一种大功率半导体激光光源装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及大功率半导体激光光源装置，采用多个百瓦级激光迭阵模块，通过合束技术，扩束聚焦技术，获得大功率、高光束质量、小发散角激光光源。其重量轻、体积小、电光转换效率高、寿命长，克服了化学激光器，ＣＯ２激光器，灯泵及半导体激光泵浦的Ｎｄ：ＹＡＧ基频１０６４ｎｍ等体积大、能量效率低、寿命短等的缺点，实现了千瓦级激光的大功率、高亮度高质量直接输出，可直接应用于激光加工领域。在输出功率相同的情况下，半导体激光器体积是其他激光器的１／３～１／１０，运营成本是他激光器的１／４～１／２０，寿命是其他激光器的５～１０倍，达到１００００小时以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及--种输出功率可高达上千瓦的大功率半导体激光光源装置。
技术介绍
由于大功率半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点，已广泛用 于激光加工(打孔、切割、焊接、表面加工、材料改性等)、激光医疗(诊断、治疗、手术、美容 等)、激光显示及科学研究等领域，已经成为新世纪发展快、成果多、学科渗透广、应用范围 大的综合性高新技术。目前激光加工中多采用C02激光器，灯泵及半导体激光泵浦的基频1064nmNd:YAG 激光器。C02激光器，通过将燃烧气体的热能转化为激光能量，实现兆瓦级输出，但能量效 率很低(1% -2% )。气源系统较笨重。固体激光器，灯泵Nd:YAG激光器电光转换效率只有3%，寿命1000小时，效率低， 散热困难。虽然半导体激光器泵浦的固体激光器(DPL)高于灯泵固体激光器，体积也明显 减小。但其电光转换效率仍比较低，仅相当于半导体激光器效率的1/3-1/2。灯泵YAG激光器与大功率半导体激光光纤耦合模块的性能差别如表1 (John M. Haake^and Mark S. Zediker Nuvonyx, Inc. HeatTreating and Cladding Operations with High-Power DiodeLasers. Proceedings of SPIE Vol. 5706 (SPIE, Bellingham, WA, 2005).表 1
技术实现思路
本专利技术要解决的问题在于克服上述激光加工领域中多采用的C02激光器，灯泵及半导体激光泵浦的基频1064nmNd:YAG激光器的体积大、能量效率低、寿命短等缺点，提供 了一种大功率输出半导体激光光源装置，可直接用于激光加工装备。本专利技术涉及的大功率半导体激光光源装置，采用多个百瓦级激光迭阵模块，通过 合束技术，扩束聚焦技术，获得大功率、高光束质量、小发散角激光光源，从而直接应用于激 光加工领域。如图1所示，本专利技术提供的大功率半导体激光光源装置由第一半导体激光迭阵1、 第二半导体激光迭阵1'、第三半导体激光迭阵4、第四半导体激光迭阵4'；第一快轴准直 透镜2、第二快轴准直透镜2'、第三快轴准直透镜5、第四快轴准直透镜5'；第一慢轴准直 透镜3、第二慢轴准直透镜3'、第三慢轴准直透镜6、第四慢轴准直透镜6'；第一等腰直角 三角形反射棱镜组7、第二等腰直角三角形反射棱镜组7'；半波片8 ；菱形偏振耦合棱镜9 ； 第一柱透镜10、第二柱透镜11组成的扩束系统和双胶合透镜组成的聚焦系统12构成；所述的第一快轴准直透镜2、第二快轴准直透镜2'、第三快轴准直透镜5、第四快 轴准直透镜5'分别置于第一半导体激光迭阵1、第二半导体激光迭阵r、第三半导体激 