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for beam steering, e.g. using a mirror outside the cavity to change the beam direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H01S5/4043—Edge-emitting structures with vertically stacked active layers
    • H01S5/405—Two-dimensional arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4075—Beam steering

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

二极管激光器，包括具有多个激光条的激光二极管装置，其中每一个激光条分布在优选配置成热交换器的支持体的前侧上并具有产生激光束的多个发射器，激光束布置成在第一轴向上彼此偏移，其中激光条连同它们的支持体被以堆叠的方式提供相对于彼此的偏移以在对应于激光束的快轴并定向成垂直于第一轴向的第二轴向上形成激光二极管装置；包括快轴准直器，该快轴准直器的至少一个被分配至分布成彼此平行的激光条的每一个；并包括用于形成由通过发射器产生的激光束构成的激光束扎的光学装置，其中光学装置包括用于在快轴上扇出激光束扎的至少一个快轴平板扇形物装置以及在光束路径上位于快轴平板扇形物装置之后、用于在慢轴上组合扇出的激光束扎的慢轴平板扇形物装置。

Description

二极管激光器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的序言的二极管激光器。
背景技术
与具有在几毫弧度范围内的低光束发散度的几个毫米的光束直径的传统激光束光源相比，半导体或二极管激光器(下文中称作“二极管激光器”)的辐射特征在于沿快轴的具有发散度＞1000mrad的高度发散的光束。这是由受限于＜1μm高度的输出层引起的，在这一高度产生大角度的发散，类似于在缝隙形状开口处的衍射。由于在垂直和平行于有源半导体层的平面中的输出开口的扩展是不同的，所以在垂直和平行于有源层的平面内产生不同的光束发散。
为了获得20-40W的二极管激光器功率，多个激光发射器被组合在所谓的激光条上以形成激光器组件。通常10-50个单独的发射器组在平行于有源层的平面内以一行的形式被布置在此。这样的条的最终光束在平行于有源层的平面中具有约10°的孔径角以及约10mm的光束直径。在这一平面内最终的光束质量比前述垂直于有源层的平面内的最终光束质量低许多倍。即使将来激光芯片的发散角可能降低，但垂直于和平行于有源层的光束质量的完全不同的比率仍将存在。
作为前述光束特性的结果，该光束在垂直和平行于有源层的两个方向上的光束质量上具有非常大的差异。这一情形中光束质量的概念用M2参数进行描述。M2由二极管激光束的光束发散高于相同直径的衍射受限光束的光束发散的倍数定义。在上面示出的情形中，在平行于有源层的平面中获得大于垂直平面中的光束直径10,000倍的光束直径。光束发散情形不同，即在平行于有源层的平面中或在慢轴上获得几乎低十倍的光束发散。在平行于有源层的平面中的M2参数因此大于在垂直于有源层的平面中的M2值的几个量级。
光束成形的一个可能的目标是获得在两个平面，即垂直和平行于有源层的平面中具有几乎相同的M2值的光速。目前，已知以下用于成形光束几何图形的方法，通过这些方法在光束的两个主平面内获得接近的光束质量。
使用光纤扎，通过再安排光纤以形成圆形扎可组合出线性的光束截面。这些方法在例如美国专利说明书5127068、4763975、4818062、5268978和5258989中进行了描述。
此外，存在光束旋转的技术，其中单独发射器的辐射被旋转90°以由此得到再安排，其中光束被安排在较高光束质量的轴的方向上。已知这一方法的以下装置：US5168401、EP0484276、DE4438368。所有这些方法有一个共同点，即在准直之后，二极管激光器的辐射在快轴方向上被旋转90°以使用共同的圆柱形光学部件执行慢轴准直。作为所述方法的一个改型，连续线性光源也是可行的(即高表面密度、在快轴方向上准直的二极管激光器的那种)，其光束轮廓(线)在光学元件之后被分裂并以再安排的形式存在。
此外，可执行单独发射器的辐射的再布置而光束没有任何旋转，其中辐射的再布置例如是使用平行反射镜通过平行偏移(位移)实现的(WO95/15510)。同样使用再布置技术的装置在DE19544488中进行了描述。在这一情形中，二极管激光条的辐射在不同平面中被偏转并在那里被单独准直。
