CN106941240B - 半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了半导体激光器，包括依次设置在慢轴方向上的BAR条、FAC镜、聚焦透镜组、波导片以及成像透镜；所述BAR条用于提供原始激光束；所述FAC镜设于所述BAR条的表面，并且用于对所述原始激光束进行准直以输出准平行光束；所述聚焦透镜组用于对所述准平行光束进行聚焦，并且在所述慢轴方向上形成焦点；所述波导片位于所述焦点所在的位置，并且用于对光束进行匀化，使匀化后的所述光束散开射出；所述成像透镜用于对匀化后的所述光束进行聚焦，并且在所述慢轴方向上形成光斑。本发明提供的一种半导体激光器，通过慢轴方向上的组件使光斑匀化，并且使光斑返回半导体激光器腔内的能量降低。

Description

半导体激光器

技术领域

本发明涉及一种激光器，更具体的说是涉及一种半导体激光器。

背景技术

大功率直接半导体激光器在金属表面处理得到了广泛的应用，特别是激光熔覆、激光淬火等工艺，使用半导体激光有很多优势，比如，光斑尺寸一般为矩形，且容易获得尺寸较大的光斑，电光效率高，成本低，稳定性和可靠性高等，所以激光表面处理首选半导体激光做光源。但也还存在不尽如人意的地方。一般半导体激光阵列由多个发光点构成，经过简单的光学成像整形后，总光束分布还是有强有弱，分布不够均匀，通常直接半导体激光光束在加工中存在两方面的问题；一是使用中光束在工件表面经反射后有一部分光返回发光点腔面，返回能量较大就会损坏发光点，造成损失。二是加工中对光斑的能量分布有一定的要求，理想的情况应该是在慢轴方向尽可能地均匀，这对加工质量是基本保障。但目前这两方面在已有的产品中都没有得到很好的解决，高功率的熔覆半导体直接输出的激光器，常会在加工过程中损坏发光点，造成功率下降，同时光斑分布均匀性不好，正常加工中也会发现光斑边缘的加工效果和中心区域效果有较大的不同。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种半导体激光器，通过慢轴方向上的组件使光斑匀化，并且使光斑返回半导体激光器腔内的能量降低。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

半导体激光器，包括依次设置在慢轴方向上的BAR条、FAC镜、聚焦透镜组、波导片以及成像透镜；

所述BAR条用于提供原始激光束；

所述FAC镜设于所述BAR条的表面，并且用于对所述原始激光束进行准直以输出准平行光束；

所述聚焦透镜组用于对所述准平行光束进行聚焦，并且在所述慢轴方向上形成焦点；

所述波导片位于所述焦点所在的位置，并且用于对光束进行匀化，使匀化后的所述光束散开射出；

所述成像透镜用于对匀化后的所述光束进行聚焦，并且在所述慢轴方向上形成光斑。

作为一种可实施方式，所述成像透镜为半凸透镜，所述半凸透镜的平面面向所述波导片所在的位置，所述半凸透镜的凸面背向所述波导片所在的位置。

作为一种可实施方式，包括上下排列的上激光器和下激光器，所述上激光器和所述下激光器均包括设置在各自的慢轴方向上的BAR条、FAC镜、聚焦透镜组、波导片以及成像透镜；

所述半导体激光器水平放置时，所述上激光器的慢轴方向相对于水平线呈一定角度向下倾斜，所述下激光器的慢轴方向相对于水平线呈相同角度向上倾斜，使所述上激光器的慢轴和所述下激光器的慢轴存在交点并且所述上激光器形成的光斑和所述下激光器形成的光斑位于所述交点所在的位置。

作为一种可实施方式，所述上激光器的整体呈方形并且所述上激光器的边角下端内凹形成向下单向贯穿的通槽一；所述下激光器的整体呈方形并且所述下激光器的边角下端内凹形成向上单向贯穿的通槽二；

所述通槽一和所述通槽二的形状相同并且彼此连通，所述通槽一和所述通槽二连通形成的通槽内设有用于连接所述上激光器和所述下激光器的连接件。

作为一种可实施方式，所述连接件的形状和所述通槽一、所述通槽二形成的通槽的形状相同，使所述上激光器的边角和所述下激光器的边角平整。

作为一种可实施方式，还包括安装板，所述下激光器安装在所述安装板上。

作为一种可实施方式，还包括安装板，所述下激光器通过螺栓一安装在所述安装板上，所述螺栓一的栓头位于所述通槽二内，所述连接件的下端套在所述螺栓一的栓头上进行固定；

所述上激光器通过螺栓二安装在所述连接件上，所述螺栓二的栓体位于所述通槽一内并且和所述连接件的上端螺纹连接。

作为一种可实施方式，所述上激光器的内部设有独立的腔室，所述腔室通过接口和外部的水源连通。

作为一种可实施方式，所述下激光器的内部设有独立的腔室，所述腔室通过接口和外部的水源连通。

本发明相比于现有技术的有益效果在于：

本发明提供的半导体激光器，在慢轴方向上设置BAR条、FAC镜、聚焦透镜组、波导片以及成像透镜，使形成在慢轴方向上的光斑匀化。而且像点的尺寸比发光点尺寸放大n倍，增大了能量面积。如果，光斑照在镜面上返回半导体激光器腔内，经过波导片弥散后，可以使回到腔内的能量只有输出的1/n，防止半导体激光器内部受损。

