CN103855603B - 改变半导体激光器堆栈慢轴方向光场分布的方法 - Google Patents

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Abstract

改变半导体激光器堆栈慢轴方向光场分布的方法，主要包括：选取具有不同填充因子或与之对应的发光单元个数的多个半导体激光阵列器件；在多个半导体激光阵列器件中，选出其中数个其慢轴方向光场分布不同的半导体激光阵列器件；将该数个半导体激光阵列器件按照一定的次序堆叠，使堆栈慢轴方向光场按特定要求分布。该方法直接从半导体激光器的光源入手，实现慢轴方向光场分布的改变，不仅可以使半导体激光阵列器件型激光器获得特定要求的慢轴方向光场分布，提高了激光熔覆的效率和熔覆层的硬度，而且还避免了其结构的复杂化，使其得到更加广泛的引用。

Description

改变半导体激光器堆栈慢轴方向光场分布的方法
技术领域
本发明涉及半导体激光技术领域，尤其涉及一种改变半导体激光器堆栈慢轴方向光场分布的方法。
背景技术
由于半导体激光器具有体积小、重量轻、光电转换效率高等优点，其在激光加工、军事国防、医疗卫生等领域中的应用越来越广泛。半导体激光器的慢轴方向模式较复杂，该方向的光场分布是半导体激光器一项重要的特性，对半导体激光器的应用具有重要的参考意义。不同的应用领域对其慢轴的光场分布也会有不同的要求。近年来，市场上常见的半导体激光器慢轴方向的光场分布，多是单峰或者双峰结构的分布，然而这两种分布不能满足某些特定的使用要求。这就限制了半导体激光器在某些特定领域的应用。
目前，有关改变半导体激光器慢轴方向光场分布的方法较少见，并且这些方法以光束整形为主。然而，对许多特殊的光场分布，无法仅靠光束整形的方法获得，而且使用光束整形方法，势必会使半导体激光器结构变得更加复杂，不利于其小型化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种改变半导体激光器堆栈慢轴方向光场分布的方法，不仅可以获得特定要求的慢轴方向光场分布，而且还能避免半导体激光器结构的复杂化，可实现其小型化。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：改变半导体激光器堆栈慢轴方向光场分布的方法，主要包括：选取具有不同填充因子或与之对应的发光单元个数的多个半导体激光阵列器件；在多个半导体激光阵列器件中，选出其中数个其慢轴方向光场分布不同的半导体激光阵列器件；将该数个半导体激光阵列器件按照一定的次序堆叠，使堆栈慢轴方向光场按特定要求分布。
较佳的是，所述数个其慢轴方向光场分布不同的半导体激光阵列器件具有相同的波长。
较佳的是，所述数个半导体激光阵列器件按照竖向依次堆叠方式叠加，例如：按照从上至下或者从下往上依次堆叠方式叠加。
较佳的是，所述堆栈慢轴方向光场分布叠加成平顶化的光场分布。
与现有技术相比，本发明利用填充因子不同或发光单元个数不同的半导体激光阵列器件，其慢轴方向光场分布不同的原理，通过调整堆栈中半导体激光阵列器件的堆叠方式，使堆栈慢轴方向光场按特定要求分布，从而满足特定的使用要求。该方法直接从半导体激光器的光源入手，实现慢轴方向光场分布的改变，不仅可以使半导体激光阵列器件型激光器获得特定要求的慢轴方向光场分布，提高了激光熔覆的效率和熔覆层的硬度，而且还避免了其结构的复杂化，使其得到更加广泛的引用。
以下将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，该实施例仅用于解释本发明。并不对本发明的保护范围构成限制。
附图说明
图1为根据本发明的实施例，半导体激光堆栈结构示意图；
图2为图1所示堆栈结构的半导体激光堆栈慢轴光场分布示意图。
附图标记说明：
1-填充因子20%FF，19个发光单元的阵列器件；
2-填充因子50%FF，24个发光单元的阵列器件；
3-填充因子20%FF，48个发光单元的阵列器件；
4-填充因子50%FF，25个发光单元的阵列器件；
5-填充因子20%FF，19个发光单元的阵列器件慢轴光场分布；
6-填充因子50%FF，24个发光单元的阵列器件慢轴光场分布；
7-填充因子20%FF，48个发光单元的阵列器件慢轴光场分布；
8-填充因子50%FF，25个发光单元的阵列器件慢轴光场分布；
9-堆叠后整个堆栈的慢轴光场分布。
具体实施方式
本发明改变半导体激光器堆栈慢轴方向光场分布的方法是将几种具有不同填充因子或发光单元个数的半导体激光阵列器件，按照特定的堆叠顺序封装成半导体激光堆栈。由于填充因子或发光单元个数不同的半导体激光阵列器件，其慢轴方向光场分布不同，例如单峰分布或双峰分布，本发明通过光场的叠加最后将堆栈的光场分布叠加成平顶化的光场分布。
在堆叠过程中，选择阵列器件时可选择同波长的半导体阵列，并且阵列器件的光场分布既有单峰分布，也有双峰的分布，以避免半导体激光阵列器件堆叠时产生光场的分布不均匀或者个别半导体激光阵列烧毁的情况。
实施例：
下面结合图1和图2详细说明本实施例。
半导体激光阵列器件的选择可以根据最终所需的功率来确定，根据功率的大小决定半导体激光阵列器件的选择和组合。
根据本发明的实施例，所输出的功率为300W，故选择四个半导体激光阵列器件，半导体激光堆栈的结构如图1所示。
半导体激光阵列器件的堆叠顺序从上至下依次为:
填充因子20%FF，19个发光单元的阵列器件1，
填充因子50%FF，24个发光单元的阵列器件2，
填充因子20%FF，48个发光单元的阵列器件3，
填充因子50%FF，25个发光单元的阵列器件4。
四个阵列器件的各自的慢轴方向光场分布分别为：双峰分布5，单峰分布6，双峰分布7，单峰分布8。堆叠后整个堆栈的慢轴光场分布为平顶化分布9，如图2所示。
相对于单峰形式和双峰形式的慢轴方向光场分布，平顶化的光场分布使得半导体激光器光斑的能量分布更加均匀，半导体激光光束为平顶分布的矩形结构，在熔覆领域优于光斑模式呈圆形的近高斯分布的光纤激光器、固体激光器和CO2激光器。具有熔覆效率高、速度快、能耗低、熔覆层深度分布均匀和热影响区小的优点，从而可实现大面积光斑的快速激光熔覆、提高了激光熔覆的效率和熔覆层的硬度。可广泛应用于矿山机械、石油化工、发电站设备、航空冶金、工业模具等行业。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.改变半导体激光器堆栈慢轴方向光场分布的方法，该方法包括：选取具有不同填充因子或与填充因子对应的发光单元个数的多个半导体激光阵列器件；在多个半导体激光阵列器件中，选出其中数个其慢轴方向光场分布不同的半导体激光阵列器件；将该数个半导体激光阵列器件按照竖向依次堆叠，使堆栈慢轴方向光场按特定要求分布，所述特定要求为堆栈慢轴方向光场分布叠加成平顶化的光场分布。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数个其慢轴方向光场分布不同的半导体激光阵列器件具有相同的波长。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数个半导体激光阵列器件按照竖向依次堆叠方式叠加。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数个半导体激光阵列器件按照从上至下依次堆叠方式叠加。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数个半导体激光阵列器件按照从下往上依次堆叠方式叠加。
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