这一现有技术的缺点可特别总结为在光纤耦合二极管激光器中，在两个轴向上具有非常不同的光束质量的光束通常被耦合进光纤。在圆形光纤的情形中，这意味着在一个轴向上不使用可能的数值孔径或光纤直径。这导致功率密度的明显损失，从而实际中这被限制至约104W/cm2。
在所述的已知的方法中，在某些情形中明显的路径长度的差异必须被进一步补偿。这主要通过仅能将缺陷补偿至有限程度的校正棱镜完成。多次反射在对准精度、制造公差以及组件稳定性上进一步施加增加的要求(WO95/15510)。反射光学部件(例如由铜制成)具有高的吸收值。
进一步已知的是使用连续地分布在光束路径上的至少两个光学再成形元件用于再成形至少一个激光光束扎的风格形成型(genre-forming type)的激光光学系统，其配置成所谓的平板扇形物(DE10012480A1)。
迄今已知的二极管激光器中，二极管激光器装置的辐射功率受到限制并特别受到可得的具有受限长度的激光条的限制，例如在它们的慢轴(发射层的平面)上约10mm的长度以及激光条的典型的光输出功率例如处于250瓦最大值的范围内。由于在激光二极管装置中被用作在快轴方向上激光条的支撑的热沉特别地显示出的尺寸，其中激光条以类似叠层的方式提供相对于彼此的偏移，且由于对必须在单独激光条上提供用于快轴准直的光学元件的需要，因此在包括这些激光条和附属支撑或热交换器的叠层中激光条的叠层密度受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种二极管激光器，其使得实现改进的光功率而没有光束质量的损失成为可能。为了实现这一目标，根据权利要求1的二极管激光器被形成。
作为激光二极管装置的至少两个叠层的结果，以相同的尺寸和叠层密度的激光条可获得几乎两倍的光功率且在再成形之后特别地没有激光辐射的光束质量的损失。
在本发明中，产生激光辐射的激光二极管装置包括在慢轴方向上相对于彼此偏移的至少两个平行叠层，由多个激光条和附属支撑或热沉组成。所有的激光条由此沿着它们的纵向延伸或慢轴彼此平行地被安排。在光束路径上的激光二极管装置和/或那里的快轴准直器之后并用于光束成形的第一平板扇形物装置被设计为快轴平板扇形物装置并特别地用于将每一个由激光条产生的光束扎在激光辐射的快轴方向上扇出(fan-out)成为多个相互偏移的单独光束扎，在光束路径上的之后的慢轴平板扇形物装置中，各光束扎随后一起在慢轴方向上被移位或相互堆叠。为了这一目的，快轴平板扇形物装置在激光辐射的慢轴方向上具有彼此并且间隔开的至少两个平行的快轴平板扇形物，每一个快轴平板扇形物由至少两个平板构成。在本发明的一个实施例中，这些快轴平板扇形物绕平行于激光辐射的慢轴的轴相对于彼此旋转以便由每一个叠层的激光条产生的光束扎的扇出是相互偏移地扇出的单独光束扎的安排，其(该安排)与垂直于激光辐射的光束路径的轴向上，优选为快轴的另一个叠层的扇出的单独光束扎的对应安排相互偏移。
通过快轴和慢轴平板扇形物装置的相应的安排和/或形成，光束扎的扇出将被配置以便所有叠层的扇出的单独光束扎被提供成在共同平面内混合和/或覆盖或重叠。
优选在慢轴平板扇形物装置之后的光束路径上提供慢轴准直光学部件以便随后得到平行或基本平行的激光辐射。
“平板扇形物”在本发明的意义上将被理解为被激光或激光束透照或穿过且是通过由导光材料、优选为光学玻璃形成的至少两个平板或平板状元件构成的光学元件，其以类似堆叠的形式彼此邻近并以类似扇形物的形式相对于彼此扭转。每一个平板或每一个平板状元件在相互对置的侧上形成平板的窄侧或平板的边缘区域用作光入口或出口。“平板的表面侧”在本发明的意义上将被分别理解成大的平板侧。
例如考虑在慢轴上发射器的安排和激光束显现出的发散度来定位并配置平板，以便表面侧上的平板的内部不产生相应激光束的反射。
“平板厚度”在本发明的意义上将被理解为两个表面侧彼此之间的距离。
各个平板扇形物可通过单独平板或平板状元件的组合制造，或者还可以例如作为具有相应的光学分隔或中间层的成形的部件整块地制造。
“快轴平板扇形物装置”或“快轴平板扇形物”在本发明的意义上为使用其在快轴上完成光束扎的扇出的平板扇形物装置或平板扇形物。
“慢轴平板扇形物装置”或“慢轴平板扇形物”在本发明的意义上为使用其在慢轴上完成扇出的光束扎的组合的平板扇形物装置或平板扇形物。
表述“基本上”或“约”在本发明的意义上为表示从各个精确值偏差+/-10％，优选+/-5％和/或对于该功能以非显著变化的形式的偏差。
本发明的进一步发展、优点和可能的应用由以下示例性实施例的描述以及由附图得到。在这一情形中，无论在权利要求中它们的概括或其后面的引用如何，通过它们本身或以任意组合描述和/或形象地示出的所有特征基本上是本发明的主题。权利要求的内容被作为说明书的一部分。
附图说明
下面参照用于示例性实施例的附图详细解释本发明。在图中：
