CN111916991A - 偏振式大功率激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种偏振式大功率激光器，包括至少两组光束输出装置，每组光束输出装置形成一条光路，光路一经一组光束输出装置、光束压缩透镜组、半波片到达偏振合束棱镜，光路二经另一组光束输出装置、光束压缩透镜组到达偏振合束棱镜，光路一的光束入射偏振合束棱镜时与光路二入射偏振合束棱镜的光束相互垂直，光路一的光束和光路二的光束在偏振合束棱镜汇合后进入耦合透镜，然后到达光纤的输入端。本发明将一个单方向的光路分解为两个光路，在每个光路上的光束输出装置中的光路行程差异更小，缩短远距离的光路行程，改善光斑一致性，提高激光器的工作精度。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其是一种偏振式大功率激光器。
背景技术
在半导体激光器领域，体积小、功率大已成为实际应用和生产发展趋势，单个大功率450nm激光器晶体管目前无法实现百瓦级别功率的光输出，而且单个大功率激光器晶体管制作难度大且价格高昂，不利于普及推广使用。现有技术中有些采用的是单方向的高密度集成激光器，由于需要将多个晶体管光源集成在一个底座或底板上，形成一个独立的元件，常采用的是将大量的晶体管光源紧密排列安装在不同的台阶上，同时还要确保这些晶体管光源之间互不干扰，因此所形成的大量光束处于不同的空间上，底座上的这些晶体管光源到达光纤之前的光路行程由远及近，差异非常明显，所产生的光斑也存在差异，导致光斑一致性差，需要对此进行改进提高。
发明内容
本申请人针对上述现有单方向的高密度集成激光器存在的晶体管光源的光路行程差异明显、光斑一致性差等缺点，提供了一种结构合理的偏振式大功率激光器，能够缩小高密度集成激光器的光路行程差异，缩短远距离的光路行程，改善光斑一致性，提高激光器的工作精度，还可以在部分晶体管光源失效时，启动备用单元自修复，保障工作的继续进行，有效延长使用寿命。
本发明所采用的技术方案如下：
一种偏振式大功率激光器，包括至少两组光束输出装置，每组光束输出装置形成一条光路，光路一经一组光束输出装置、光束压缩透镜组、半波片到达偏振合束棱镜，光路二经另一组光束输出装置、光束压缩透镜组到达偏振合束棱镜，光路一的光束入射偏振合束棱镜时与光路二入射偏振合束棱镜的光束相互垂直，光路一的光束和光路二的光束在偏振合束棱镜汇合后进入耦合透镜，然后到达光纤的输入端。
作为上述技术方案的进一步改进：
光束输出装置包括底座和多个光束输出单元，底座分为不同高度的多个台阶，多个光束输出单元成排分布在不同的台阶上。
每个光束输出单元包括多个晶体管光源、多组光束整形透镜和一个反射镜，每个光束输出单元的晶体管光源成排设置，晶体管光源、光束整形透镜组前后相对应。
晶体管光源发出的光束为线偏振光。
反射镜与晶体管光源发出的光束成45°夹角，光束输出装置中成排有高度差的晶体管光源的光经反射镜反射后，形成光束阵列。
光路一中光束输出装置射出的光束阵列位于横向，光路二中光束输出装置射出的光束阵列位于纵向。
在一个光束输出装置中，底座上的所有光束输出单元的晶体管光源分为备用组和工作组，备用组的晶体管光源在工作组的晶体管光源失效时启动。
光束压缩透镜组为正透镜和负透镜组合。
半波片的光轴与光路一中光束输出装置发出的线偏振光的偏振方向成45°夹角，光束经过半波片后偏振方向旋转90°。
偏振合束棱镜由两块晶体直角棱镜组合而成，两块晶体直角棱镜的45°斜面相对，整体构成一个立方体结构，光路一的光束到达两块晶体直角棱镜发生透射，光路二的光束到达两块晶体直角棱镜时会在45°斜面上发生反射。
本发明的有益效果如下：
