一种激光阵列以及激光合束装置制造方法及图纸

本发明专利技术阐述了一种激光阵列以及激光合束装置。所述激光合束装置包括：激光阵列，所述激光阵列包括多个二极管激光器，所述激光阵列的出光侧、每个所述二极管激光器均具有一个出光端，多个所述出光端呈阶梯排列；整形光学系统，设置于所述激光阵列的出光侧；合束光学元件，设置于所述整形光学系统的出光侧，所述合束光学元件包括多个与所述二极管激光器相对应的反射面，多个所述反射面呈阶梯排列。该激光合束装置可以减小或消除每一个二极管激光器出射的激光之间的空隙，得到能量密度高的激光光源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光器领域，尤其是一种阶梯型的半导体垂直叠阵激光阵列以及具有该激光阵列的激光合束装置。
技术介绍
大功率二极管激光器阵列具有体积小、效率高、寿命长等优点，在工业加工中有着广泛的应用。通常通过堆叠多个巴条可提高半导体激光器的输出功率，从而满足对二极管激光器输出功率的越来越高的要求。但受到散热和巴条本身厚度的限制，堆叠多个巴条时两个巴条之间的周期不能太小，一般在2mm左右，而对于最新的高输出功率的巴条，这个周期甚至会大于3mm。并且快轴准直透镜的高度也在1.5mm以上。同时，经过快轴准直镜的准直后的快轴方向的光束不会充满整个快轴准直镜的高度，一般约占整个快轴准直镜高度的50％～75％。所以，由二极管激光器阵列构成的垂直叠阵输出的光束经过快轴准直透镜后，中间有相当多的空隙。这种情况下可以采取适当的光束耦合方法(即合束技术)，将相邻二极管激光器阵列的光束通过光学元件重新排列，减少中间的空隙，以提高垂直叠阵输出光束的平均亮度。目前对于半导体垂直叠阵激光器的合束技术常见的有偏振合束技术、波长合束技术和空间合束技术。偏振合束技术，主要是利用激光器的偏振特性，使具有不同偏振方向的两路激光组合在一起沿相同方向传播，例如SergueiG.Anikitchev在美国专利US6,993,059B2所介绍的，通过波片和偏振耦合棱镜将叠阵的上半部分和下半部分的光束重叠输出，通常偏振合束技术是将两路偏振方向相互垂直的激光束或激光束组合相互合并，且总是于其它合束技术配合使用。波长合束技术，将不同波长的激光束通过二向色镜、光栅等光学元件组合在一起，能有效提高功率与亮度，是目前高功率直接半导体激光器发展的主要方向。然而无论是采用二向色镜、体布拉格光栅还是衍射光栅，总是要受到光谱的限制，不同波长之间要求相互独立，要保持足够的波长间隔。空间合束技术，例如KemingDu等人在美国专利No.6,124,973中所介绍的，是通过将多个半导体激光器在空间上按照一定的次序进行排列堆叠，形成一组沿着相同方向传播的激光束，从而得到高功率的激光输出。而一般来说，空间堆叠无法改善光束质量，由此得来的高功率激光输出一般直接应用于对光束质量要求不高的场合，如作为光纤激光器的泵浦源等。但是，对于半导体垂直叠阵激光器，由于光束在竖直方向的高度被半导体垂直叠阵激光器自身所决定，因此在相邻光束之间存在明显的空隙，因此对于半导体垂直叠阵激光器来说，可以通过空间合束技术，得到能量密度高的激光光源。例如中国专利CN102751660A所公开的，又如中国专利CN103944067A所公开的，但是受限于叠阵的空隙尺寸和快轴光斑尺寸是否匹配的问题，不一定能完全消除光束中的空隙。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提出一种激光阵列以及激光合束装置，该激光合束装置可以减小或消除每一个二极管激光器出射的激光之间的空隙，得到能量密度高的激光光源。根据本专利技术的一个方面提供一种激光阵列，所述激光阵列包括多个二极管激光器，所述激光阵列的出光侧、每个所述二极管激光器均具有一个出光端，多个所述出光端呈阶梯排列。优选地，多个所述二极管激光器远离所述激光阵列的出光侧的一端呈阶梯排列。优选地，多个所述二极管激光器远离所述激光阵列的出光侧的一端齐平。优选地，所述二极管激光器包括热沉以及设置于所述热沉上的半导体激光器芯片。优选地，所述半导体激光器芯片为至少一个单管芯片或巴条。根据本专利技术的另一个方面还提供一种激光合束装置，所述激光合束装置包括：上述的激光阵列；整形光学系统，设置于所述激光阵列的出光侧；合束光学元件，设置于所述整形光学系统的出光侧，所述合束光学元件包括多个与所述激光阵列的二极管激光器相对应的反射面，多个所述反射面呈阶梯排列。优选地，所述激光阵列的多个二极管激光器沿第一方向排列，每个所述二极管激光器的出射光沿第二方向射出，其中，多个所述反射面沿所述第二方向上的间距小于多个所述二极管激光器沿所述第一方向上的间距。优选地，所述合束光学元件的多个反射面在与其反射方向相垂直的平面上的投影无缝衔接。优选地，所述激光合束装置的每个所述二极管激光器发出的出射光具有相同的光程。优选地，所述合束光学元件的每个所述反射面与所述整形光学系统的出射光的出射方向之间的夹角为45度。