CN201478684U - 一种阵列激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光器领域，尤其涉及一种阵列激光器领域。所述的阵列激光器，包括阵列LD泵浦源，每一路LD激光经过相应的光学准直***和光学会聚***，泵浦相应的微片激光器，所述的微片激光器除两个通光面外的四周与高导热系数的硅片相互粘结。或者，所述的阵列激光器是：阵列LD泵浦源经过自聚焦的微透镜阵列后，使光束在空间上发生分离，来泵浦相应的聚焦透镜后的微片激光器。或者，所述的阵列激光器是：阵列LD泵浦源经过微透镜阵列后，泵浦阵列微片激光器。本实用新型采用如上技术方案，提出一种结构更为简单合理的阵列激光器，并解决了阵列激光器散热问题。

Description

一种阵列激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器领域，尤其涉及一种阵列激光器领域。

背景技术

大功率激光器在通信、信息记录、打印、显示、材料加工及医疗等许多领域具有广泛的应用市场。获得大功率激光输出的常用方法是采用闪光灯或LD阵列激光器泵浦激光增益介质。这种方式通常存在***体积较大，结构较复杂等问题。如采用高功率半导体二极管激光器，其散热及光束质量等问题限制了应用范围。

半导体泵浦微片式激光介质具有效率高、结构简单等特点，但单个微片式激光器输出光功率有限，难以获得高功率激光输出。

美国专利号为“US5115445”的方案提出采用LD阵列泵浦阵列微片激光器设想。但其输出功率仍较低，散热结构亦过于简单，难以获得实际应用。中国专利申请号为“200620069122.7”的方案提出在阵列微片激光器之间设置可通过冷却水或冷却风的孔或槽结构用于及时散热，该结构仍较为复杂。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型提出采用一组准直透镜准直阵列半导体激光器各个LD芯片输出光，或采用一组自聚焦透镜或一组反射镜与会聚透镜组合将各准直光聚焦到阵列微片激光器或多个独立的微片激光器，并同时泵浦微片阵列形成高功率激光输出的技术方案来实现。

本实用新型的技术方案是：

第一种阵列激光器方式：

所述的阵列激光器，包括阵列LD泵浦源，每一路激光经过相应的光学准直***和光学会聚***，泵浦相应的微片激光器，所述的微片激光器除两个通光面外的四周与高导热系数的硅片相互粘结。

进一步的，所述的微片激光器之间可为相互分立结构。

或者进一步的，所述的微片激光器之间可为相互粘结成阵列结构。

更进一步的，所述的微片激光器通用光胶或深化光胶相互粘结成阵列结构。

再进一步的，所述的微片激光器四周的高导热系数硅片之间直接粘结，或者相邻的微片激光器四周的高导热系数硅片之间留有一定空隙。

所述的微片激光器的激光增益介质结构可为单一薄片结构，或者可为长条形结构。

进一步的，所述的阵列LD泵浦源的每一路激光经过光学准直透镜阵列和光学会聚透镜阵列，泵浦相应的微片激光器。

更进一步的，所述的阵列LD泵浦源与光学准直透镜阵列之间还***柱面透镜。所述的柱面透镜与光学准直透镜阵列对阵列LD泵浦源输出光的快轴和慢轴方向准直。

所述的光学准直透镜阵列和光学会聚透镜阵列的每个光路上***相应的反射镜阵列来弯曲光路空间分布。

第二种阵列激光器方式：

所述的阵列激光器是：阵列LD泵浦源经过自聚焦的微透镜阵列后，使光束在空间上发生分离，来泵浦相应的聚焦透镜后的微片激光器。

进一步的，所述的自聚焦透镜阵列的轴线相对于阵列LD泵浦源的发光点连线垂直距离不同，使准直光出射方向不同，以使光束在空间上发生分离。

更进一步的，所述的自聚焦透镜阵列的自聚焦透镜数量M小于所述的LD泵浦源的发光芯片数量N。

第三种阵列激光器方式：

所述的阵列激光器是：阵列LD泵浦源经过微透镜阵列后，泵浦阵列微片激光器。

本实用新型采用如上技术方案，提出一种结构更为简单合理的阵列激光器，并解决了阵列激光器散热问题。

附图说明

图1是本实用新型的第一种阵列激光器方式的实施例一的示意图；

图2是本实用新型的第一种阵列激光器方式的实施例二的示意图；

图3是本实用新型的第一种阵列激光器方式的实施例三的示意图；

图4是本实用新型的第二种阵列激光器方式的实施例一的示意图；

图5是本实用新型的第二种阵列激光器方式的实施例二的示意图；

图6是本实用新型的第三种阵列激光器方式的实施例一的示意图；

图7(a)是本实用新型的微片激光器的横截面示意图；

图7(b)是本实用新型的微片激光器的纵截面示意图；

图7(c)是本实用新型的微片激光器的另一种实施例的横截面示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