光迭阵4、第四半导体激光迭阵4'前部，进行快轴准直以降低快轴发散角；所述的第一慢轴准直透镜3、第二慢轴准直透镜3'、第三慢轴准直透镜6、第四慢 轴准直透镜6'分别置于第一快轴准直透镜2、第二快轴准直透镜2'、第三快轴准直透镜 5、第四快轴准直透镜5'的前部，进行慢轴准直以降低慢轴发散角；所述的第一半导体激光迭阵1、第二半导体激光迭阵1'、第三半导体激光迭阵4、 第四半导体激光迭阵4'的构成完全相同，均由多个相同的bar堆叠组成且偏振也完全相 同；bar是水平方向长度10mm，由十几到几十个发光点组成的标准的半导体激光单元；所述的第一半导体激光迭阵1、第二半导体激光迭阵r相互垂直放置，并且在激 光快轴方向错开一定距离(见图2)，使得第一半导体激光迭阵1与第二半导体激光迭阵 1'的高度差为构成迭阵的两个bar之间的高度的二分之一；第一半导体激光迭阵1与第三半导体激光迭阵4平行放置；第三半导体激光迭阵4与也第四半导体激光迭阵4'垂直放置，并且激光快轴方 向也错开一定距离，使得第一半导体激光迭阵4与第二半导体激光迭阵4'的高度差也为 构成迭阵的两个bar之间的高度的二分之一；所述的第一等腰直角三角形反射棱镜7和第二等腰直角三角形反射棱镜7'均由 多个等腰直角三角形反射镜组成，每个反射镜厚度、反射镜沿激光快轴方向排列之间间距； 等腰直角三角形反射镜沿激光器快轴方向排列而成，其高度与半导体激光迭阵相等；所述的第一等腰直角三角形反射棱镜组7和第二等腰直角三角形反射棱镜组7' 的等腰直角三角形反射镜的斜边平面均镀有高反射膜；所述的第一等腰直角三角形反射棱镜组7和第二等腰直角三角形反射棱镜组7' 的直角边的平面分别平行，所述的两棱镜组的一个直角边的平面分别与第一慢轴准直透镜 3、第三慢轴准直透镜6相对放置，使得第一半导体激光迭阵1、第三半导体激光迭阵4的激 光分别经过第一等腰直角三角形反射棱镜组7、第二等腰直角三角形反射棱镜组7'的等 腰直角三角形反射镜之间的空隙直接透射；所述的第一等腰直角三角形反射棱镜组7、第二等腰直角三角形反射棱镜组7' 的斜边平面分别与第二慢轴准直透镜3'、第四慢轴准直透镜6'相对放置，并使激光束与5斜边平面成45°角，分别将第二半导体激光迭阵1'、第四半导体激光迭阵4'准直后的激 光束反射，将激光束传播方向旋转90°角；然后，所述的直接透射激光束与传播方向旋转 90°角的激光束实现第一次合束；半波片8置于第一等腰直角三角形反射棱镜组7和菱形偏振耦合棱镜9之间，半 波片8与菱形偏振耦合棱镜9的a面相对；上述的实现第一次合束的激光束通过半波片8， 使该第一次合束的激光束的偏振方向旋转90°角后，通过菱形偏振耦合棱镜9的a面进入 到菱形偏振耦合棱镜9，经过内反射，再旋转90°角，至表面镀有偏振膜的b表面，经过菱形 偏振棱镜9的b面反射输出；所述的第三半导体激光迭阵4和第四半导体激光迭阵4'第一次合束的激光束， 通过菱形偏振棱镜9的镀有偏振膜的b面直接透过菱形偏振棱镜9 ；所述的经过菱形偏振棱镜9的镀有偏振膜的b面反射的激光束与经过菱形偏振棱 镜9的镀有偏振膜的b面透射的激光束进行第二次合束；菱形偏振耦合棱镜9的前面顺次放置由第一柱透镜10、第二柱透镜11组成的扩束 系统和双胶合透镜组成的聚焦系统12 ；所述的第二次合束的激光束经过扩束系统，再经过双胶合透镜组成的聚焦系统12 会聚后进入光纤传输。