用于产生激光束的系统、设备和方法技术方案

公开了用于产生高功率平顶激光束的设备、系统和方法。描述并且公开了二极管、快轴线柱面透镜阵列和慢轴线柱面透镜阵列、准直透镜和其他光学器件的原理图和布置。还公开了产生用于大量应用的平顶光束的方法。于大量应用的平顶光束的方法。于大量应用的平顶光束的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于产生激光束的系统、设备和方法

技术介绍

[0001]软件、电子器件和材料科学的进步催生了许多先进的科学仪器，这些科学仪器利用和实施激光器来执行各种关键操作。特别地，这些先进的科学仪器中的许多科学仪器可采用激光器来实现高通量。
[0002]激光器是一种基于电磁辐射的受激发射经由光学放大过程发射光的设备。激光器发射相干光，也就是说，激光的频率和波形是相同的。激光束的空间相干性可使得激光束能够在一距离上保持狭窄，并且在激光束传播时最小限度地扩散，因此激光束可用作准直光束。许多激光器产生可由高斯函数近似的高斯光束和/或高斯形状轮廓；然而，一些应用可能受益于具有平顶形状的轮廓。

技术实现思路

[0003]本专利技术公开并且描述了用于产生具有平坦强度轮廓的光束或平顶光束的系统、设备和方法。在一个方面，一对柱面透镜阵列可用于沿二极管激光器的慢轴线(X)对光束轮廓进行均匀化。在另一个方面，激光束可通过使用快轴线准直透镜沿快轴线(Y)被准直。
[0004]在一个方面，为了增加功率密度，多个准直的激光束沿y方向非常接近地堆叠。在一些实施方式中，激光二极管可相对于彼此倾斜，以移动(shift)每个光束的强度峰值，并且因此组合光束可具有改善强度均匀性的平顶轮廓。
[0005]在一个方面，两个类似的激光二极管光束可通过使用偏振组合立方体进行偏振组合，以使总功率加倍。
[0006]在当前专利技术的另一个方面，可以使用分色镜以一定间距形成两条不同波长的高功率均匀线。
附图说明
[0007]对于本专利技术的示例性实施方式的详细描述，现在将参照附图，在附图中：
[0008]图1A提供了柱面透镜阵列的等距视图。
[0009]图1B提供了两个柱面透镜阵列的等距视图。
[0010]图2提供了本专利技术的一个示例的平面图。
[0011]图3提供了所公开和描述的一个实施方式的示意图。
[0012]图4提供了本专利技术的示例的侧视图。
[0013]图5提供了包括三个二极管激光器的实施方式的侧视图。
[0014]图6提供了朝向透镜阵列传播的竖直地布置的多个光束的前视图。
[0015]图7提供了两个二极管相对于另一个二极管的定向的示意图。
[0016]图8示出了由单个二极管激光器产生的线图像的示例。
[0017]图9提供了三个二极管的强度曲线图。
[0018]图10示出了在成像平面处由两个二极管产生的具有平顶强度的激光束。
[0019]图11示出了本公开的一个实施方式，作为如何偏振组合两个类似的激光二极管光
束以使总功率加倍的示意图。
[0020]图12示出了使用分色镜形成两条高功率均匀线。
具体实施方式
[0021]尽管本专利技术可适用于各种修改和替代形式，但本专利技术的具体细节已经通过附图和以下描述中的非限制性示例在本文中示出。然而，应当理解，这并不是将本专利技术限制于所描述的特定实施例。相反，这涵盖了所有修改、等同物和替代方案，无论这些修改、等同物和替代方案是在此所描述的，还是在本专利技术中包含的足够可观的，即使超出了本专利技术的字面意思或附图，这些修改、等同物和替代方案落入本专利技术的精神和范围内。
[0022]以下的讨论针对本专利技术的各种实施方式。尽管这些实施方式中的一个或多个实施方式可能是优选的，但所公开的实施方式不应被解释，或以其他方式使用作或用于限制包括权利要求的公开的范围。此外，本领域技术人员将理解，以下的描述具有广泛的应用，并且对任何实施方式的讨论仅是实施方式的示例，并不意味着包括权利要求书在内的本公开的范围限于实施方式。
[0023]总体上，在此包括用于产生激光束的设备、系统和方法。更具体地，公开并且描述了用于产生高功率平顶激光束的设备、系统和方法。如图1A的等距视图所示，柱面透镜阵列100可用于本文中所描述和公开的设备、系统和方法。柱面透镜阵列100可具有宽度(W)104、长度(L)106以及深度(D)108。柱面透镜阵列100可以是具有两个或更多个半圆柱形凸透镜或微透镜110的整体结构，半圆柱形凸透镜或微透镜沿该结构的一个侧面的整个长度延伸。图1B中示出了一对柱面透镜阵列112，该一对柱面透镜阵列包括第一柱面透镜阵列(LA1)100和第二柱面透镜阵列(LA2)102。在本专利技术的一个方面，利用一对柱面透镜阵列112沿光源的慢轴线(X)对光束轮廓进行均匀化，在一些情况下，光源可以是二极管激光器114，如图2所示。
