一种高功率半导体激光器扩束系统技术方案

技术编号:10520472 阅读:97 留言:0更新日期:2014-10-08 18:02
本实用新型专利技术提供了一种高功率半导体激光器扩束系统,可实现大倍率的扩束,结构简单紧凑,体积小,成本较低。本实用新型专利技术的原理是:激光器发出的光束经过第一组分光模块的分光镜后,一半的光直接透射,另一半光反射后进入反射器,进入反射器的光再次反射,与另一半透射光并行出射完成一次2倍扩束后入射至第二组分光模块再次进行扩束,以此方式进行多次扩束。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率半导体激光器扩束系统
本技术属于激光应用领域,具体涉及一种激光扩束装置。
技术介绍
激光具有单色性好,方向性好,相干性好,亮度高的优点,已经广泛应用于国民经 济的各个领域。激光器发出的光束直径很小,通常为1_2_,在一些特定的应用领域中,比如 激光加工,激光检测和激光照明等,需要使用较大直径的激光光束,这就需要扩束系统来实 现。在激光加工应用中,为了提高加工效率,需要利用扩束系统增大激光光斑;在激光照明 应用中,要求激光光斑较大并且均匀,需要扩束系统扩展光斑直径,再作为光源使用。激光 扩束系统不但可以扩展激光束的直径,而且改善激光束的空间发散角,使光束的准直性得 到进一步改善。 目前常用的激光扩束系统为倒伽利略结构。倒伽利略结构包括一个输入的凹透镜 和一个输出的凸透镜,凹透镜进行发散,凸透镜进行准直。这种扩束方法中激光器发出的激 光可以先加凸透镜进行准直,再用扩束系统进行扩束,也可以直接通过扩束系统进行准直, 在小倍率的扩束需求中,可以改善发散角和增大光斑。但是在这种方法中扩束的光斑大小 与透镜的口径有直接关系,扩束光斑越大,所需要的透镜口径越大;并且扩束光束大小与透 镜组间距有关,间距越大,扩束光斑越大。如果需求较大面积的光斑,会使得扩束系统镜筒 长度较长,体积较大。由于以上因素的制约,这种扩束系统不适用于大倍率的扩束,会造成 系统体积大,使用不方便,并且透镜的加工材料一般使用玻璃,制作大倍率扩束的透镜成本 较闻。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足,本技术提供了一种高功率半导体激光器扩束系 统,可实现大倍率的扩束,结构简单紧凑,体积小,成本较低。 本技术的原理是:激光器发出的光束经过第一组分光模块的分光镜后,一半 的光直接透射,另一半光反射后进入反射器,进入反射器的光再次反射,与另一半透射光并 行出射完成一次2倍扩束后入射至第二组分光模块再次进行扩束,以此方式进行多次扩 束。 实现方案如下: 该高功率半导体激光器扩束系统,包括沿光路依次设置的半导体激光器叠阵、准 直透镜组和分光系统,所述的半导体激光器叠阵由若干个半导体激光单元组成;所述分 光系统包括沿激光出光方向依次设置的η组分光模块,每组分光模块包括分光器和反射 器,分光器的分光面和反射器的反射面沿高度方向设置相互平行且与激光出光方向均成 30-60°夹角;激光光束经过分光器后,一半能量的光直接透射,另一半能量的光反射至反 射器后再次反射,与分光器直接透射的光平行出射; 第一组分光模块的分光器与半导体激光器叠阵的堆叠高度相当;各组分光模块 尺寸依次成倍增大,第m组分光模块出光光束入射至第m+1组分光模块的分光器上,1彡m < n,m为分光模块的排列序号,排列序号按照激光依次通过的顺序进行排号。 基于上述基本方案,本技术还进一步作如下优化限定和改进: 分光模块可以有以下两类实现方式。 第一类·· 分光模块中,反射器可以采用全反射平面镜或者全反射棱镜。全反射平面镜的材 料可以采用玻璃或金属,表面镀高反膜,高反膜的材料为金属银或者铝;或者高反膜采用多 层介质反射膜。 分光模块中,反射器也可以采用偏振器件;半导体激光器叠阵的偏振特性为TE 光,则偏振器件对TE光全反射;或者半导体激光器叠阵的偏振特性为TM光,则偏振器件对 TM光全反射。偏振器件具体可以是偏振片、偏振镜或者偏振合束器。 分光模块中,分光器可以米用分光镜,分光镜的基体材料为玻璃,分光镜表面镀半 透半反膜,半透半反膜的材料为硫化锌-氟化镁膜系。 第二类: 分光模块也可以采用棱镜组合整体实现分光器和反射器的功能,棱镜组合中各个 棱镜之间紧密贴合,使得整体上具有一个侧面面向半导体激光器叠阵且与所述激光出光方 向垂直作为分光模块的入光面,具有另一个侧面与所述入光面平行作为分光模块的出光面 (按照上述基本方案,第一组分光模块的入光面和出光面均与半导体激光器叠阵的堆叠高 度相当,各组分光模块的入光面和出光面尺寸依次成倍增大);棱镜组合内部存在一个贴 合面镀有半透半反膜作为分光器的分光面,与分光面平行且所述入光面相邻的一个侧面作 为反射器的反射面。 这一类的分光模块优选平行六面棱镜和三棱镜的组合,平行六面棱镜具有唯一侧 面面向半导体激光器叠阵且与所述激光出光方向垂直作为分光模块的入光面,与该侧面夹 角为锐角的相邻侧面上紧密贴合所述三棱镜,贴合面上镀有半透半反膜作为分光器的分光 面,与该侧面夹角为钝角的相邻侧面作为反射器的反光面;三棱镜还具有一个与所述激光 出光方向垂直的外侧面,作为分光模块的出光面。 上述分光器的分光面和反射器的反射面最好均与激光出光方向成45°角设置。对 于上述平行六面棱镜和三棱镜的组合,相当于是采用内夹角为45°和135°的平行六面棱 镜来保证了分光面和反射面均与激光出光方向成45°角。 上述准直透镜组包括快轴准直镜和慢轴准直镜的组合或两者之一,其中,快轴准 直透镜为准直D型非球面透镜,慢轴准直镜为单阵列柱面透镜。 本技术具有以下优点: 1)可以进行大倍率的扩束; 2)扩束光斑均勻,尺寸可根据需求自由调整; 3)扩束系统的长度仅与单个分光镜的直径有关,并且此长度不受扩束光斑大小的 影响,这样在大倍率扩束系统中大大缩短了镜筒的长度,减小了系统体积; 4)分光面镀膜生产工艺成熟,降低了系统的成本。 【附图说明】 图1为实施例一的示意图。 图2为实施例二的示意图。 图3为实施例三的示意图。 图4为实施例四的示意图。 图5为实施例五的示意图。 图6为实施例六的示意图。 附图标号说明1为半导体激光器;2为准直透镜组;3为分光系统;4为快轴准直 镜;5慢轴准直镜;6为分光器;7为反射器;8为分光面;9为出光面;10为反射面;11为入 光面 【具体实施方式】: -种高功率半导体激光器扩束装置:包括半导体激光器叠阵,准直透镜组和分光 系统组成。所述的半导体激光器叠阵由若干个半导体激光单元组成;所述的准直透镜组放 置于半导体激光器激光出射处;所述分光系统放置于准直后的激光光束出射方向,包括n 组分光模块,每组分光模块包括一个分光器和一个反射器,分光器的分光面和反射器的反 射面沿高度方向设置相互平行且与激光出光方向均成30-60°夹角,第m((l<m〈n)组分 光模块出光光束入射至第m+1组分光模块的分光器上,各组分光模块尺寸依次成倍增大。 所述半导体激光单元为焊接在热沉上的半导体激光器芯片,所述半导体激光器芯 片为一个单管芯片、微型巴条或者巴条,或者为多个单管芯片、微型巴条或者巴条。 所述的分光器的透射率为50 %,反射率为50% ;所述的反射器的反射率为100%, 反射器可以是全反射镜,全反射棱镜,也可以是偏振器件,具体可以是偏振片、偏振镜或者 偏振合束器。 最终,在第η组分光模块处将光束光斑扩大至n+1倍。 如图1和图2所示,此种高功率半导体激光器扩束装置:包括半导体激光器叠阵 1,准直透镜组2和分光系统3组成。所述的半导体激光器叠阵1由若干个半导体激光单元 组成;所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率半导体激光器扩束系统,其特征在于:包括沿光路依次设置的半导体激光器叠阵、准直透镜组和分光系统,所述的半导体激光器叠阵由若干个半导体激光单元组成;所述分光系统包括沿激光出光方向依次设置的n组分光模块,每组分光模块包括分光器和反射器,分光器的分光面和反射器的反射面沿高度方向设置相互平行且与激光出光方向均成30‑60°夹角;激光光束经过分光器后,一半能量的光直接透射,另一半能量的光反射至反射器后再次反射,与分光器直接透射的光平行出射;第一组分光模块的分光器与半导体激光器叠阵的堆叠高度相当;各组分光模块尺寸依次成倍增大,第m组分光模块出光光束入射至第m+1组分光模块的分光器上,1≤m<n,m为分光模块的排列序号,排列序号按照激光依次通过的顺序进行排号。

