CN116191204A - 一种基于棱镜压缩光束的半导体激光合束装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体激光技术领域，公开了一种基于棱镜压缩光束的半导体激光合束装置，包括：水冷板；阶梯热沉安装在水冷板上；第一合束单元安装在阶梯热沉，用于发出第一激光；第二合束单元安装在阶梯热沉，第二合束单元安装在第一合束单元的一侧，用于发出第二激光；棱镜包括倾斜设置的第一入射面、第二入射面、与第一入射面平行设置的第一出射面以及与第二入射面平行设置的第二出射面，棱镜用于缩减第一激光、第二激光的光束距离；聚焦镜安装在水冷板上，所述聚焦镜用于对第一激光波长和第二激光波长聚焦。本发明进行压缩两道光束之间的宽度，而后将激光聚焦至一点，获得更高的能量密度，结构简便，易于热管理，适于激光加工等领域。
Description
技术领域
本发明涉及半导体激光技术领域，特别涉及一种基于棱镜压缩光束的半导体激光合束装置。
背景技术
近年来随着技术的进步，半导体激光在加工、照明、医疗、通信等领域应用越来越广泛。
单巴半导体激光器是一种常用的半导体激光器管芯，又称为半导体激光器Bar条，包括几个或几十个发光点以线阵方式排列发光，总功率较高，通常为几十瓦或几百瓦。
但由于发光点线阵排列，光束没有合束到1点，能量密度较低，且由于半导体激光器本身的特点，光束分为垂直于线阵的快轴与平行于线阵的慢轴，两个轴光束质量与发散角差别较大，通常无法直接应用。
半导体激光合束技术通常要对多单巴半导体激光器光束经过准直、合束、整形聚焦等，将高功率半导体激光会聚到一个点或耦合进光纤进行传输，通常需要较复杂的光学系统。故需对光学系统结构上进行改进。
发明内容
本发明解决的技术问题是针对上述现有技术中存在的缺陷，提供一种基于棱镜压缩光束的半导体激光合束装置,其主要目的是通过所设置的棱镜结构，将第一激光和第二激光之间的距离进行缩减，便于聚焦镜将激光会聚到一个点或耦合进光纤进行传输，以解决上述背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：一种基于棱镜压缩光束的半导体激光合束装置，包括：水冷板；阶梯热沉，所述阶梯热沉安装在所述水冷板上；第一合束单元，所述第一合束单元安装在所述阶梯热沉，所述第一合束单元用于发出第一激光；第二合束单元，所述第二合束单元安装在所述阶梯热沉，所述第二合束单元安装在所述第一合束单元的一侧，所述第二合束单元用于发出第二激光；棱镜，所述棱镜包括倾斜设置的第一入射面、第二入射面、与所述第一入射面平行设置的第一出射面以及与所述第二入射面平行设置的第二出射面，所述棱镜用于缩减第一激光、第二激光的光束距离；聚焦镜，所述聚焦镜安装在所述水冷板上，所述聚焦镜用于对第一激光波长和第二激光波长聚焦。
进一步地，所述棱镜呈V形结构。
进一步地，所述第一合束单元包括一个以上的第一单巴半导体激光器、与所述第一单巴半导体激光器数量适配的第一快轴准直镜、与所述第一单巴半导体激光器数量适配的第一光束转换镜以及与所述第一单巴半导体激光器数量适配的第一慢轴准直镜；所述第一单巴半导体激光器安装在所述阶梯热沉的阶梯上，所述第一快轴准直镜安装在所述第一单巴半导体激光器的出光口，所述第一光束转换镜设置在所述第一快轴准直镜前侧，所述第一慢轴准直镜设置在所述第一光束转换镜的前方。
进一步地，所述第一阶梯热沉设有与所述第一单巴半导体激光器数量适配的阶梯。
进一步地，所述第一快轴准直镜、所述第一光束转换镜以及所述第一慢轴准直镜上镀有第一增透膜。