[0024]分别沿X轴线和Y轴线布置二极管激光器的慢轴线和快轴线；也就是说，X
‑
轴线是慢轴线，Y
‑
轴线是快轴线。如图2和图3所示，透镜阵列LA1 100具有有效焦距(f
LA1
)101。透镜阵列LA2 102具有有效焦距(f
LA2
)103。在大多数实施方式中，透镜阵列LA1 100和透镜阵列LA2 102之间的距离115大于f
LA2
103，但小于f
LA1 101+f
LA2 103。包括焦距和节距的透镜阵列的物理特性和特征可使得光源能够被操纵和控制，以产生下面更详细地公开和描述的光束或线。
[0025]在图2中，光源114(在该实施方式中为二极管激光器)在快轴线准直透镜(FAC)116处被引导，然后在慢轴线准直透镜(SAC)118处被引导。然后，光束在LA1 100处被引导，以填充多个微透镜110。在优选的实施方式中，光束可填充LA1 100的五个或更多个微透镜110。接下来，LA2 102和一个或多个聚焦透镜(CL1、CL2)119、120一起使用以对LA1的细光束进行成像并且使细光束在成像平面122中重叠LA1，其中CL1控制快轴线聚焦，CL2控制慢轴线成像。如果CL1和CL2具有相同的焦距，一个球面福涅尔透镜121可代替CL1 119和CL2 120，如图3所示。成像平面122位于聚焦透镜CL2 120的焦距(f2)124处。以这种方式，通过混合许多可能包含不同功率的细光束，产生沿X方向的均匀轮廓。X轴线的图像宽度至少介于约100μ0至约几厘米之间。图3还标识了透镜阵列的节距(P
LA
)150(也就是说阵列的两个相邻透镜之间的顶点间隙)。
[0026]沿快轴线Y，通过使用快轴线准直透镜(FAC)116来对光源或激光束进行准直。然后，通过为FAC 116和CL1 119选择合适的焦距组合，将光束聚焦到成像平面122处的期望宽度，如图4所示。CL1 119和成像平面122之间的距离是聚焦透镜CL1 119的焦距f1 127。
[0027]为了增加功率密度，许多准直的激光束可沿Y方向彼此近距离或接近地堆叠。这些位置沿Y方向偏移，以避免机械干涉。例如，三个二极管激光器(B1、B2、B3)114a、114b、114c堆叠布置，如图5所示。激光二极管114a、114b、114c可尽可能紧密地封装，以利用柱面透镜阵列100的整个长度106，如图6所示。可与柱面透镜阵列100本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.如本文中所描述的方法、设备或系统。2.一种用于产生平顶激光束的设备或系统，所述设备或系统包括：光源；第一柱面透镜阵列，所述第一柱面透镜阵列具有面向所述光源的多个凸透镜；第二柱面透镜阵列，所述第二柱面透镜阵列具有背向所述光的多个凸透镜。3.根据权利要求2所述的设备或系统，所述第一柱面透镜阵列和所述第二柱面透镜阵列被可操作地布置成使得所述第一柱面透镜阵列接收来自所述光源的光，第二透镜阵列接收来自第一透镜阵列的光，并且由此产生具有平顶强度轮廓的光束或平顶光束。4.根据权利要求2或3中任一项所述的设备或系统，所述第一透镜阵列和所述第二透镜阵列限定一对柱面透镜阵列。5.根据权利要求2、3或4中任一项所述的设备或系统，所述第一透镜阵列和所述第二透镜阵列之间的距离大于所述第二透镜阵列的焦距，但小于所述第一透镜阵列的焦距和所述第二透镜阵列的焦距的总和。6.根据权利要求4或5所述的设备或系统，所述一对透镜阵列被能操作地布置成沿二极管激光器的慢轴线(X)对光束轮廓进行均匀化。7.根据权利要求2至6中任一项所述的设备或系统，所述第一透镜阵列和所述第二透镜阵列被可操作地布置成接收激光束，所述第一透镜阵列和所述第二透镜阵列对所述激光束进行准直。8.根据权利要求7所述的设备或系统，通过包括并且使用快轴线准直透镜或柱面透镜，或所述快轴线准直透镜和所述柱面透镜两者来沿快轴线(Y)进行所述准直。9.根据权利要求6、7或8中任一项所述的设备或系统，多个准直的激光束沿y方向非常接近地堆叠，以增加功率密度。10.根据权利要求2至9中任一项所述的设备或系统，所述光源包括两个或更多个激光二极管；所述激光二极管相对于彼此倾斜，以移动每个光束的强度峰值，并且因此组合光束具有改善强度均匀性的平顶轮廓。11.