【技术特征摘要】
1. 一种高功率半导体激光器扩束系统,其特征在于:包括沿光路依次设置的半导体激 光器叠阵、准直透镜组和分光系统,所述的半导体激光器叠阵由若干个半导体激光单元组 成;所述分光系统包括沿激光出光方向依次设置的η组分光模块,每组分光模块包括分光 器和反射器,分光器的分光面和反射器的反射面沿高度方向设置相互平行且与激光出光方 向均成30-60°夹角;激光光束经过分光器后,一半能量的光直接透射,另一半能量的光反 射至反射器后再次反射,与分光器直接透射的光平行出射; 第一组分光模块的分光器与半导体激光器叠阵的堆叠高度相当;各组分光模块尺寸依 次成倍增大,第m组分光模块出光光束入射至第m+Ι组分光模块的分光器上,1 < m < n,m 为分光模块的排列序号,排列序号按照激光依次通过的顺序进行排号。2. 根据权利要求1所述的高功率半导体激光器扩束系统,其特征在于:所述反射器为 全反射平面镜或者全反射棱镜。3. 根据权利要求2所述的高功率半导体激光器扩束系统,其特征在于:所述全反射平 面镜的材料为玻璃或金属,表面镀高反膜,高反膜的材料为金属银或者铝;或者高反膜采用 多层介质反射膜。4. 根据权利要求1所述的高功率半导体激光器扩束系统,其特征在于:所述反射器为 偏振器件;半导体激光器叠阵的偏振特性为TE光,则偏振器件对TE光全反射;或者半导体 激光器叠阵的偏振特性为TM光,则偏振器件对TM光全反射。5. 根据权利要求4所述的高功率半导体激光器扩束系统,其特征在于:所述偏振器件 米用偏振片、偏振镜或者偏振合束器。6. 根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员:蔡磊刘兴胜
申请(专利权)人:西安炬光科技有限公司
类型:新型
国别省市:陕西;61

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