附图说明

图1为本发明实施例提供的半导体激光器的慢轴方向上的组件的位置示意图。

图2为本发明实施例提供的半导体激光器的一结构示意图；

图3为本发明实施例提供的半导体激光器的另一结构示意图。

图中：1、BAR条；2、FAC镜；3、聚焦透镜组；5、波导片；6、成像透镜；7、光斑；81、上激光器；811、通槽一；82、下激光器；821、通槽二；9、连接件；10、螺栓二；11、螺栓一；12、安装板；13、接口。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

参照图1，本实施例提供的半导体激光器，包括依次设置在慢轴方向上的BAR条1、FAC镜2、聚焦透镜组3、波导片5以及成像透镜6；这里的BAR条1用于提供原始激光束；这里的FAC镜2设于BAR条1的表面，并且用于对原始激光束进行准直以输出准平行光束；这里的聚焦透镜组3用于对准平行光束进行聚焦，并且在慢轴方向上形成焦点；这里的波导片5位于焦点所在的位置，并且用于对光束进行匀化，使匀化后的光束散开射出；这里的成像透镜6用于对匀化后的光束进行聚焦，并且在慢轴方向上形成光斑7。

本实施例提供的半导体激光器，其光源利用半导体激光阵列堆栈，整形后输出所需光斑尺寸，用于金属熔覆。具体地，半导体激光阵列堆栈可以是BAR条1。实际使用时，半导体激光器先将堆栈中各阵列利用快轴准直镜(FAC镜2)准直，输出准平行光束，在慢轴方向不整形成准平行光；然后用聚焦透镜组3成像技术，将激光阵列成像在波导片5上，像在波导片5上弥散开来，并最终在波导片5输出端散开射出，再用柱面镜成像技术，将波导片5输出端的像成像在工作点上，使得工作点上的像弥散开来，像点的尺寸比发光点尺寸大n倍，而在快轴方向各阵列的准平行光直接通过机械调整汇聚于工作点上，形成了两维分布的熔覆光斑7，这样的激光输出光斑7，在慢轴方向弥散，在快轴方向准平行。当光斑7的部分全部返回时，到达波导片5输出端经过波导片5弥散后，返回光的点面积会扩散成整面，这样在慢轴方向回到腔内的能量只有输出的1/n，大大降低了返回腔内的能量，实际中激光阵列在工作时，接收小于2％左右的返回光，一般不会造成损伤。

综上，在慢轴方向上设置BAR条1、FAC镜2、聚焦透镜组3、波导片5以及成像透镜6，使形成在慢轴方向上的光斑匀化。而且像点的尺寸比发光点尺寸放大n倍，增大了能量面积；相反地，如果光斑照在镜面上返回半导体激光器腔内，经过波导片5弥散后，可以使回到腔内的能量只有输出的1/n，防止半导体激光器内部受损。

参照图1，成像透镜6为半凸透镜，这个半凸透镜的平面面向波导片5所在的位置，这个半凸透镜的凸面背向波导片5所在的位置。这样，沿着慢轴方向，可以形成光斑7。还可以选柱面镜作为半凸透镜，调节在慢轴方向上形成光斑7需要的路径。

参照图2，本实施例提供的半导体激光器，包括上下排列的上激光器81和下激光器82，图2示出的半导体激光器即半导体激光器水平放置时的状态，上激光器81位于下激光器82的上方。上激光器81和下激光器82均包括设置在各自的慢轴方向上的BAR条1、FAC镜2、聚焦透镜组3、波导片5以及成像透镜6，具体结构如图1所示。当半导体激光器水平放置时，上激光器81的慢轴方向相对于水平线呈一定角度向下倾斜，下激光器82的慢轴方向相对于水平线呈相同角度向上倾斜，使上激光器81的慢轴和下激光器82的慢轴存在交点并且上激光器81形成的光斑7和下激光器82形成的光斑7位于交点所在的位置。

本实施例提供的半导体激光器，以上激光器81和下激光器82的功率均为300w为例。那么在上激光器81形成的光斑7和下激光器82形成的光斑7交点位置的功率可以达到600w。目前，受限于工艺，市面上的半导体激光器的功率存在上限。而通过本实施例提供的将两个激光器叠加的方式，可以使功率提高至原来的2倍。而将三个激光器叠加，可以使功率提高至原来的3倍，以此类推，本实施例提供的半导体激光器，可以使功能倍增。