根据权利要求2至10中任一项所述的设备或系统，所述光源包括两个或更多个激光二极管；所述激光二极管产生两个类似的激光二极管光束，所述激光二极管光束通过包括和使用偏振组合立方体进行偏振组合，以使总功率加倍。12.根据权利要求2至11中任一项所述的设备或系统，所述设备或系统包括两个或更多个分色镜，所述分色镜以一定间距形成两条不同波长的高功率均匀线。13.根据前述权利要求中任一项所述的设备或系统，所述设备或系统还包括快轴线准直透镜或慢轴线准直透镜，或所述快轴线准直透镜和所述慢轴线准直透镜两者。14.根据前述权利要求中任一项所述的设备或系统，所述设备或系统还包括慢轴线准直透镜或柱面透镜，或所述慢轴线准直透镜和所述柱面透镜两者。15.根据前述权利要求中任一项所述的设备或系统，所述设备或系统还包括一个或多个聚焦透镜。16.根据前述权利要求中任一项所述的设备或系统，所述光源是二极管激光器。
17.根据前述权利要求中任一项所述的设备或系统，所述光源是一个或多个二极管激光器。18.根据前述权利要求中任一项所述的设备或系统，所述设备或系统还包括快轴线准直透镜，所述快轴线准直透镜具有两个或更多个半圆柱形凸透镜或微透镜，所述两个或更多个半圆柱形凸透镜或微透镜沿结构的一个侧面的整个长度延伸。19.一种用于产生平顶激光束的设备或系统，所述设备或系统包括：光源；快轴线准直透镜；慢轴线准直透镜；一对柱面透镜阵列；以及，一个或多个聚焦透镜，所述一个或多个聚焦透镜用于将光束聚焦在成像平面上。20.根据权利要求19所述的设备或系统，所述一对柱面透镜阵列沿所述光源的慢轴线对光束轮廓进行均匀化。21.根据权利要求19或20中任一项所述的设备或系统，所述一个或多个聚焦透镜对所接收到的细光束进行组合和/或成像，并且使所述接收到的细光束在成像平面上重叠。22.根据权利要求19至21中任一项所述的设备或系统，所述设备或系统还具有第一透镜阵列和第二透镜阵列之间的距离，所述距离大于所述第二透镜阵列的焦距，但小于所述第一透镜阵列的焦距和所述第二透镜阵列的焦距的总和。23.一种用于处理激光束的方法，所述方法包括：将激光引导到第一柱面透镜阵列中；将所述激光从第一阵列传播到第二柱面透镜阵列；以及将所得到的光束引导到成像平面。24.根据权利要求23所述的方法，所述方法还包括：沿光束的慢轴线(X)对所述光束进行均匀化。25.根据权利要求23至24中任一项所述的方法，所述方法还包括：沿所述光束的快轴线(Y)对所述光束进行均匀化。26.根据权利要求23至25中任一项所述的方法，所述方法还包括：通过包括并且使用慢轴线准直透镜来沿所述慢轴线(X)对所述光束进行准直。27.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，所述方法还包括：通过包括并且使用快轴线准直透镜来沿所述快轴线(Y)对所述光束进行准直。28.根据权利要求23至27中任一项所述的方法，所述方法还包括提供两个或更多个准直的激光束。29.根据权利要求28所述的方法，所述方法还包括：堆叠所述两个或更多个准直的激光束，以增加功率密度。30.根据权利要求29所述的方法，所述方法还包括：使所述光束中的一个或多个光束相对于彼此改变或倾斜，以移动每个光束的强度峰值。31.根据权利要求30所述的方法，所述方法还包括：对光束进行组合以修改平顶轮廓的强度均匀性。32.根据权利要求23至31中任一项所述的方法，所述方法还包括：布置第一透镜阵列和
第二透镜阵列，所述阵列之间具有一距离。33.根据权利要求32所述的方法，所述方法还包括：选择所述第一透镜阵列和所述第二透镜阵列之间的距离，以使所述距离大于所述第二透镜阵列的焦距，但小于所述第一透镜阵列的焦距和所述第二透镜阵列的焦距的总和。34.根据权利要求23至33中任一项所述的方法，所述方法还包括：提供一个或多个偏振组合立方体，以增加总功率。35.根据权利要求23至34中任一项所述的方法，所述方法还包括：包括两个或更多个分色镜，所述分色镜以一间距形成两条不同波长的高功率均匀线。36.一种用于对光源进行准直和均匀化的方法，所述方法包括：提供光源；引导一个或多个细光束通过慢轴线透镜；用所述细光束填充第一柱面透镜阵列的一个或多个微透镜；将所述细光束透射到第二柱面透镜阵列；对所述细光束进行成像以使所述细光束重叠；以及使成像平面中的所述细光束聚焦。37.根据权利要求36所述的方法，所述方法还包括：使用激光二极管作为光源。38.根据权利要求37所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗宁一，黄日昌，
申请(专利权)人：维林光电公司，
类型：发明
国别省市：