CN105511089A - 一种大功率半导体激光器线阵束参积调整的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光技术应用领域，公开一种大功率半导体激光器线阵实现束参积调整的装置。该装置包含快轴准直平凸柱透镜、错位整形堆栈、重排整形堆栈及慢轴准直平凸柱透镜阵列四部分。采用微小尺寸平行玻璃薄片作为光束整形组件，通过尺寸及角度的优化设计，针对大功率半导体激光器线阵中每个独立发光单元实现光束错位整形及重排整形，进而实现半导体激光器线阵束参积的调整。该发明具有器件成本低、整形效率高、适用于大功率半导体激光器等优点。基于该发明研制的高功率半导体激光输出光源可应用在泵浦固体激光器、医疗及工业加工等众多领域。

Description

一种大功率半导体激光器线阵束参积调整的装置

技术领域

本发明属于激光技术应用领域，提供了一种大功率半导体激光器线阵实现束参积调整的装置，基于该发明研制的高功率半导体激光输出光源可应用在泵浦固体激光器、医疗及工业加工等众多领域。

背景技术

半导体激光器由于具有电光转换效率高、可靠性好、小型化等优点，在激光泵浦和直接应用等方面均得到迅速发展，特别是半导体激光器线阵集成了多个半导体发光单元，具有输出功率高及集成性好等优点，应用更为广泛。但由于其特殊的波导结构和长条形结构，导致输出光束在平行于P-N结方向（慢轴）和垂直于P-N结方向（快轴）的束参积差异很大，限制了该器件的应用。为了更好地应用半导体激光器线阵光源，需要根据使用要求，对其出射光束进行束参积调整。目前国内外针对半导体激光器线阵束参积调整的方法，多采用台阶镜方法、光纤合束方法等。但是该类方法的缺点是光束切割中，整形效率较低，能量损失的原因是该类方法设计中常常是针对半导体激光器线阵慢轴整体光斑进行切割，导致切割点（线）可能处在半导体激光器线阵中发光单元上，同时受发光区间隔尺寸限制，慢轴方向光束不能实现较好准直。因此，高效率的束参积调整装置及技术一直是半导体激光线阵光源推向应用的一项关键核心技术。

发明内容

本发明的目的针对现有技术问题，采用微小尺寸平行玻璃薄片作为光束整形组件，通过尺寸及角度的优化设计，针对大功率半导体激光器线阵中每个独立发光单元实现光束错位整形及重排整形，进而实现半导体激光器线阵束参积的调整。该发明具有器件成本低、整形效率高、适用于大功率半导体激光器等优点。

实现本发明的技术方案是：

一种大功率半导体激光器线阵实现束参积调整的装置，从入射光方向到出射光方向依次包括：快轴准直平凸柱透镜结构、错位整形堆栈结构、重排整形堆栈结构和慢轴准直平凸柱透镜阵列结构，

所述快轴准直平凸柱透镜结构中的凸柱透镜与慢轴准直平凸柱透镜阵列结构中的凸柱透镜相互垂直，

所述错位整形堆栈结构与重排整形堆栈结构相互垂直。

在上述技术方案中，所述错位整形堆栈结构包括若干组并列设置的玻璃片组，每一组玻璃片组包括两块形状大小一致的平行四边形玻璃片和一块矩形玻璃片。

在上述技术方案中，两块平行四边形玻璃片各自贴在矩形玻璃片两个平面上，以矩形玻璃片的中心为基点、两块平行四边形玻璃片中心对称设置。

在上述技术方案中，所述平行四边形玻璃片长边对角线与矩形玻璃片的对角线长度相等。

在上述技术方案中，所述重排整形堆栈结构包括一块矩形玻璃片，矩形玻璃片的两侧各自贴有若干块平行四边形玻璃片。

在上述技术方案中，所述矩形玻璃片的两侧的平行四边形玻璃片形状大小一致，且数量相同。

在上述技术方案中，所述矩形玻璃片两侧的平行四边形玻璃片并列设置，且以矩形玻璃片的中心为基点中心对称设置。

在上述技术方案中，所述平行四边形玻璃片的一条边与矩形玻璃片短边平行，平行四边形玻璃片长边上的两个对角各自与矩形玻璃片的长边接触。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明具有原理简单、器件易加工、调整效率高、集成性好等优点，基于该发明研制的大功率半导体激光耦合输出光源可应用在泵浦固体激光器、医疗及工业加工等众多领域。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中错位整形堆栈结构的示意图；

图3是本发明中重排整形堆栈结构的示意图；

其中：1是大功率半导体激光器线阵，2是快轴准直平凸柱透镜，3是错位整形堆栈，31是平行四边形玻璃片，32是矩形玻璃片，4是重排整形堆栈，41是平行四边形玻璃片，42是矩形玻璃片，5是束参积调整装置集成固定组件，6是慢轴准直平凸柱透镜阵列。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明包括快轴准直平凸柱透镜、错位整形堆栈、重排整形堆栈、慢轴准直平凸柱透镜阵列四部分，然后通过固定组件将四部分固定成一个完整的装置。

