一种高功率半导体激光器的扩束装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种高功率半导体激光器的扩束装置，可实现大倍率的扩束，结构简单紧凑，体积小，成本较低。其中一种扩束装置，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，所述分光系统包括沿半导体激光器叠阵堆叠高度方向依次设置的n个分光镜以及最后设置的一个全反射镜，其中第1个分光镜与半导体激光器叠阵堆叠高度相当，n个分光镜以及全反射镜平行等间隔排列，与半导体激光器叠阵出光方向成30-60°设置；第1个分光镜的透射光与其余n-1个分光镜以及全反射镜的反射光共同形成激光扩束；n个分光镜的光透过率不同，使得第1个分光镜的透射光能量与其余n-1个分光镜以及全反射镜的反射光能量相等。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率半导体激光器的扩束装置
本技术属于激光应用领域，具体涉及一种高功率半导体激光器的激光扩束装 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，本技术提供了高功率半导体激光器的激光扩束装 置，可实现大倍率的扩束，结构简单紧凑，体积小，成本较低。根据半导体激光器叠阵的安装 位置提出了如下两种技术方案： 第一种高功率半导体激光器的扩束装置，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，所述半导体激光器叠阵由若干个半导体激光单元堆叠组成，所 述分光系统包括沿半导体激光器叠阵堆叠高度方向依次设置的η个分光镜以及最后设置 的一个全反射镜，其中第1个分光镜与半导体激光器叠阵堆叠高度相当，η个分光镜以及全 反射镜平行等间隔排列，与半导体激光器叠阵出光方向成30-60°设置；第1个分光镜的透 射光与其余η-1个分光镜以及全反射镜的反射光共同形成激光扩束； η个分光镜的光透过率不同，第1个分光镜的透射光能量与其余η-1个分光镜以及 全反射镜的反射光能量相等： 第1个分光镜的透过率为?Λη+l)，反射率为iV(n+l); 第m个分光镜的透过率为（n-m+1) An-m+2)，反射率为lAn-m+2); 其中，η为分光镜总个数，m为分光镜的排列序号，l〈m<n，排列序号按照激光依次 通过的顺序进行排号。 第二种高功率半导体激光器的扩束装置，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，所述半导体激光器叠阵由若干个半导体激光单元堆叠组成，所 述分光系统包括沿半导体激光器叠阵出光方向依次设置的η个分光镜以及最后设置的一 个全反射镜，其中第1个分光镜与半导体激光器叠阵堆叠高度相当，η个分光镜以及全反射 镜平行等间隔排列，与半导体激光器叠阵出光方向成30-60°设置；η个分光镜以及全反射 镜的反射光共同形成激光扩束； η个分光镜的光透过率不同，使得η个分光镜以及全反射镜的反射光能量相等： 第m个分光镜的反射率为lAn-m+2)，透过率为（n-m+1) An-m+2); 其中，η为分光镜总个数，m为分光镜的排列序号，1 < m < n，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，本技术还做如下优化限定和改进： 上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。 上述准直透镜组包括快轴准直透镜和慢轴准直透镜两者或两者之一，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。 上述全反射镜的基体材料为玻璃或金属，表面镀高反膜；或者高反膜采用多层介 质反射膜。 上述分光镜的基体材料为玻璃，分光镜表面镀增反膜，增反膜的材料为硫化 锌-氟化镁膜系。 上述分光镜与全反射镜一起安装在带刻度的固定架上，固定架的材料为塑料，铝， 钢或者铜。 上述分光镜的光透过率不同是采用不同规格的镀膜实现。 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)分光镜镀膜生产工艺成熟，降低了系统的成本。 【附图说明】 图1为高功率半导体激光器的激光扩束装置原理图（方案一）； 图2为高功率半导体激光器的激光扩束装置原理图（方案二）； 图3为使用本技术方案一所制备的高功率半导体激光器的激光扩束装置实 施案例示意图； 图4为使用本技术方案二所制备的高功率半导体激光器的激光扩束装置实 施案例示意图； 图5为高功率半导体激光器的激光扩束装置的一个实施例示意图（基于方案一）。 