参照图3，本实施例提供的半导体激光器，上激光器81的整体呈方形并且上激光器81的边角下端内凹形成向下单向贯穿的通槽一811；下激光器82的整体呈方形并且下激光器82的边角下端内凹形成向上单向贯穿的通槽二821；通槽一811和通槽二821的形状相同并且彼此连通，通槽一811和通槽二821连通形成的通槽内设有用于连接上激光器81和下激光器82的连接件9。图3示出了连接件9从通槽内分离出来的状态，通过图中的结构，可以使半导体激光器具有一体式的结构，这样，在使用时安装更方便。具体的，连接件9的形状和通槽一811、通槽二821形成的通槽的形状相同，使上激光器81的边角和下激光器82的边角平整。这样，可以使半导体激光器整体方方正正，在使用时安装更方便。

参照图3，本实施例提供的半导体激光器还包括安装板12，下激光器82通过螺栓一11安装在安装板12上，螺栓一11的栓头位于通槽二821内，连接件9的下端套在螺栓一11的栓头上进行固定；上激光器81通过螺栓二10安装在连接件9上，螺栓二1O的栓体位于通槽一811内并且和连接件9的上端螺纹连接。

本实施例提供的半导体激光器，通过连接件9的下端套在螺栓一11的栓头上进行固定，而螺栓二10的栓体从上激光器81上穿入通槽一811内，三者之间一一进行锁定。而连接件9又遮盖了螺栓一11和螺栓二10，使得半导体激光器整体具有较好的整体性，可以减少螺栓一11和螺栓二10出现松动的现象。

另外，在一个实施例中，上激光器81的内部设有独立的腔室，腔室通过接口13和外部的水源连通。水源通过泵可以进入到上激光器81的内部，循环流动，从而对上激光器81进行散热。

另外，在一个实施例中，下激光器82的内部设有独立的腔室，腔室通过接口13和外部的水源连通。水源通过泵可以进入到下激光器82的内部，循环流动，从而对下激光器82进行散热。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、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.半导体激光器，其特征在于，包括依次设置在光轴方向上的BAR条(1)、FAC镜(2)、聚焦透镜组(3)、波导片(5)以及成像透镜(6)，所述BAR条(1)设置在慢轴方向上；

所述BAR条(1)用于提供原始激光束；

所述FAC镜(2)设于所述BAR条(1)的表面，并且用于对所述原始激光束进行准直以输出准平行光束；

所述聚焦透镜组(3)用于对所述准平行光束进行聚焦，并且在所述慢轴方向上形成焦点；

所述波导片(5)位于所述焦点所在的位置，并且用于对光束进行匀化，使匀化后的所述光束散开射出；

所述成像透镜(6)用于对匀化后的所述光束进行聚焦，并且在所述慢轴方向上形成光斑(7)；

包括上下排列的上激光器(81)和下激光器(82)，所述上激光器(81)和所述下激光器(82)均包括设置在各自的慢轴方向上的BAR条(1)、FAC镜(2)、聚焦透镜组(3)、波导片(5)以及成像透镜(6)；

所述半导体激光器水平放置时，所述上激光器(81)的慢轴方向相对于水平线呈一定角度向下倾斜，所述下激光器(82)的慢轴方向相对于水平线呈相同角度向上倾斜，使所述上激光器(81)的慢轴和所述下激光器(82)的慢轴存在交点并且所述上激光器(81)形成的光斑(7)和所述下激光器(82)形成的光斑(7)位于所述交点所在的位置；

所述上激光器(81)的整体呈方形并且所述上激光器(81)的边角下端内凹形成向下单向贯穿的通槽一(811)；所述下激光器(82)的整体呈方形并且所述下激光器(82)的边角下端内凹形成向上单向贯穿的通槽二(821)；

所述通槽一(811)和所述通槽二(821)的形状相同并且彼此连通，所述通槽一(811)和所述通槽二(821)连通形成的通槽内设有用于连接所述上激光器(81)和所述下激光器(82)的连接件(9)；

所述上激光器(81)的内部设有独立的腔室，所述腔室通过接口(13)和外部的水源连通；

所述下激光器(82)的内部设有独立的腔室，所述腔室通过接口(13)和外部的水源连通。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述成像透镜(6)为半凸透镜，所述半凸透镜的平面面向所述波导片(5)所在的位置，所述半凸透镜的凸面背向所述波导片(5)所在的位置。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述连接件(9)的形状和所述通槽一(811)、所述通槽二(821)形成的通槽的形状相同，使所述上激光器(81)的边角和所述下激光器(82)的边角平整。

4.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，还包括安装板(12)，所述下激光器(82)安装在所述安装板(12)上。

5.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，还包括安装板(12)，所述下激光器(82)通过螺栓一(11)安装在所述安装板(12)上，所述螺栓一(11)的栓头位于所述通槽二(821)内，所述连接件(9)的下端套在所述螺栓一(11)的栓头上进行固定；

所述上激光器(81)通过螺栓二(10)安装在所述连接件(9)上，所述螺栓二(10)的栓体位于所述通槽一(811)内并且和所述连接件(9)的上端螺纹连接。