进一步地，所述第二合束单元包括一个以上的第二单巴半导体激光器、与所述第二单巴半导体激光器数量适配的第二快轴准直镜、与所述第二单巴半导体激光器数量适配的第二光束转换镜以及与所述第二单巴半导体激光器数量适配的第二慢轴准直镜；所述第二单巴半导体激光器安装在所述阶梯热沉的阶梯上，所述第二快轴准直镜安装在所述第二单巴半导体激光器的出光口，所述第二光束转换镜设置在所述第二快轴准直镜前侧，所述第二慢轴准直镜设置在所述第二光束转换镜的前方。
进一步地，所述阶梯热沉设有与所述第二单巴半导体激光器数量适配的阶梯。
进一步地，所述第二快轴准直镜、所述第二光束转换镜以及所述第二慢轴准直镜上镀有第二增透膜。
进一步地，所述聚焦镜上镀有用于第一激光和第二激光的第三增透膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过将第一合束单元和第二合束单元产生的第一激光和第二激光通过棱镜进行缩减两者之间的距离，经由聚焦镜将将第一激光和第二激光聚焦，以获得更高的能量密度激光，其光学西宫结构更为简易紧凑，易于热管理，更适于激光加工等领域。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是棱镜的结构示意图。
图3是第一合束单元和第二合束单元的局部放大结构示意图。
图4是第一合束单元的局部放大结构示意图。
图5是第二合束单元的局部放大结构示意图。
图6是本发明的原理结构示意图。
附图标记：1.水冷板；2.阶梯热沉；3.第一合束单元；4.第二合束单元；5.棱镜；6.第一入射面；7.第二入射面；8.第一出射面；9.第二出射面；10.聚焦镜；11.第一单巴半导体激光器；12.第一快轴准直镜；13.第一光束转换镜；14.第一慢轴准直镜；15.第二单巴半导体激光器；16.第二快轴准直镜；17.第二光束转换镜；18.第二慢轴准直镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“若干个”、“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
鉴于背景技术所记载的技术问题，如图1-6所示，提供了一种基于棱镜压缩光束的半导体激光合束装置，包括：水冷板1；阶梯热沉2，所述阶梯热沉2安装在所述水冷板1上；第一合束单元3，所述第一合束单元3安装在所述阶梯热沉2，所述第一合束单元3用于发出第一激光；第二合束单元4，所述第二合束单元4安装在所述阶梯热沉2，所述第二合束单元4安装在所述第一合束单元3的一侧，所述第二合束单元4用于发出第二激光；棱镜5，所述棱镜5包括倾斜设置的第一入射面6、第二入射面7、与所述第一入射面6平行设置的第一出射面8以及与所述第二入射面7平行设置的第二出射面9，所述棱镜5用于缩减第一激光、第二激光的光束距离；聚焦镜10，所述聚焦镜10安装在所述水冷板1上，所述聚焦镜10用于对第一激光波长和第二激光波长聚焦。
水冷板1在使用中与水冷系统进行连接使用，其用于对第一合束单元3和第二合束单元4进行热管理，第一合束单元3和第二合束单元4可通过螺丝固定的方式分别安装在阶梯热沉2上，阶梯热沉2主要起散热作用，聚焦镜10可采用单片聚焦镜或者多片镜组成聚焦透镜组，将第一激光和第二激光进行聚焦至一点使用或者耦合至光纤传输使用。