本实用新型采用一组准直透镜准直阵列半导体激光器各个LD芯片输出光，或采用一组自聚焦透镜或一组反射镜与会聚透镜组合将各准直光聚焦到阵列微片激光器或多个独立的微片激光器，并同时泵浦微片阵列形成高功率激光输出。其中在各微片激光增益介质除两个通光面外的四周采用高导热材料如硅片等粘结，各微片激光器为独立结构或粘结在同一基片形成阵列。本实用新型主要可以采用三种方案实现。

第一种阵列激光器方式：

参阅图1-图3所示，所述的阵列激光器，包括阵列LD泵浦源101，每一路激光经过相应的光学准直***和光学会聚***，泵浦相应的微片激光器1041、1042、......、104N。所述的微片激光器1041、1042、......、104N除两个通光面外的四周与高导热材料的硅片102相互粘结。

参阅图1-图3所示的实施例，所述的微片激光器1041、1042、......、104N之间可为相互分立结构。

或者参阅图6所示，所述的微片激光器1041、1042、......、104N之间可为相互粘结成阵列结构104。

参阅图7(a)-图7(c)所示，所述的微片激光器1041、1042、......、104N通用光胶或深化光胶相互粘结成阵列结构。参阅图7(a)或图7(b)所示，图7(a)为横截面图，图7(b)为纵截面图。所述的微片激光器1041、1042、......、104N四周的高导热材料硅片102之间直接粘结。参阅图7(c)所示，相邻的微片激光器1041、1042、......、104N四周的高导热材料硅片102之间留有一定空隙。通过高导热材料硅片102形成高效散热、导热方式可使微片激光器1041、1042、......、104N产生的热量及时导走，因而可获得稳定的功率输出。

所述的微片激光器1041、1042、......、104N的激光增益介质结构可为如上所述的单一薄片结构，或者可为长条形结构。本实用新型由于各泵浦点距离较大，热相互影响亦较弱，采用这种微片可使激光器结构更为紧凑、装备更简单。

参阅图1所示，所述的阵列LD泵浦源101的每一路激光经过光学准直透镜阵列1021、1022、......、102N和光学会聚透镜阵列1031、1032、......、103N，泵浦相应的微片激光器1041、1042、......、104N。其中阵列LD泵浦源101的各芯片发光点大小为200μm，相邻芯片间的距离为500μm，光学准直透镜大小亦为500μm。各LD输出光经光学准直透镜阵列1021、1022、......、102N准直、光学会聚透镜阵列1031、1032、......、103N聚焦后泵浦各相应的微片激光器1041、1042、......、104N，从而获得阵列激光输出。

参阅图2所示，所述的阵列LD泵浦源101与光学准直透镜阵列1021、1022、......、102N之间还***柱面透镜105。所述的柱面透镜105与光学准直透镜阵列1021、1022、......、102N对阵列LD泵浦源101输出光的快轴和慢轴方向准直，以改善光束的聚焦性能。

参阅图3所示，所述的光学准直透镜阵列1021、1022、......、102N和光学会聚透镜阵列1031、1032、......、103N的每个光路上***相应的反射镜阵列1051、1052、......、105N来弯曲光路空间分布。方便于调节各准直光间隔，可使各微片激光器之间有足够空间调节。其中光学准直透镜阵列1021、1022、......、102N可用自聚焦透镜取代。如LD芯片之间间隔为d1，自聚焦透镜的厚度为d2，相邻自聚焦透镜中心轴之间的距离为d3，当d1＝d2＝d3时，可产生接***行准直光，且光束间隔为d2。