下面介绍激光传输路径经过第一半导体激光迭阵1、第二半导体激光迭阵1'、 第三半导体激光迭阵4、第四半导体激光迭阵4'的激光分别经第一快轴准直透镜2、第二 快轴准直透镜2'、第三快轴准直透镜5、第四快轴准直透镜5'进行快轴准直以降低快轴 发散角；然后分别经第一慢轴准直透镜3、第二慢轴准直透镜3'、第三慢轴准直透镜6、第 四慢轴准直透镜6'准直，以降低慢轴发散角；第一半导体激光迭阵1、第二半导体激光迭阵1'的经过第一等腰直角三角形反 射棱镜组7耦合后的光束，再经半波片8实现光束偏振状态的转变，转变后光束垂直入射至 菱形棱镜9的a面，并发生内反射至b面，菱形棱镜9的b面镀有偏振反射膜，可以将经半 波片8转变偏振态的光束进行反射；第三半导体激光迭阵4、第四半导体激光迭阵4'经过第二等腰直角三角形反射 棱镜组7'耦合后的激光束，经镀有偏振反射膜b面的菱形棱镜9直接透射；上述的反射激光束与透射激光束最终合束在一起；经过第一柱透镜10、第二柱透 镜11组成的扩束系统和由双胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
大功率半导体激光光源装置由第一半导体激光迭阵（１）、第二半导体激光迭阵（１′）、第三半导体激光迭阵（４）、第四半导体激光迭阵（４′）；第一快轴准直透镜（２）、第二快轴准直透镜（２′）、第三快轴准直透镜（５）、第四快轴准直透镜（５′）；第一慢轴准直透镜（３）、第二慢轴准直透镜（３′）、第三慢轴准直透镜（６）、第四慢轴准直透镜（６′）；第一等腰直角三角形反射棱镜组（７）、第二等腰直角三角形反射棱镜组（７′）；半波片（８）；菱形偏振耦合棱镜（９）；第一柱透镜（１０）、第二柱透镜（１透射；所述的第一等腰直角三角形反射棱镜组（７）、第二等腰直角三角形反射棱镜组（７′）的斜边平面分别与第二慢轴准直透镜（３′）、第四慢轴准直透镜（６′）相对放置，并使激光束与斜边平面成４５°角，分别将第二半导体激光迭阵（１′）、第四半导体激光迭阵（４′）准直后的激光束反射，将激光束传播方向旋转９０°角；然后，所述的直接透射激光束与传播方向旋转９０°角的激光束实现第一次合束；半波片（８）置于第一等腰直角三角形反射棱镜组（７）和菱形偏振耦合棱镜（９）之间，半波片（８）与菱形偏振耦合棱镜（９）的ａ面相对；上述的实现第一次合束的激光束通过半波片（８），使该第一次合束的激光束的偏振方向旋转９０°角后，通过菱形偏振耦合棱镜（９）的ａ面进入到菱形偏振耦合棱镜（９），经过内反射，再旋转９０°角，至表面镀有偏振膜的ｂ表面，经过菱形偏振棱镜（９）的ｂ面反射输出；所述的第三半导体激光迭阵（４）和第四半导体激光迭阵（４′）第一次合束的激光束，通过菱形偏振棱镜（９）的镀有偏振膜的ｂ面直接透过菱形偏振棱镜（９）；所述的经过菱形偏振棱镜（９）镀有偏振膜的ｂ面反射的激光束与经过菱形偏振棱镜（９）的镀有偏振膜的ｂ面透射的激光束进行第二次合束；菱形偏振耦合棱镜（９）的前面顺次放置由第一柱透镜（１０）、第二柱透镜（１１）组成的扩束系统和双胶合透镜组成的聚焦系统（１２）；所述的第二次合束的激光束经过扩束系统，再经过双胶合透镜组成的聚焦系统（１２）会聚后进入光纤传输。１）组成的扩束系统和双胶合透镜组成的聚焦系统（１２）构成；所述的第一快轴准直透镜（２）、第二快轴准直透镜（２′）、第三快轴准直透镜（５）、第四快轴准直透镜（５′）分别置于第一半导体激光迭阵（１）、第二半导体激光迭阵（１′）、第三半导体激光迭阵（４）、第四半导体激光迭阵（４′）前部，进行快轴准直以降低快轴发散角；所述的第一...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾媛媛，王峙皓，甘露，
申请(专利权)人：长春德信光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]