在实际使用中，通过第一合束单元3产生第一激光，第二合束单元5产生第二激光波长，第一激光和第二激光的波长相同或者不同,产生的第一激光从棱镜5的第一入射面6射入，折射后从第一出射面8射出，第二激光从棱镜5的第二入射面7射入，折射后从第二出射面9射出，第一激光和第二激光以平行的方式射入棱镜5，出射后的第一激光和第二激光仍以平行的方式射出，水平方向上距离缩小，宽度得到压缩，通过聚焦镜10将第一激光和第二激光聚集，使其具有较大的功率密度。
通过上述的设计结构，其所采用的光学系统结构更为简易，获得较大的功率密度，其整体结构更为紧凑，易于热管理，更适于激光加工等领域。
进一步地，所述棱镜5呈V形结构，作为一种优选实施方式，可将棱镜5制备为大体呈V形结构。
如图3-5所示，所述第一合束单元3包括一个以上的第一单巴半导体激光器11、与所述第一单巴半导体激光器11数量适配的第一快轴准直镜12、与所述第一单巴半导体激光器11数量适配的第一光束转换镜13以及与所述第一单巴半导体激光器11数量适配的第一慢轴准直镜14；所述第一单巴半导体激光器11安装在所述阶梯热沉2的阶梯上，所述第一快轴准直镜12安装在所述第一单巴半导体激光器11的出光口，所述第一光束转换镜13设置在所述第一快轴准直镜12前侧，所述第一慢轴准直镜14设置在所述第一光束转换镜13的前方。
以上提供了在实施中可采用的第一合束单元3，根据实际的使用场景中，其第一单巴半导体激光器11、第一快轴准直镜12、第一光束转换镜13以及第一慢轴准直镜14，在使用时，可选择所需的数量，在该实施例中，其采用五组，每组之间呈线性排布，其依次安装在阶梯热沉2的阶梯上，其能够将获得功率为单个单巴半导体激光器多倍，对于第一快轴准直镜12可通过紫外固化胶固定在第一单巴半导体激光器11，第一光束转换镜13可通过紫外固化胶固定第一单巴半导体激光器11的前方，第一慢轴准直镜14可通过紫外固化胶固定第一光束转换镜13的前方。第一单巴半导体激光器11的发光点、第一快轴准直镜12、第一光束转换镜13和第一慢轴准直镜14同轴，即为光轴。
在实施中，所述阶梯热沉2设有与所述第一单巴半导体激光器9数量适配的阶梯。阶梯热沉2为阶梯结构，由n级阶梯构成，第一单巴半导体激光器11、第一快轴准直镜12、第一光束转换镜13和第一慢轴准直镜14共n组安装在阶梯热沉2每级阶梯上。
所述第一快轴准直镜12、所述第一光束转换镜13以及所述第一慢轴准直镜14上镀有第一增透膜。
使用时，第一单巴半导体激光器11发出的光竖直方向为快轴方向，水平方向为慢轴方向。光束经过第一快轴准直镜12后快轴方向获得准直；再经过第一光束转换镜13，光斑沿光轴方向旋转90°，即快轴方向变为水平方向，慢轴方向变为竖直方向；再进一步经过第一慢轴准直镜14后，慢轴方向获得准直。
光束经过第一快轴准直镜12、第一光束转换镜13、第一慢轴准直镜14后，快轴与慢轴都获得准直，且两轴光束质量获得匀化。
参考图3-5所示，所述第二合束单元4包括一个以上的第二单巴半导体激光器15、与所述第二单巴半导体激光器15数量适配的第二快轴准直镜16、与所述第二单巴半导体激光器15数量适配的第二光束转换镜17以及与所述第二单巴半导体激光器15数量适配的第二慢轴准直镜18；所述第二单巴半导体激光器15安装在所述阶梯热沉2的阶梯上，所述第二快轴准直镜16安装在所述第二单巴半导体激光器15的出光口，所述第二光束转换镜17设置在所述第二快轴准直镜16前侧，所述第二慢轴准直镜18设置在所述第二光束转换镜17的前方。
其中，第二合束单元4的结构布置和原理可参考以上第一合束单元3，对此不再进行赘述。第二合束单元4由于其设置在第一合束单元3的一侧，其两者之间存在一定距离，从而需将第一激光和第二激光之间的距离压缩，便于后续聚焦获得更高能量密度的激光。
