CN112563879A - 一种多单管半导体激光器密集波长合束装置 - Google Patents

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Abstract

一种多单管半导体激光器密集波长合束装置，属于激光技术领域。包括：多单管半导体激光器空间合束模块、傅里叶转换透镜、衍射光栅、外腔镜。多个单管半导体激光器线性且相对排列发出初始激光束；通过快慢轴准直镜对激光束准直并利用反射镜反射后形成空间合束激光；利用傅里叶变换透镜对激光束进行傅里叶变换并通过衍射光栅元件使得激光束衍射输出；外腔镜接收到的衍射光一部分反射并与前腔面镀增透膜且反射率<1％的单管半导体激光器形成外腔并锁定波长，另一部分透射出经衍射光栅衍射的激光束。本发明提供了一种多单管半导体激光器密集波长合束装置，解决了线阵式和堆栈式结构的半导体激光器进行密集波长合束带来的光束质量差、亮度低等问题。

Description

一种多单管半导体激光器密集波长合束装置
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种多单管半导体激光器密集波长合束装置。
背景技术
半导体激光器的显著优点在于结构紧凑、体积小、寿命高和高达50％甚至更高的电光转换效率。但是，以目前的激光器发展水平，仍然限制着人们在各种领域对激光器应用的深入。在材料加工领域中的一些应用同时要求高功率和高光束质量的激光输出，而半导体激光器作为泵浦源时，对亮度和波长也有严格的要求，但是传统的半导体激光技术无法解决这些问题，而结合光束组合技术可以实现高功率、高光束质量、高亮度的激光输出。
在不同类型的半导体激光器中，线阵式和堆栈式结构能够解决半导体激光器输出功率不足的问题，但是其输出光束的发散角一般都比较大且空间亮度也较低。单管半导体激光器有很多优点：芯片体积小，可靠性高，同时又能够实现较高的功率输出(最大功率超20W)，光束质量好，且不存在“smile效应”的问题。
密集波长合束是利用光栅等衍射元件与外腔镜相结合的方式实现各发光单元在不同波长的锁定，不同波长的子光束在光栅上衍射成组合输出光束，通过光栅的衍射作用使得入射光在远场和近场能够空间重叠。合束后的激光束的光束质量近似于单个合束单元，功率是所有合束单元的总和。
发明内容
鉴于上述问题,本发明提供了一种多单管半导体激光器密集波长合束装置，以解决使用线阵式和堆栈式结构的半导体激光器进行密集波长合束带来的光束质量差、亮度低等问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
一种多单管半导体激光器密集波长合束装置，其特征是，它包括多单管半导体激光器空间合束模块(1)、傅里叶转换透镜(2)、衍射光栅(3)和外腔镜(4)。
进一步，所述多单管半导体激光器空间合束模块(1)由多个单管半导体激光器(101)、快轴准直镜(102)、慢轴准直镜(103)和反射镜(104)组成；多个单管半导体激光器呈线性并排排列且排成相对两列，每个单管半导体激光器的出光口前沿光轴依次设有一个快轴准直镜(102)、一个慢轴准直镜(103)和一个反射镜(104)，每个单管半导体激光器和其对应的快轴准直镜、慢轴准直镜和反射镜处于同一光轴中心；快轴准直镜和慢轴准直镜用来准直单管半导体激光器发射出的激光束，能够压缩激光束快慢轴两个方向上的发散角；反射镜用于反射经过准直后的激光束；所有多个单管半导体激光器对应的反射镜位于傅里叶转换透镜(2)的同一侧，傅里叶转换透镜(2)的另一侧设有衍射光栅(3)，衍射光栅(3)之后设有外腔镜(4)。
衍射光栅(3)可以是透射式或反射式。
所有反射镜反射出的激光束在傅里叶转换透镜(2)的同一侧空间均匀平行分布且均入射到傅里叶转换透镜(2)上。
所述的单管半导体激光器能够发射出平行的激光束，并且其前腔面镀增透膜，反射率<1％。
所述的傅里叶转换透镜用以接收经过反射镜反射的准直激光束，并进行傅里叶变换。
所述的衍射光栅以特定的角度摆放，使得经过傅里叶变换的激光束对衍射光栅的入射角等于其衍射角，并且所有激光束以相同的出射角衍射输出并且使得衍射输出的激光成为单独的一束。
所述的外腔镜为部分反射镜，一面镀有反射膜，反射率为1％-30％，另一面镀增透膜。所述反射镜能够透射部分激光束，另一部分则原路反射与单管半导体激光器形成外腔反馈。
从上述技术方案可以看出，本发明的优点在于：本发明实施例提供的一种多单管半导体激光器密集波长合束装置，通过使用单管半导体激光器作为合束光源能够很大程度的提升了合束后激光束的光束质量。同时又通过对多个单管线性排列且排成相对的两列，使用快、慢轴准直镜压缩快慢轴的发散角，又利用若干个反射镜将多有单管反射出的激光束反射为一束平行光，增加了合束后的激光功率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是多单管半导体激光器透射式光栅密集波长合束装置；
图2是多单管半导体激光器反射式光栅密集波长合束装置；
主要元件符号说明：
1-多单管半导体激光器空间合束模块，101-单管半导体激光器，102-快轴准直镜，103-慢轴准直镜，104-反射镜，2-傅里叶变换透镜，3-衍射光栅，4-外腔镜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1、2所示，为多单管半导体激光器透射式、反射式密集波长合束装置，其中的多单管半导体激光器空间合束模块1包括单管半导体激光器101、快轴准直镜102、慢轴准直镜103、反射镜104；其中还包括了傅里叶变换透镜2，衍射光栅3，外腔镜4。
在本实施例中多个单管半导体激光器101线性排列且排列为相对的两列以提高合束激光的光束质量,单管半导体激光器101的前腔面镀增透膜，腔面反射率<1％；快轴准直镜102、慢轴准直镜103均为柱面透镜，用于准直单管半导体激光器101出射激光的发散角；反射镜104用于反射准直后的激光束使得所有激光束束等间距平行出射。快轴准直镜102、慢轴准直镜103和反射镜104位于同一光轴下。
经过反射镜104反射后的等间距激光束平行入射傅里叶变换透镜2，可对入射激光束进行傅里叶变换处理。
经过傅里叶变换处理后的激光聚焦入射到衍射光栅3，通过衍射光栅3后所有光束以衍射角出射。衍射光栅3位于傅里叶变换透镜2的后焦点处，并且以特定的角度放置，衍射光栅3可以是透射式或反射式。
外腔镜4镀有反射膜，反射率为1％-30％，能够部分反射衍射光栅3衍射出的激光束，反射光原路返回与单管半导体激光器101形成外腔，通过外腔锁定后不同的单管半导体激光器101锁定在不同的波长。另一部分激光束将透射通过外腔镜4为波长合束激光。