图1示出了一种包括激光二极管装置和布置在这一激光二极管装置的光束路径中用于成形并聚焦激光束的光学装置的二极管激光器的简化视图，激光二极管装置包括多个激光元件或激光芯片(激光条)，其中图1中的图平面定向成垂直于激光二极管装置的有源层。
图2以平面视图的形式示出了图1的二极管激光器，其中图2中图平面定向成平行于激光二极管装置的有源层。
图3以单独视图的形式示出了快轴平板扇形物装置的快轴平板扇形物中的一个。
图4以平面视图的形式示出了快轴平极扇形物装置的两个平行并间隔开的快轴平板扇形物。
图5以简化视图的形式在位置a-c示出了激光二极管装置的叠层的光束扎扇出成为单独光束扎以及这些单独光束扎随后组合成再成形的光束扎。
具体实施方式
为了更清楚并为了更好地理解，在图中，定向成彼此垂直的空间轴的每一个被表示为X、Y和Z，具体地是表示为X轴、Y轴和Z轴。图1和3中的图平面相应的为由X轴和Z轴限定的XZ平面，图2和4中的图平面为由Y轴和Z轴限定的YZ平面，而图5中的图平面为由X轴和Y轴限定的XY平面。
图中示出的二极管激光器1基本上包括激光二极管装置2，其在示出的实施例中由两个平行的叠层2.1和2.2构成，每一个叠层包括提供于其上的多个热沉3和激光条4。在示出的实施例中，每一个叠层2.1和2.2中热沉3和激光条4配置成相同。而且，叠层2.1的热沉3和激光条4与叠层2.2的热沉3和激光条4相同。在示出的实施例中，热沉3进一步每一个都为正方形并配置为有源热沉，即配置为优选流体传热媒质或冷却媒质通过其流动的热沉。
在每一个叠层2.1和2.2中彼此邻接使之优选通过绝缘中间层(例如陶瓷层)彼此倚靠、以上侧和下侧布置在YZ平面中的热沉3被定向成它们的纵向侧在Z轴上，且每一个在沿Y轴方向延伸的窄侧上被配备激光条4。此外，叠层2.1和2.2安排成在Y轴上平行于被此相互偏移，以便在共同的XY平面中或基本上在共同的XY平面中，叠层2.1和2.2二者的激光条4被安排有它们的激光发射的发射器4.1或激光出口，且例如，分别地Y轴上的叠层的一个激光条4被安排成与其它叠层的激光条4共轴。
具有约2至4mm的谐振器长度的在Y轴方向上具有例如约10mm的宽度的每一个激光条4，包括多个激光发射发射器4.1，这些发射器在Y轴方向上连续地形成并在芯片或激光条4上相互偏移。激光条4典型的光输出功率为例如约250瓦的最大值。在对应于Y轴的慢轴上，单独激光束5的辐射角或激光束发散度位于5°至10°之间的范围。在对应于X轴的快轴上，单独激光束5的辐射角或激光束发散度位于约25°至50°之间的范围。为了快轴即X轴上激光束5的准直，激光条4的每一个被配备快轴准直器6，其例如由为每一个激光条4提供并充当快轴准直器的连续的光学元件(例如圆柱形透镜)构成或由充当快轴准直器的单独光学元件构成，其每一个被分配至一组发射器4.1。通常每个快轴准直器6由两个元件或透镜构成，每一个元件或透镜具有例如在0.3至1.0mm之间范围内的聚焦宽度，其中所谓的笑脸效应(smile effect)可通过这些透镜的单独调整得到补偿，笑脸效应是由在二极管激光器1的操作期间相关激光条4相对于YZ平面的特定的热弯曲而产生的。
为了对由激光二极管装置2发出的激光辐射进行成形并特别地进行聚焦，二极管激光器1包括通常由图中的7表示的光学装置(激光光学部件)，在示出的实施例中，其由具有两个平行的快轴平板扇形物9的快轴平板扇形物装置8、慢轴平板扇形物10、充当慢轴准直器(例如，以圆柱形透镜的形式)的光学元件11以及适于例如以至少一个聚焦透镜的形式将激光辐射聚焦至焦点FK上的聚焦光学部件12构成。具体地，光学装置7的上述元件以这样的方式被安排在激光二极管装置2的激光辐射的光束的路径上或Z轴上：快轴平板扇形物装置8或其快轴平板扇形物9直接跟着二极管装置2或那里的快轴准直器6，慢轴平板扇形物10跟着快轴平板扇形物装置8，光学元件11形成慢轴平板扇形物10而聚焦光学部件12跟着光学元件11。
快轴平板扇形物9的每一个由导光材料，例如光学玻璃制成的多个平板13构成。在每一个快轴平板扇形物9中等同地设计平板13。而且，在示出的实施例中，一个快轴平板扇形物9的平板13与平板扇形物装置8的其它快轴平板扇形物9的平板13相同。
在示出的实施例中，每一个快轴平板扇形物9包括5个平板，其中平板13的数目可以被不同地选择。例如，快轴平板扇形物9的每一个可仅包括2个平板。
平板13被安排成它们的板平面在XZ平面中且它们的板平面彼此紧靠。而且，平板13且因此快轴平板扇形物9也至少在由这一轴上的激光二极管装置或两个叠层2.1和2.2展示的整个高度上延伸。每一个平板13形成两个平行的窄侧或平板边缘区域13.1和13.2，它们在Z轴方向上相互偏移，其中面向激光二极管装置2的窄侧13.1形成入口侧而背对激光二极管2的窄侧13.2形成出口侧用于激光辐射。在示出的实施例中设计成矩形且其中在每一种情形下定向成垂直于相应的平板13的表面侧的平的板边缘区域13.1和13.2形成平板13的纵向侧的平板13，绕定向在Y轴方向上的中心轴以类似扇形物的方式相对于彼此被转动，以便平板13的每一个平板边缘区域13.1或13.2相对于相邻平板13的相应平板边缘区域13.1或13.2具有显著小于90°的角度偏移。