所述阶梯热沉2设有与所述第二单巴半导体激光器15数量适配的阶梯。
所述第二快轴准直镜16、所述第二光束转换镜17以及所述第二慢轴准直镜18上镀有第二增透膜。
所述聚焦镜10上镀有用于第一激光和第二激光的第三增透膜。
以上并非对本发明的技术范围作任何限制，凡依据本发明技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种基于棱镜压缩光束的半导体激光合束装置，其特征在于，包括：
水冷板；
阶梯热沉，所述阶梯热沉安装在所述水冷板上；
第一合束单元，所述第一合束单元安装在所述阶梯热沉，所述第一合束单元用于发出第一激光；
第二合束单元，所述第二合束单元安装在所述阶梯热沉，所述第二合束单元安装在所述第一合束单元的一侧，所述第二合束单元用于发出第二激光；
棱镜，所述棱镜包括倾斜设置的第一入射面、第二入射面、与所述第一入射面平行设置的第一出射面以及与所述第二入射面平行设置的第二出射面，所述棱镜用于缩减第一激光、第二激光的光束距离；
聚焦镜，所述聚焦镜安装在所述水冷板上，所述聚焦镜用于对第一激光波长和第二激光波长聚焦。
2.根据权利要求1所述的基于波长合束技术的双波长多单巴半导体激光合束装置，其特征在于：所述棱镜呈V形结构。
3.根据权利要求2所述的基于波长合束技术的双波长多单巴半导体激光合束装置，其特征在于：所述第一合束单元包括一个以上的第一单巴半导体激光器、与所述第一单巴半导体激光器数量适配的第一快轴准直镜、与所述第一单巴半导体激光器数量适配的第一光束转换镜以及与所述第一单巴半导体激光器数量适配的第一慢轴准直镜；所述第一单巴半导体激光器安装在所述阶梯热沉的阶梯上，所述第一快轴准直镜安装在所述第一单巴半导体激光器的出光口，所述第一光束转换镜设置在所述第一快轴准直镜前侧，所述第一慢轴准直镜设置在所述第一光束转换镜的前方。
4.根据权利要求3所述的基于波长合束技术的双波长多单巴半导体激光合束装置，其特征在于：所述第一阶梯热沉设有与所述第一单巴半导体激光器数量适配的阶梯。
5.根据权利要求4所述的基于波长合束技术的双波长多单巴半导体激光合束装置，其特征在于：所述第一快轴准直镜、所述第一光束转换镜以及所述第一慢轴准直镜上镀有第一增透膜。
6.根据权利要求5所述的基于波长合束技术的双波长多单巴半导体激光合束装置，其特征在于：所述第二合束单元包括一个以上的第二单巴半导体激光器、与所述第二单巴半导体激光器数量适配的第二快轴准直镜、与所述第二单巴半导体激光器数量适配的第二光束转换镜以及与所述第二单巴半导体激光器数量适配的第二慢轴准直镜；所述第二单巴半导体激光器安装在所述阶梯热沉的阶梯上，所述第二快轴准直镜安装在所述第二单巴半导体激光器的出光口，所述第二光束转换镜设置在所述第二快轴准直镜前侧，所述第二慢轴准直镜设置在所述第二光束转换镜的前方。
7.根据权利要求6所述的基于波长合束技术的双波长多单巴半导体激光合束装置，其特征在于：所述阶梯热沉设有与所述第二单巴半导体激光器数量适配的阶梯。
8.根据权利要求7所述的基于波长合束技术的双波长多单巴半导体激光合束装置，其特征在于：所述第二快轴准直镜、所述第二光束转换镜以及所述第二慢轴准直镜上镀有第二增透膜。
9.根据权利要求8所述的基于波长合束技术的双波长多单巴半导体激光合束装置，其特征在于：所述聚焦镜上镀有用于第一激光和第二激光的第三增透膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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