第二种阵列激光器方式：

参阅图4、图5所示，所述的阵列激光器是：阵列LD泵浦源101经过自聚焦的微透镜阵列402后，使光束在空间上发生分离，来泵浦相应的聚焦透镜403后的微片激光器404。所述的自聚焦透镜阵列402的轴线相对于阵列LD泵浦源101的发光点连线垂直距离不同，使准直光出射方向不同，以使光束在空间上发生分离。假设阵列LD泵浦源101的发光芯片个数为N个，自聚焦透镜阵列402的自聚焦透镜数量为M个，则所述的自聚焦透镜阵列402的自聚焦透镜数量M小于所述的LD泵浦源101的发光芯片数量N。自聚焦透镜的侧面可以抛去边缘以增加自聚焦透镜密度。如LD为常用的长度为1cm，发光点个数为20条，最大输出功率为20W的阵列激光器，则可采用7个微透镜的阵列对LD输出光准直。各微透镜的厚度为1.5mm，焦距为1.2mm，可同时耦合三个LD泵浦光。经过微透镜后的LD光束分为三束，并沿三个不同方向传播，光束间夹角θ＝artg0.5/1.2＝aetg0.4≈25°，因而可在空间上分开。在各光束后加聚焦透镜403及微片激光器404即可获得阵列激光输出。图5所示的结构采用一组透镜502对阵列LD泵浦源101输出光的长轴方向准直。透镜组502中透镜502a1、502a2、......、502aN中心与阵列LD泵浦源101发光点阵列中心在一条直线上，透镜502b1、502b2、......、502bN中心高于发光点阵列，透镜502c1、502c2、......、502cN中心低于发光点阵列。阵列LD泵浦源101准直后的输出光束分为三组，并以不同角度输出。各光束经耦合后泵浦微片激光器可获得阵列激光输出。即通过自聚焦透镜轴线相对发光点阵列连线垂直距离不同而使准直光出射方向不同以拉开准直后光束之间间隔，以给微片之间增加间隔。

第三种阵列激光器方式：

所述的阵列激光器是：阵列LD泵浦源101经过微透镜阵列6021、6022、......、602N后，泵浦阵列微片激光器104。

本实用新型的微片激光器可输出基频光，亦可以输出倍频等高次谐波，OPO连续或脉冲等各种不同形成激光。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (13)

1.一种阵列激光器，包括阵列LD泵浦源(101)，每一路LD激光经过相应的光学准直***和光学会聚***，泵浦相应的微片激光器(1041、1042、......、104N)，其特征在于：所述的微片激光器(1041、1042、......、104N)除两个通光面外的四周与高导热系数的硅片(102)相互粘结。

2.根据权利要求1所述的阵列激光器，其特征在于：所述的微片激光器(1041、1042、......、104N)之间可为相互分立结构。

3.根据权利要求1所述的阵列激光器，其特征在于：所述的微片激光器(1041、1042、......、104N)之间可为相互粘结成阵列结构。

4.根据权利要求3所述的阵列激光器，其特征在于：所述的微片激光器(1041、1042、......、104N)通用光胶或深化光胶相互粘结为阵列结构。

5.根据权利要求4所述的阵列激光器，其特征在于：所述的微片激光器(1041、1042、......、104N)四周的高导热系数硅片(102)之间直接粘结，或者相邻的微片激光器(1041、1042、......、104N)四周的高导热系数硅片(102)之间留有一定空隙。

6.根据权利要求1-5任一所述的阵列激光器，其特征在于：所述的微片激光器(1041、1042、......、104N)的激光增益介质结构可为单一薄片结构，或者可为长条形结构。

7.根据权利要求1所述的阵列激光器，其特征在于：所述的阵列LD泵浦源(101)的每一路激光经过光学准直透镜阵列(1021、1022、......、102N)和光学会聚透镜阵列(1031、1032、......、103N)，泵浦相应的微片激光器(1041、1042、......、104N)。

8.根据权利要求7所述的阵列激光器，其特征在于：所述的阵列LD泵浦源(101)与光学准直透镜阵列(1021、1022、......、102N)之间还***柱面透镜(105)。

9.根据权利要求7或8所述的阵列激光器，其特征在于：所述的光学准直透镜阵列(1021、1022、......、102N)和光学会聚透镜阵列(1031、1032、......、103N)的每个光路上***相应的反射镜阵列(1051、1052、......、105N)。

10.一种阵列激光器，其特征在于：阵列LD泵浦源(101)经过自聚焦的微透镜阵列(402)后，使光束在空间上发生分离，来泵浦相应的聚焦透镜(403)后的微片激光器(404)。

11.根据权利要求10所述的阵列激光器，其特征在于：所述的自聚焦透镜阵列(402)的轴线相对于阵列LD泵浦源(101)的发光点连线垂直距离不同，使准直光出射方向不同，以使光束在空间上发生分离。

12.根据权利要求10或11所述的阵列激光器，其特征在于：所述的自聚焦透镜阵列(402)的自聚焦透镜数量M小于所述的LD泵浦源(101)的发光芯片数量N。

13.一种阵列激光器，其特征在于：阵列LD泵浦源(101)经过微透镜阵列(6021、6022、......、602N)后，泵浦阵列微片激光器(104)。

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