优选平板13的厚度以便其至少是相同的，但优选大于由包括那些透照各个平板13的单独激光束5的那些光束扎的光束扎所展示的发散度以便在平板13的表面侧的区域中在平板13内不会发生全反射。
特别地如图2所示，每一个叠层2.1和2.2被分配快轴平板扇形物装置8的一个快轴平板扇形物9。在Y轴方向上每一个平板扇形物9的宽度因此等于相关叠层2.1或2.2中的激光条4具有的宽度或有效宽度，Y轴上也是如此。有效宽度将被理解为相关激光条4的两个外部发射器4.1之间的距离。
因为作为激光条4的配置的结果以及由于设计原因，不可能以下列方式安排叠层2.1和2.2或它们的激光条4：每一个YZ平面中叠层2的一个激光条4的发射器4.1以无缝的方式邻接叠层2.2的对应的激光条4的发射器4.1并同时保持Y轴方向上的激光条4内的发射器展示的栅格间隔(grid spacing)，而是，与Y轴方向上的栅格间隔相比，在相同的YZ平面中的叠层2.1的激光条4和叠层2.2的激光条4之间扩大的偏移是不可避免的，例如约6mm的量级的偏移，所以，快轴平板扇形物装置8的两个平行的且相同配置的快轴平板扇形物9根据Y轴上这一偏移被偏移或被安排以间隔a。
如图1中所示，相同的快轴平板扇形物9绕定向在Y轴方向上的平板扇形物轴以锐角α相对于彼此被扭转，并具体地在示出的实施例中，以这一方式扭转以便每一个平板扇形物9除了在与YZ平面相反的方向上之外，在每一种情形中倾斜相同的角度。
为了解释平板扇形物9的作用模式，参照图5中的位置4a和4b。在位置4a，由叠层2.1或2.2的激光条4发出的激光辐射被再次产生为光束型光束扎14，且特别地为了较简单的表示，仅仅是对布置在不同的YZ平面中的3个激光条4。假设快轴平板扇形物9的五个平板13，每一个光束扎14通过这一平板扇形物被扇出成为五个单独的光束扎14.1，它们随后在X轴上以类似阶梯的方式相对于彼此偏移(位置b)。在慢轴平板扇形物10的辅助下，这些单独光束扎14.1随后在慢轴或Y轴方向上在彼此上面移位，以便获得位置c中示出的再成形的光束扎14.2。从叠层2.2的激光条4发出的光束扎14随后以相同的方式再次成形成为光束扎14.2，其随后与叠层2.1的光束扎14.2重叠或被安排成平行于叠层2.1的光束扎14.2，如图5中位置c的虚线所示。
在快轴方向上或在X轴方向上具有的高度至少等于叠层2.1和2.2中在X轴方向上偏移的最低的激光条和最高的激光条4之间的距离的慢轴平板扇形物10依次包括由导光材料，优选光学玻璃构成的多个平板15，其中平板15被定向成它们的相邻表面侧在YZ平面中。每一个平板15又被形成为具有每一个定向成垂直于平板表面侧并彼此平行的两个平的平板边缘区域或者侧15.1和15.2，其中平板边缘侧15.1形成入口侧而平板边缘侧15.2形成出口侧用于激光辐射。平板15绕定向在快轴方向上或X轴上的轴以类似扇形物的方式相对于彼此被扭转以便相邻平板的平板边缘表面15.1或15.2的平面相对于彼此依次偏移显著小于90°的角度。而且，慢轴平板扇形物10特别地设计成相对于相邻平板15之间的角度偏移对慢轴平板扇形物10的中心平面M是镜面对称的，该平面(中心平面)为YZ平面。
为了在Y轴或慢轴方向上将平板扇形物10的尺寸保持为尽可能的小，在示出的实施例中，平板15具有大致梯形的截面从而特别地使连接平板边缘侧15.1和15.2的平板侧15.3被定向成垂直于或近似垂直于平板边缘侧15.1和15.2，而连接平板边缘侧15.1和15.2的其它平板侧15.4与平板边缘侧15.2包围一个小于90°的角度以便平板边缘侧15.1具有比平板边缘侧15.2短的长度。从图2可进一步推断出，叠层中形成平板扇形物10的平板15被以这样的方式安排：使关于X轴布置在平板扇形物10的中心平面M上方的平板15，被用于使一个叠层，即叠层2.1的光束扎14.1在彼此上面移位，而安排在中心平面M下的平板15被用于使另一个叠层，即叠层2.2的光束扎14.1在彼此上面移位。为了这一目的，较低的平板15被转向较高的平板且在每一种情形中采用这一方式：使倾斜平板侧15.1在每一种情形中被布置在平板扇形物10的外侧上。
在示出的实施例中，慢轴平板扇形物10的中心平面M也是激光二极管装置2的中心平面M并与轴相交，不仅平板扇形物9的平板13围绕该轴相对于彼此被扭转而且这些平板扇形物9也围绕该轴相对于彼此被转动。
由于两个快轴平板扇形物9的每一个被整体安排以便它们围绕其定向在Y轴上的轴转动并关于中心平面M以及相对于彼此位于中心平面M中，在示出的实施例中，一个叠层，例如选择用于图1的视图中的叠层2.1的光束扎14.1在中心平面M上方传输，而其它叠层例如叠层2.2的光束扎14.1在中心平面M下面传输。