快轴准直平凸柱透镜结构沿快轴方向有一段固定区域，分别分布在有效准直区域的两侧。其焦距在400μm～900μm，应用面均镀与应用波长匹配的低反射率薄膜。

错位整形堆栈结构由两种不同尺寸及角度的平行玻璃薄片，平行四边形玻璃片31和矩形玻璃片32，两张平行四边形玻璃片31和一张矩形玻璃片32形成一组。两张平行四边形玻璃片31分别设置在矩形玻璃片32的两侧，且以矩形玻璃片32中心为基准点呈中心对称设置，平行四边形玻璃片31的长边对角线与矩形玻璃片32对角线长度相等。也就是说平行四边形玻璃片31与矩形玻璃片32的上边缘和下边缘各自齐平。如图2所示，两个呈中心对称的平行四边形31相反布置，然后将若干组并列组合在一起。其中平行四边形玻璃片31起到光束错位作用，矩形玻璃片32起到光束透射作用及组件固定作用。组件中所有应用面均镀与应用波长匹配的低反射率薄膜。

重排整形堆栈结构由一张矩形玻璃片42和分别设置在矩形玻璃片42两边的若干平行四边形玻璃片41。如图3所示，在矩形玻璃片42的顶面上并列挨着设置有多个平行四边形玻璃片41，在矩形玻璃片42的底面同样设置有相同数量的平行四边形玻璃片41，矩形玻璃片42上下两侧的平行四边形玻璃片41呈中心对称。因此，一上一下的两个平行四边形玻璃片方向是相反的。在本结构中，平行四边形玻璃薄片41起到光束重排作用，矩形玻璃片42起到光束透射作用及组件固定作用。组件中所有应用面均镀与应用波长匹配的低反射率薄膜。

慢轴准直平凸柱透镜阵列结构是沿慢轴方向具有周期分布的慢轴准直平凸柱透镜阵列，应用面均镀与应用波长匹配的低反射率薄膜。

本装置中快轴准直平凸柱透镜结构中的凸柱透镜和慢轴准直平凸柱透镜阵列结构中的凸柱透镜从空间中看是相互垂直的；同样错位整形堆栈结构与重排整形堆栈结构在空间上看也是相互垂直的。

本发明装置的工作过程为：

利用快轴准直平凸柱透镜对大功率半导体激光器线阵的快轴光束进行准直。

利用错位整形堆栈对大功率半导体激光器线阵中独立发光单元出射光束进行错位整形，其中经过平行四边形平行玻璃片31组件的光束形成错位效果，经过矩形玻璃片32组件的光束沿原光路传输，每个组件对应一个独立发光单元的出射光束。

利用重排整形堆栈对大功率半导体激光器线阵中独立发光单元出射光束进行错位整形，其中经过平行四边形玻璃片41组件的光束形成重排效果，经过矩形玻璃片42组件的光束沿原光路传输，每个组件对应一个独立发光单元的出射光束。

经过重排整形后，沿快轴方向形成三层光束，慢轴方向形成四列光束，利用慢轴平凸柱透镜阵列，其中每列光束单元对应一个慢轴平凸柱透镜单元，实现光束慢轴的准直及大功率半导体激光器线阵束参积的调整。

通过精密的调整支架，对快轴准直平凸柱透镜、错位整形堆栈、重排整形堆栈、慢轴平凸柱透镜阵列及固定组件利用紫外胶水进行精密固定，形成集成的束参积调整装置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大功率半导体激光器线阵实现束参积调整的装置，其特征在于从入射光方向到出射光方向依次包括：快轴准直平凸柱透镜结构、错位整形堆栈结构、重排整形堆栈结构和慢轴准直平凸柱透镜阵列结构，

所述快轴准直平凸柱透镜结构中的凸柱透镜与慢轴准直平凸柱透镜阵列结构中的凸柱透镜相互垂直，

所述错位整形堆栈结构与重排整形堆栈结构相互垂直。

2.根据权利要求1所述的一种大功率半导体激光器线阵实现束参积调整的装置，其特征在于所述错位整形堆栈结构包括若干组并列设置的玻璃片组，每一组玻璃片组包括两块形状大小一致的平行四边形玻璃片（31）和一块矩形玻璃片（32）。

3.根据权利要求2所述的一种大功率半导体激光器线阵实现束参积调整的装置，其特征在于两块平行四边形玻璃片（31）各自贴在矩形玻璃片（32）两个平面上，以矩形玻璃片（32）的中心为基点、两块平行四边形玻璃片（31）中心对称设置。

4.根据权利要求3所述的一种大功率半导体激光器线阵实现束参积调整的装置，其特征在于所述平行四边形玻璃片（31）长边对角线与矩形玻璃片（32）的对角线长度相等。

5.根据权利要求1所述的一种大功率半导体激光器线阵实现束参积调整的装置，其特征在于所述重排整形堆栈结构包括一块矩形玻璃片（42），矩形玻璃片（42）的两侧各自贴有若干块平行四边形玻璃片（41）。

6.根据权利要求5所述的一种大功率半导体激光器线阵实现束参积调整的装置，其特征在于所述矩形玻璃片（42）的两侧的平行四边形玻璃片（41）形状大小一致，且数量相同。

7.根据权利要求6所述的一种大功率半导体激光器线阵实现束参积调整的装置，其特征在于所述矩形玻璃片（42）两侧的平行四边形玻璃片（41）并列设置，且以矩形玻璃片（42）的中心为基点中心对称设置。

8.根据权利要求7所述的一种大功率半导体激光器线阵实现束参积调整的装置，其特征在于所述平行四边形玻璃片（41）的一条边与矩形玻璃片（42）短边平行，平行四边形玻璃片（41）长边上的两个对角各自与矩形玻璃片（42）的长边接触。

9.根据权利要求1～8所述的任一一种大功率半导体激光器线阵实现束参积调整的装置，其特征在于所述平行四边形玻璃片（31、41）、矩形玻璃片（32、42）的应用面上均镀有一层低反射率薄膜。