本发明包括至少两组光束输出装置，每组光束输出装置形成一条光路，光路一的光束和光路二的光束在偏振合束棱镜汇合，光路一的光束到达两块晶体直角棱镜发生透射，光路二的光束到达两块晶体直角棱镜时会在45°斜面上发生反射，光路一的光束入射偏振合束棱镜时与光路二入射偏振合束棱镜的光束相互垂直，光路一的光束和光路二的光束在偏振合束棱镜汇合后进入耦合透镜，然后到达光纤的输入端，相对于现有技术，本发明将一个单方向的光路分解为两个光路，在每个光路上的光束输出装置中的光路行程差异更小，缩短远距离的光路行程，改善光斑一致性，提高激光器的工作精度。本发明的底座上的所有光束输出单元的晶体管光源分为备用组和工作组，正常情况下，备用组的晶体管光源处于不启动状态，当监测到有工作组的晶体管光源出现异常时，自动启用备用组的晶体管光源，自动修复激光器的异常，保障激光器的整体稳定可靠，有效延长激光器的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的立体图。
图2为本发明的俯视图。
图中：1、底座；2、光束输出单元；21、晶体管光源；22、光束整形透镜；23、反射镜；3、光束压缩透镜组；31、正透镜；32、负透镜；4、半波片；5、偏振合束棱镜；6、耦合透镜；7、光纤。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，本发明所述的偏振式大功率激光器由两组光束输出装置分别形成光路一和光路二，光路一经一组光束输出装置、光束压缩透镜组3、半波片4到达偏振合束棱镜5，光路二经另一组光束输出装置、光束压缩透镜组3达到偏振合束棱镜5，光路一的光束入射偏振合束棱镜5时与光路二入射偏振合束棱镜5的光束相互垂直，光路一的光束和光路二的光束在偏振合束棱镜5汇合后进入耦合透镜6，然后到达光纤7的输入端。
光束输出装置包括底座1和多个光束输出单元2，底座1采用金属或者陶瓷材料制成，其导热系数大于100W/mK。底座1分为不同高度的多个台阶，多个光束输出单元2成排分布在不同的台阶上。每个光束输出单元2包括多个晶体管光源21、多组光束整形透镜22和一个反射镜23，每个光束输出单元2的晶体管光源21成排设置，晶体管光源21、光束整形透镜22组前后相对应，处于一条直线光路中。晶体管光源21发出的光束为线偏振光。反射镜23与晶体管光源21发出的光束成45°夹角，光束输出装置中成排有高度差的晶体管光源21的光经反射镜23反射后，形成光束阵列。光路一中光束输出装置射出的光束阵列位于横向，光路二中光束输出装置射出的光束阵列位于纵向。光路一射出的光束阵列经过光束压缩透镜组3、半波片4后入射到偏振合束棱镜5的一面。光束二射出的光束阵列经过光束压缩透镜组3后入射到偏振合束棱镜5的另一垂直面。
光束压缩透镜组3为正透镜31和负透镜32组合，用于压缩光束的宽度，正透镜31和负透镜32的两面上均镀上增透膜，增加光的透射效果。半波片4的光轴与光路一中晶体管光源21发出的线偏振光的偏振方向成45°夹角，光束经过半波片4后偏振方向旋转90°。偏振合束棱镜5由两块晶体直角棱镜组合而成，两块晶体直角棱镜的45°斜面相对，整体构成一个立方体结构。光路一的光束经过半波片4的转向后到达两块晶体直角棱镜会发生透射，光路二的光束到达两块晶体直角棱镜时会在45°斜面上发生反射，反射后的光束与光路一的透射光束方向相同，共同射入耦合透镜6，经耦合透镜6的耦合处理后射入光纤7，经光纤7向外界发射激光。
晶体管光源21采用晶体管封装形式，用圆形安装座和金属套筒形成气密封装结构，金属套筒开口使用玻璃封住，用于发射光束。晶体管光源21的封装Pin脚由电路板供电，圆形安装座与底座1之间设置有散热材料，起到散热作用。晶体管光源21优选采用发出波长450nm的线偏振光的晶体管。晶体管光源21的发射端与光束整形透镜22相对应，光束整形透镜22对光源发出的具有发散角的光束进行整形，整形后的光束射入对应的反射镜23，经反射后向前传输。底座1一共有M个台阶，每个台阶上分布有N个晶体管光源21，共含有N×M个晶体管光源21，其中，优选M≥4，N≥4。