利用元件11，慢轴准直的光束扎14.2跟随慢轴平板扇形物10并且此后利用聚焦光学部件12聚焦光束扎14.2在由图中FK表示的焦点。
使用在二极管激光器1的紧凑设计中描述的配置，对于这种二极管激光器增加的光功率是可能的。前面假设激光二极管装置2包括两个叠层2.1和2.2。原理上，可使用多于两个的叠层，例如三个叠层，其中每一个叠层又分配有快轴平板扇形物9，且这些平板扇形物在有关的快轴平板扇形物装置8中在Y轴方向上或慢轴方向上被间隔开量a。
前面假设两个叠层2.1和2.2的一起移位的光束扎14.2在快轴(X轴)上相互偏移以便每一个叠层的所有的光束扎14.2彼此直接相邻。自然能够再次成形两个叠层2.1和2.2的发射器的光束扎14以便在通过慢轴平板扇形物10之后，两个叠层2.1和2.2的光束扎14.2在快轴(X轴)方向上总辐射交替，即在X轴方向上偏移以便叠层2.1的光束扎14.2被叠层2.2的光束扎14.2跟随且叠层2.2的光束扎14.2又被叠层2.1的光束扎14.2跟随等等，一个叠层例如叠层2.1的光束扎14.2因此在慢轴平板扇形物10之后的总辐射被提供在其它叠层例如叠层2.2的光束扎14.2的间隙之间。
前面还假设快轴平板扇形物装置8的两个快轴平板扇形物9被相同地形成。然而，原理上也能够不同地形成平板扇形物，特别是对于平板13的尺寸、对于平板16相对于彼此的旋转角等等，以便由此获得激光辐射或光束扎14.1和14.2的期望的匹配。
特别地，高度透明的专用材料或石英玻璃适于作为平板扇形物9和10或它们的平板13和15的材料，其中所有的表面被配备适合的抗反射涂(AR涂层)。
在覆盖整个辐射的慢轴准直器11之后，存在高度平行的辐射，其可在较大的路径长度上例如在达到一米的路径长度上传输，而光束直径没有任何明显变化。
在焦点FK，激光辐射例如通过光纤耦合装置被耦合进光纤系统或激光辐射例如利用元件12被直接聚焦至激光辐射将作用在上面的表面上，例如一种材料上，以由此获得直接的激光材料处理。而且，聚焦光学部件12能够具有其它光学元件例如透镜阵列，以产生具有广泛扩展的均匀的辐射场。
对于至少两个激光条叠层2.1和2.2，前面描述的根据本发明的激光光学元件的光学原理使得二极管激光器的总功率能够大大增加。仅具有一个叠层的二极管激光器允许高达最多13个激光条和最多8个叠层单元，其光束被组合以形成公共输出光束以便能够获得高达15kW的输出功率。由于必要的有效冷却，每一个叠层更大数目的激光条是不可能的。需要具有约3.5mm的最小安装高度的热沉或有源冷却器用于冷却。然而，在快轴方向上典型的激光束的高度仅为0.5至1mm，从而在这一叠层的快轴准直器之后的光束路径上的叠层的最终的激光束具有相对较大的、非发射的区域。
通过在慢轴方向上使用至少两个相互偏移的叠层2.1和2.2，系统中激光条和发射器的数目可翻倍从而能够获得达到30kW的输出功率。由于前面描述的二极管激光器及其激光光学部件的配置，一个叠层的辐射与其它叠层的辐射叠加并特别地通过将其它叠层2.2的辐射插入第一叠层2.1的辐射的间隙中。
对于前面描述的二极管激光器全新的是至少两个叠层2.1和2.2的辐射被独立地分开，即通过在快轴中动作的两个分开的平板扇形物被扇出且每一个叠层的扇出的辐射随后通过慢轴上的慢轴平板扇形物10在彼此上面移位。这被完成以便快轴上所有不存在辐射的区域被完全填充，从而在慢轴平板扇形物9的出口处，在快轴上存在激光辐射的无间隙或基本无间隙的分布。
使用根据本发明的配置，特别是通过快轴平板扇形物8获得改进的光束质量，以便尤其可将激光辐射耦合进光纤系统的具有1.2至2.0mm直径的圆形光纤。
实际中，例如能够具有一种装置，有两个叠层(双叠层装置)并且在快轴平板扇形物8中每一个叠层2.1和2.1的辐射三倍分裂或扇出(具有最大26个激光条的双叠层装置；双叠层装置的八重安排产生30kW的最大输出功率)；或可替换地具有一种装置，有三个叠层(三叠层装置)，对于三叠层的每一个叠层，在快轴平板扇形物8中的每一个叠层的辐射双倍分裂或扇出(具有最大39个组件的三个叠层；三叠层装置的八重安排产生45kW的最大输出功率)。
参考标记列表

Claims (11)

1.二极管激光器，包括具有多个激光条(4)的激光二极管装置(2)，
其中每一个激光条(4)被布置在支持体(3)的前侧上并具有产生多个激光束(5)的多个发射器(4.1)，并且其中所述多个激光条中的每一个被安排成在对应于多个激光束(5)的慢轴(Y轴)的第一轴向(Y轴)上相对于彼此偏移，
其中激光条(4)连同它们的支持体(3)被以至少两个叠层堆叠的方式提供相对于彼此的偏移以在对应于多个激光束(5)的快轴并定向成垂直于第一轴向(Y轴)的第二轴向(X轴)上形成激光二极管装置(2)；