Claims (7)

1.一种多单管半导体激光器密集波长合束装置，其特征在于，包括多单管半导体激光器空间合束模块(1)、傅里叶转换透镜(2)、衍射光栅(3)和外腔镜(4)；
所述多单管半导体激光器空间合束模块(1)由多个单管半导体激光器(101)、快轴准直镜(102)、慢轴准直镜(103)和反射镜(104)组成；多个单管半导体激光器呈线性并排排列且排成相对两列，每个单管半导体激光器的出光口前沿光轴依次设有一个快轴准直镜(102)、一个慢轴准直镜(103)和一个反射镜(104)，每个单管半导体激光器和其对应的快轴准直镜、慢轴准直镜和反射镜处于同一光轴中心；快轴准直镜和慢轴准直镜用来准直单管半导体激光器发射出的激光束，能够压缩激光束快慢轴两个方向上的发散角；反射镜用于反射经过准直后的激光束；所有多个单管半导体激光器对应的反射镜位于傅里叶转换透镜(2)的同一侧，傅里叶转换透镜(2)的另一侧设有衍射光栅(3)，衍射光栅(3)之后设有外腔镜(4)。
2.按照权利要求1所述的一种多单管半导体激光器密集波长合束装置，其特征在于，衍射光栅(3)是透射式或反射式。
3.按照权利要求1所述的一种多单管半导体激光器密集波长合束装置，其特征在于，所有反射镜反射出的激光束在傅里叶转换透镜(2)的同一侧空间均匀平行分布且均入射到傅里叶转换透镜(2)上。
4.按照权利要求1所述的一种多单管半导体激光器密集波长合束装置，其特征在于，所述的单管半导体激光器能够发射出平行的激光束，并且其前腔面镀增透膜，反射率<1％。
5.按照权利要求1所述的一种多单管半导体激光器密集波长合束装置，其特征在于，所述的傅里叶转换透镜用以接收经过反射镜反射的准直激光束，并进行傅里叶变换。
6.按照权利要求1所述的一种多单管半导体激光器密集波长合束装置，其特征在于，所述的衍射光栅以特定的角度摆放，使得经过傅里叶变换的激光束对衍射光栅的入射角等于其衍射角，并且所有激光束以相同的出射角衍射输出并且使得衍射输出的激光成为单独的一束。
7.按照权利要求1所述的一种多单管半导体激光器密集波长合束装置，其特征在于，所述的外腔镜为部分反射镜，一面镀有反射膜，反射率为1％-30％，另一面镀增透膜；所述反射镜能够透射部分激光束，另一部分则原路反射与单管半导体激光器形成外腔反馈。
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