图6为高功率半导体激光器的激光扩束装置的一个实施例示意图（基于方案二）。 附图标号说明：1为半导体激光器叠阵；2为快轴准直镜；3为慢轴准直镜；4为分 光系统；5为分光镜；6为全反射镜；7为固定架；8为准直透镜组。 【具体实施方式】 方案一： 一种高功率半导体激光器的激光扩束装置，包括半导体激光器叠阵，准直透镜组 和分光系统组成。半导体激光器叠阵由若干个半导体激光单元组成；准直透镜组包括快轴 准直镜和慢轴准直镜，其中，快轴准直镜可为准直D型非球面透镜；慢轴准直镜为单阵列柱 面透镜。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η个分光镜和一个反射镜，所述的η个分光镜依次平行等间隔排 列，除第一个分光镜外其余η-1个分光镜所反射出的光能量相同且与第一个分光镜透射出 的光能量相同，在最后一个分光镜的光透射处设置全反射镜，全反射镜所反射出的光与除 第一个分光镜外其余分光镜所反射出的光能量相同；上述η+1束等能量的平行光束最终合 为一束均匀的激光光束。 η个分光镜的光透过率不同，可采用在η个分光镜上镀不同规格的反射膜来实现 如下： 第1片分光镜的透过率为V(n+1)，反射率为iV(n+l); 第m片（l〈m彡η)分光镜的透过率为（n-m+1) An-m+2)，反射率为lAn-m+2); 其中，η为使用的分光镜总数，m为需计算的分光镜序号（l〈m < η)。排列序号按 照激光依次通过的顺序进行排号。 如图1所示，共有η片分光镜5,1片全反射镜6，η值取决于所需要的扩束光斑的尺 寸。半导体激光器叠阵1发出的激光有一定的发散角，先由准直透镜组8进行准直，准直透 镜组8可以包括快轴准直镜2和慢轴准直镜3两者或两者之一再经过分光系统4进行扩束。 η本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率半导体激光器的扩束装置，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，所述半导体激光器叠阵由若干个半导体激光单元堆叠组成，所述分光系统包括沿半导体激光器叠阵堆叠高度方向依次设置的n个分光镜以及最后设置的一个全反射镜，其中第1个分光镜与半导体激光器叠阵堆叠高度相当，n个分光镜以及全反射镜平行等间隔排列，与半导体激光器叠阵出光方向成30‑60°设置；第1个分光镜的透射光与其余n‑1个分光镜以及全反射镜的反射光共同形成激光扩束；n个分光镜的光透过率不同，使得第1个分光镜的透射光能量与其余n‑1个分光镜以及全反射镜的反射光能量相等：第1个分光镜的透过率为1/(n+1)，反射率为n/(n+1)；第m个分光镜的透过率为(n‑m+1)/(n‑m+2)，反射率为1/(n‑m+2)；其中，n为分光镜总个数，m为分光镜的排列序号，1<m≤n，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的扩束装置，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，所述半导体激光器叠阵由若干个半导体激光单元堆 叠组成，所述分光系统包括沿半导体激光器叠阵堆叠高度方向依次设置的η个分光镜以及 最后设置的一个全反射镜，其中第1个分光镜与半导体激光器叠阵堆叠高度相当，η个分光 镜以及全反射镜平行等间隔排列，与半导体激光器叠阵出光方向成30-60°设置；第1个分 光镜的透射光与其余η-1个分光镜以及全反射镜的反射光共同形成激光扩束； η个分光镜的光透过率不同，使得第1个分光镜的透射光能量与其余η-1个分光镜以及 全反射镜的反射光能量相等： 第1个分光镜的透过率为?Λη+l)，反射率为rV(n+l); 第m个分光镜的透过率为（n-m+l)An-m+2)，反射率为lAn-m+2); 其中，η为分光镜总个数，m为分光镜的排列序号，l〈m<n，排列序号按照激光依次通过 的顺序进行排号。2. -种高功率半导体激光器的扩束装置，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，所述半导体激光器叠阵由若干个半导体激光单元堆 叠组成，所述分光系统包括沿半导体激光器叠阵出光方向依次设置的η个分光镜以及最后 设置的一个全反射镜，其中第1个分光镜与半导体激光器叠阵堆叠高度相当，η个分光镜以 及全反射镜平行等间隔排列，与半导体激光器叠阵出光方向成30-60°设置；η个分光镜以 及全反射镜的反射光共同形成激光扩束；...

【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