所述激光二极管装置(2)包括快轴准直器(6)，该快轴准直器(6)中的至少一个被分配至彼此平行布置的每一个激光条(4)；并且
所述二极管激光器包括用于形成由通过发射器(4.1)产生的多个激光束(5)构成的激光束扎的光学装置(7)，
其中光学装置(7)包括用于在快轴(X轴)上扇出激光束扎的至少一个快轴平板扇形物装置(8)以及在光束路径上跟随快轴平板扇形物装置(8)、用于在慢轴(Y轴)上组合扇出的激光束扎的慢轴平板扇形物装置，
其中在激光二极管装置(2)中的激光条(4)连同它们的支持体(3)形成在慢轴(Y轴)上相互偏移的至少两个叠层(2.1，2.2)，每一个叠层具有在快轴(X轴)上以类似叠层的方式相互偏移的带有它们的支持体(3)的多个激光条(4)，
其特征在于快轴平板扇形物装置(8)包括至少两个快轴平板扇形物(9)，其中所述至少两个叠层中的每一个都被分配一个快轴平板扇形物，
其中所述至少两个快轴平板扇形物被安排成在激光辐射的慢轴(Y轴)方向上彼此平行并彼此隔开一距离以及相对于彼此绕所述慢轴方向旋转一定角度的幅度以使得所述至少两个快轴平板扇形物形成分离的扇出激光束扎(14.1)，其对于每个叠层分离并且在快轴(X轴)上相对于彼此偏移，并且在慢轴上由慢轴平板扇形物装置组合以便形成包括分离的扇出激光束扎的多个激光束的组合激光束扎。
2.根据权利要求1所述的二极管激光器，其特征在于快轴平板扇形物装置(8)的快轴平板扇形物(9)的数目等于激光二极管装置(2)的叠层(2.1，2.2)的数目。
3.根据权利要求1或2所述的二极管激光器，其特征在于在激光辐射的慢轴(Y轴)方向上的快轴平板扇形物装置(8)的各个快轴平板扇形物(9)的宽度等于慢轴(X轴)方向上的激光条(4)的宽度或等于激光条(4)上的两个发射器(4.1)之间的最大距离。
4.根据权利要求1或2所述的二极管激光器，其特征在于快轴平板扇形物装置(8)的至少两个快轴平板扇形物(9)的每一个由导光材料制成的多个平板构成，其表面侧相互倚靠的平板定向成垂直于激光辐射的慢轴(Y轴)并在定向成垂直于平板表面侧的两个互相相对的平板边缘区域处形成用于激光辐射的入口侧或出口侧，且在每一个快轴平板扇形物(9)中的平板被以类似扇形物的方式提供相对于彼此的扭转，每一个平板的入口侧和出口侧均具有与相邻平板的入口侧或出口侧形成锐角的角度偏移。
5.根据权利要求1或2所述的二极管激光器，其特征在于形成快轴平板扇形物装置(8)的至少两个快轴平板扇形物(9)被提供围绕慢轴(Y轴)相对于彼此的扭转，慢轴(Y轴)还是每一个快轴平板扇形物(9)的单独平板围绕其以类似扇形物的方式彼此扭转的轴。
6.根据权利要求1或2所述的二极管激光器，其特征在于慢轴平板扇形物装置包括至少两个慢轴平板扇形物，慢轴平板扇形物装置的每一个慢轴平板扇形物由导光材料制成的多个平板构成，其定向成它们的相邻表面侧垂直于激光辐射的快轴(X轴)并在两个互相相对的平板边缘区域处形成用于激光辐射的入口侧和出口侧，且其围绕平行于快轴(X轴)的轴以类似扇形物的方式相对于彼此扭转以便平板的每一个入口侧和出口侧具有相对于相邻平板的相邻入口侧和出口侧形成锐角的角度偏移，且至少两个慢轴平板扇形物对于它们的平板的形状和/或安排被配置成关于定向成垂直于激光辐射的快轴(X轴)的慢轴平板扇形物装置的中心平面(M)镜面对称。
7.根据权利要求1或2所述的二极管激光器，其特征在于布置在跟随慢轴平板扇形物装置的激光辐射的光束路径上并覆盖整个激光辐射的慢轴准直器光学部件(11)。
8.根据权利要求1或2所述的二极管激光器，其特征在于用于将激光辐射聚焦至待使用激光辐射处理的表面上或用于耦合进光纤光学元件的光纤耦合装置上的焦点(FK)的聚焦光学部件(12)。
9.根据权利要求1或2所述的二极管激光器，其特征在于聚焦光学部件(12)进一步包括光学元件以产生具有广泛扩展的均匀的辐射场。
10.根据权利要求4所述的二极管激光器，其特征在于导光材料为光学玻璃。
11.根据权利要求4所述的二极管激光器，其特征在于用于激光辐射的入口侧和出口侧通过彼此平行延伸的平板的平板边缘区域形成。
CN201210169074.9A 2011-04-06 2012-04-06 二极管激光器 Active CN102738705B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011016253.4A DE102011016253B4 (de) 2011-04-06 2011-04-06 Diodenlaser
DE102011016253.4 2011-04-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102738705A CN102738705A (zh) 2012-10-17