优选地，所述合束光学元件包括多个反射镜，每个所述反射镜均设置于一个所述二极管激光器的出光端。优选地，所述合束光学元件为一个具有多个所述反射面的反射镜，其中，每个所述反射面均设置于一个所述二极管激光器的出光端。优选地，所述整形光学系统包括多个与所述二极管激光器一一对应的快轴准直镜，每个所述快轴准直镜均设置于一个所述二极管激光器的出光侧。优选地，所述整形光学系统还包括多个慢轴准直镜，每个所述慢轴准直镜均设置于一个所述快轴准直镜的出光侧。优选地，所述整形光学系统还包括多个光束扭转器，每个所述光束扭转器均设置于一个所述快轴准直镜和一个所述慢轴准直镜之间。本专利技术实施例揭示了一种激光阵列以及激光合束装置，所述激光合束装置的激光阵列中各个二极管激光器发射的激光经过整形光学系统进行准直后，由具有多个与二极管激光器相对应的反射面的合束光学元件进行反射，通过调整合束光学元件的多个反射面的角度和位置，可以得到平行且减小或消除空隙的光束，提高激光合束装置输出的激光束的能量密度以及该激光合束装置快轴方向的填充系数，进而，有效改善激光束质量。并且该激光合束装置的光路简单、经济，对光束其他方面的质量(例如平行度、准直性等)也不会造成影响，甚至还可以通过工艺控制来进一步改善光束质量(例如平行度、准直性等)。此外，在此实施例中，由于合束光学元件的多个反射面也相应地呈阶梯排列，进而，在使用本专利技术实施例中的激光阵列(该激光阵列的多个二极管激光器的出光端也呈阶梯排列)后，可以补偿由于合束光学元件的多个反射面造成的各个二极管激光器发射的激光束之间的光程差，从而得到平行、等光程且无空隙的激光束。附图说明图1为本专利技术的第一实施例的激光阵列的结构示意图；图2为本专利技术的第一实施例激光合束装置结构示意图；图3为本专利技术的第一实施例激光合束装置光路图图4为本专利技术的第二实施例的激光合束装置的结构示意图；图5为本专利技术的第三实施例的激光阵列的结构示意图；以及图6为本专利技术的第三实施例的激光合束装置的结构示意图。具体实施方式依据本专利技术主旨构思，所述激光合束装置包括：激光阵列，所述激光阵列包括多个二极管激光器，所述激光阵列的出光侧、每个所述二极管激光器均具有一个出光端，多个所述出光端呈阶梯排列；整形光学系统，设置于所述激光阵列的出光侧；合束光学元件，设置于所述整形光学系统的出光侧，所述合束光学元件包括多个与所述二极管激光器相对应的反射面，多个所述反射面呈阶梯排列。下面结合附图和实施例对本专利技术的
技术实现思路
进行进一步地说明。第一实施例请参见图1，其示出了本专利技术的第一实施例的激光阵列的结构示意图。在图1所示的实施例中，激光阵列1包括多个二极管激光器。具体来说，每个二极管激光器均能产生具有一定光谱宽度的激光束。所述二极管激光器包括一热沉以及设置于该热沉上的半导体激光器芯片。其中，所述半导体激光器芯片为至少一个单管芯片或巴条，其可以焊接于热沉上。需要说明的是，所述巴条也可以是微型巴条。多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光阵列，其特征在于，所述激光阵列包括多个二极管激光器，所述激光阵列的出光侧、每个所述二极管激光器均具有一个出光端，多个所述出光端呈阶梯排列。

【技术特征摘要】
1.一种激光阵列，其特征在于，所述激光阵列包括多个二极管激光器，所述激光阵列的出光侧、每个所述二极管激光器均具有一个出光端，多个所述出光端呈阶梯排列。2.根据权利要求1所述的激光阵列，其特征在于，多个所述二极管激光器远离所述激光阵列的出光侧的一端呈阶梯排列。3.根据权利要求1所述的激光阵列，其特征在于，多个所述二极管激光器远离所述激光阵列的出光侧的一端齐平。4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光阵列，其特征在于，所述二极管激光器包括热沉以及设置于所述热沉上的半导体激光器芯片。5.根据权利要求4所述的激光阵列，其特征在于，所述半导体激光器芯片为至少一个单管芯片或巴条。6.一种激光合束装置，其特征在于，所述激光合束装置包括：如权利要求1至5中任一项所述的激光阵列；整形光学系统，设置于所述激光阵列的出光侧；合束光学元件，设置于所述整形光学系统的出光侧，所述合束光学元件包括多个与所述激光阵列的二极管激光器相对应的反射面，多个所述反射面呈阶梯排列。7.根据权利要求6所述的激光合束装置，其特征在于，所述激光阵列的多个二极管激光器沿第一方向排列，每个所述二极管激光器的出射光沿第二方向射出，其中，多个所述反射面沿所述第二方向上的间距小于多个所述二极管激光器沿所述第一方向上的间距。8.根据权利要求6所述的激光合束装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈渊，李大汕，杨金涛，赵亚平，孙晓斌，
申请(专利权)人：上海高意激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31