在一个光束输出装置中，底座1上的所有光束输出单元2的晶体管光源21分为备用组和工作组，在无故障情况下，备用组内的晶体管光源21数量占工作组数量的20%以上。作为一种举例，比如光束输出装置中有10个作为备用组，50个作为工作组，在正常工作时开启工作组50个晶体管光源21输出光束，实现150W的大功率输出。晶体管光源21的封装结构中包括对背光产生电流值进行监测的探测器，正常情况下，备用组的晶体管光源21处于不启动状态，当监测到有工作组的晶体管光源21出现异常时，自动启用备用组的晶体管光源21，自动修复激光器的异常，保障激光器的整体稳定可靠，有效延长激光器的使用寿命。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。比如：本发明还可以通过增加光路的数量，在耦合前形成三个以上光路，最终耦合成一路光的大功率激光器，比如设置三个光束输出装置，通过设置两个偏振合束棱镜5分步合并光束，其属于本发明中部分器件的叠加，亦在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种偏振式大功率激光器，其特征在于：包括至少两组光束输出装置，每组光束输出装置形成一条光路，光路一经一组光束输出装置、光束压缩透镜组（3）、半波片（4）到达偏振合束棱镜（5），光路二经另一组光束输出装置、光束压缩透镜组（3）到达偏振合束棱镜（5），光路一的光束入射偏振合束棱镜（5）时与光路二入射偏振合束棱镜（5）的光束相互垂直，光路一的光束和光路二的光束在偏振合束棱镜（5）汇合后进入耦合透镜（6），然后到达光纤（7）的输入端。
2.根据权利要求1所述的偏振式大功率激光器，其特征在于：光束输出装置包括底座（1）和多个光束输出单元（2），底座（1）分为不同高度的多个台阶，多个光束输出单元（2）成排分布在不同的台阶上。
3.根据权利要求2所述的偏振式大功率激光器，其特征在于：每个光束输出单元（2）包括多个晶体管光源（21）、多组光束整形透镜（22）和一个反射镜（23），每个光束输出单元（2）的晶体管光源（21）成排设置，晶体管光源（21）、光束整形透镜（22）组前后相对应。
4.根据权利要求3所述的偏振式大功率激光器，其特征在于：晶体管光源（21）发出的光束为线偏振光。
5.根据权利要求3所述的偏振式大功率激光器，其特征在于：反射镜（23）与晶体管光源（21）发出的光束成45°夹角，光束输出装置中成排有高度差的晶体管光源（21）的光经反射镜（23）反射后，形成光束阵列。
6.根据权利要求5所述的偏振式大功率激光器，其特征在于：光路一中光束输出装置射出的光束阵列位于横向，光路二中光束输出装置射出的光束阵列位于纵向。
7.根据权利要求3所述的偏振式大功率激光器，其特征在于：在一个光束输出装置中，底座（1）上的所有光束输出单元（2）的晶体管光源（21）分为备用组和工作组，备用组的晶体管光源（21）在工作组的晶体管光源（21）失效时启动。
8.根据权利要求1所述的偏振式大功率激光器，其特征在于：光束压缩透镜组（3）为正透镜（31）和负透镜（32）组合。
9.根据权利要求1所述的偏振式大功率激光器，其特征在于：半波片（4）的光轴与光路一中光束输出装置发出的线偏振光的偏振方向成45°夹角，光束经过半波片（4）后偏振方向旋转90°。
10.根据权利要求1所述的偏振式大功率激光器，其特征在于：偏振合束棱镜（5）由两块晶体直角棱镜组合而成，两块晶体直角棱镜的45°斜面相对，整体构成一个立方体结构，光路一的光束到达两块晶体直角棱镜发生透射，光路二的光束到达两块晶体直角棱镜时会在45°斜面上发生反射。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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| CN118472796A (zh) * | 2024-07-09 | 2024-08-09 | 北京凯普林光电科技股份有限公司 | 一种半导体激光器 |
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