CN102738705B true CN102738705B (zh) 2015-09-23

Family

ID=45999620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210169074.9A Active CN102738705B (zh) 2011-04-06 2012-04-06 二极管激光器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9444226B2 (zh)
EP (1) EP2508934B1 (zh)
CN (1) CN102738705B (zh)
DE (1) DE102011016253B4 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9690107B2 (en) 2013-03-15 2017-06-27 Trumpf Laser Gmbh Device for wavelength combining of laser beams
DE102013102880B4 (de) 2013-03-21 2016-09-15 Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH Laseranordnung
DE102013102891B4 (de) * 2013-03-21 2016-09-15 Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH Laseranordnung
TWI781193B (zh) * 2017-08-24 2022-10-21 日商索尼股份有限公司 發光模組、光源單元、光造形裝置
US10935720B2 (en) 2019-04-29 2021-03-02 Ii-Vi Delaware, Inc. Laser beam product parameter adjustments

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6124973A (en) * 1996-02-23 2000-09-26 Fraunhofer Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Device for providing the cross-section of the radiation emitted by several solid-state and/or semiconductor diode lasers with a specific geometry
US6771686B1 (en) * 1999-08-21 2004-08-03 Laserline Gesellschaft Fur Entwicklung Und Vertrieb Optical arrangement for the use during a laser diode arrangement as well as laser diode arrangement with such an optical arrangement

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1255646A (en) 1968-10-04 1971-12-01 Natural Rubber Producers Vulcanization of rubber
US4818062A (en) 1987-04-28 1989-04-04 Spectra Diode Laboratories, Inc. Optical system with bright light output
US4763975A (en) 1987-04-28 1988-08-16 Spectra Diode Laboratories, Inc. Optical system with bright light output
GB9003097D0 (en) 1990-02-12 1990-04-11 Scient Generics Ltd Solid state laser diode light source
CH682698A5 (de) 1990-11-01 1993-10-29 Fisba Optik Ag Bystronic Laser Verfahren, bei dem mehrere, in einer oder mehreren Reihen angeordnete Strahlungsquellen abgebildet werden und Vorrichtung hierzu.
US5127068A (en) 1990-11-16 1992-06-30 Spectra-Physics, Inc. Apparatus for coupling a multiple emitter laser diode to a multimode optical fiber
US5168401A (en) 1991-05-07 1992-12-01 Spectra Diode Laboratories, Inc. Brightness conserving optical system for modifying beam symmetry
US5268978A (en) 1992-12-18 1993-12-07 Polaroid Corporation Optical fiber laser and geometric coupler
GB9324589D0 (en) 1993-11-30 1994-01-19 Univ Southampton Beam shaping device
DE4438368C3 (de) 1994-10-27 2003-12-04 Fraunhofer Ges Forschung Anordnung zur Führung und Formung von Strahlen eines geradlinigen Laserdiodenarrays
DE19500513C1 (de) 1995-01-11 1996-07-11 Dilas Diodenlaser Gmbh Optische Anordnung zur Verwendung bei einer Laserdiodenanordnung
JP3098200B2 (ja) * 1996-12-27 2000-10-16 昭和オプトロニクス株式会社 レーザビームの補正方法及び装置
US6131648A (en) 1998-11-09 2000-10-17 Electric Boat Corporation High pressure corrugated plate-type heat exchanger
DE19918444C2 (de) * 2000-03-15 2001-06-21 Laserline Ges Fuer Entwicklung Laseroptik sowie Diodenlaser
DE10012480C2 (de) * 1999-04-23 2002-06-06 Laserline Ges Fuer Entwicklung Laseroptik sowie Diodenlaser
EP1601072B1 (de) * 2004-05-29 2007-05-30 TRUMPF Laser GmbH + Co. KG Strahlformungsoptik und -modul für eine Diodenlaseranordnung
CN201444219U (zh) * 2008-12-31 2010-04-28 北京工业大学 大功率半导体激光阵列整形装置
CN101442180B (zh) * 2008-12-31 2011-09-07 山西飞虹激光科技有限公司 大功率半导体激光阵列整形装置
EP2219064B1 (de) * 2009-02-13 2020-09-16 Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH Laseroptik sowie Diodenlaser

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6124973A (en) * 1996-02-23 2000-09-26 Fraunhofer Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Device for providing the cross-section of the radiation emitted by several solid-state and/or semiconductor diode lasers with a specific geometry
US6771686B1 (en) * 1999-08-21 2004-08-03 Laserline Gesellschaft Fur Entwicklung Und Vertrieb Optical arrangement for the use during a laser diode arrangement as well as laser diode arrangement with such an optical arrangement

Also Published As

Publication number Publication date
CN102738705A (zh) 2012-10-17
EP2508934B1 (de) 2016-05-11
EP2508934A3 (de) 2012-12-05
DE102011016253A1 (de) 2012-10-11
DE102011016253B4 (de) 2014-02-27
EP2508934A2 (de) 2012-10-10
US20120307853A1 (en) 2012-12-06
US9444226B2 (en) 2016-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6778732B1 (en) Generation of high-power, high brightness optical beams by optical cutting and beam-shaping of diode lasers
US6377410B1 (en) Optical coupling system for a high-power diode-pumped solid state laser
US8767790B2 (en) System and method for generating intense laser light from laser diode arrays
US10833482B2 (en) Diode laser apparatus with FAC lens out-of-plane beam steering
US6700709B1 (en) Configuration of and method for optical beam shaping of diode laser bars
JP6154965B2 (ja) レーザユニット及びレーザ装置
CN105122561B (zh) 用于激光束的波长耦合的方法
US6771686B1 (en) Optical arrangement for the use during a laser diode arrangement as well as laser diode arrangement with such an optical arrangement
CN102738705B (zh) 二极管激光器
CN110383608B (zh) 使用具有优化光束尺寸的二极管的光纤耦合二极管激光器中的功率和亮度缩放
US8891579B1 (en) Laser diode apparatus utilizing reflecting slow axis collimators
US7079566B2 (en) Semiconductor laser apparatus capable of routing laser beams emitted from stacked-array laser diode to optical fiber with little loss
US6044096A (en) Packaged laser diode array system and method with reduced asymmetry
US6160664A (en) Process and device for forming and guiding the radiation field of one or several solid and/or semiconductor lasers
US20160181764A1 (en) High brightness multijunction diode stacking
TWI452338B (zh) 射線成形裝置
US20050264893A1 (en) Laser diode bar integrator/reimager
US6765725B1 (en) Fiber pigtailed high power laser diode module with high brightness
CN105759411B (zh) 光纤耦合激光器、光纤耦合激光器系统及其优化方法
CN104678557B (zh) 稳定波长光束组合器
US9285596B2 (en) Free-space combining of laser beam radiation
JP2003511740A (ja) 直線状発光体の放射を対称化する装置、当該装置のアレイ、及び当該装置の応用
CN105071196B (zh) 一种窄线宽合束模块及具有该模块的多波长拉曼激光器
US8570657B2 (en) Fast-axis collimator array
KR20160026988A (ko) 레이저 장치

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant