二极管激光器，包括具有多个激光条的激光二极管装置，其中每一个激光条分布在优选配置成热交换器的支持体的前侧上并具有产生激光束的多个发射器，激光束布置成在第一轴向上彼此偏移，其中激光条连同它们的支持体被以堆叠的方式提供相对于彼此的偏移以在对应于激光束的快轴并定向成垂直于第一轴向的第二轴向上形成激光二极管装置；包括快轴准直器，该快轴准直器的至少一个被分配至分布成彼此平行的激光条的每一个；并包括用于形成由通过发射器产生的激光束构成的激光束扎的光学装置，其中光学装置包括用于在快轴上扇出激光束扎的至少一个快轴平板扇形物装置以及在光束路径上位于快轴平板扇形物装置之后、用于在慢轴上组合扇出的激光束扎的慢轴平板扇形物装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种根据权利要求I的序言的二极管激光器。
技术介绍
与具有在几毫弧度范围内的低光束发散度的几个毫米的光束直径的传统激光束光源相比，半导体或二极管激光器(下文中称作“二极管激光器”)的辐射特征在于沿快轴的具有发散度> IOOOmrad的高度发散的光束。这是由受限于< Iiim高度的输出层引起的，在这一高度产生大角度的发散，类似于在缝隙形状开口处的衍射。由于在垂直和平行于有源半导体层的平面中的输出开口的扩展是不同的，所以在垂直和平行于有源层的平面内产生不同的光束发散。 为了获得20-40W的二极管激光器功率，多个激光发射器被组合在所谓的激光条上以形成激光器组件。通常10-50个单独的发射器组在平行于有源层的平面内以一行的形式被布置在此。这样的条的最终光束在平行于有源层的平面中具有约10°的孔径角以及约IOmm的光束直径。在这一平面内最终的光束质量比前述垂直于有源层的平面内的最终光束质量低许多倍。即使将来激光芯片的发散角可能降低，但垂直于和平行于有源层的光束质量的完全不同的比率仍将存在。作为前述光束特性的结果，该光束在垂直和平行于有源层的两个方向上的光束质量上具有非常大的差异。这一情形中光束质量的概念用M2参数进行描述。M2由二极管激光束的光束发散高于相同直径的衍射受限光束的光束发散的倍数定义。在上面示出的情形中，在平行于有源层的平面中获得大于垂直平面中的光束直径10，000倍的光束直径。光束发散情形不同，即在平行于有源层的平面中或在慢轴上获得几乎低十倍的光束发散。在平行于有源层的平面中的M2参数因此大于在垂直于有源层的平面中的M2值的几个量级。光束成形的一个可能的目标是获得在两个平面，即垂直和平行于有源层的平面中具有几乎相同的M2值的光速。目前，已知以下用于成形光束几何图形的方法，通过这些方法在光束的两个主平面内获得接近的光束质量。使用光纤扎，通过再安排光纤以形成圆形扎可组合出线性的光束截面。这些方法在例如美国专利说明书5127068、4763975、4818062、5268978和5258989中进行了描述。此外，存在光束旋转的技术，其中单独发射器的辐射被旋转90°以由此得到再安排，其中光束被安排在较高光束质量的轴的方向上。已知这一方法的以下装置US5168401、EP0484276、DE4438368。所有这些方法有一个共同点，即在准直之后，二极管激光器的辐射在快轴方向上被旋转90°以使用共同的圆柱形光学部件执行慢轴准直。作为所述方法的一个改型，连续线性光源也是可行的(即高表面密度、在快轴方向上准直的二极管激光器的那种)，其光束轮廓(线)在光学元件之后被分裂并以再安排的形式存在。此外，可执行单独发射器的辐射的再布置而光束没有任何旋转，其中辐射的再布置例如是使用平行反射镜通过平行偏移(位移)实现的(W095/15510)。同样使用再布置技术的装置在DE19544488中进行了描述。在这一情形中，二极管激光条的辐射在不同平面中被偏转并在那里被单独准直。这一现有技术的缺点可特别总结为在光纤耦合二极管激光器中，在两个轴向上具有非常不同的光束质量的光束通常被耦合进光纤。在圆形光纤的情形中，这意味着在一个轴向上不使用可能的数值孔径或光纤直径。这导致功率密度的明显损失，从而实际中这被限制至约104W/cm2。在所述的已知的方法中，在某些情形中明显的路径长度的差异必须被进一步补偿。这主要通过仅能将缺陷补偿至有限程度的校正棱镜完成。多次反射在对准精度、制造公差以及组件稳定性上进一步施加增加的要求(W095/15510)。反射光学部件(例如由铜制成)具有高的吸收值。进一步已知的是使用连续地分布在光束路径上的至少两个光学再成形元件用于再成形至少一个激光光束扎的风格形成型(genre-forming type)的激光光学系统,其配置成所谓的平板扇形物(DE10012480A1)。迄今已知的二极管激光器中，二极管激光器装置的辐射功率受到限制并特别受到 可得的具有受限长度的激光条的限制，例如在它们的慢轴(发射层的平面)上约IOmm的长度以及激光条的典型的光输出功率例如处于250瓦最大值的范围内。由于在激光二极管装置中被用作在快轴方向上激光条的支撑的热沉特别地显示出的尺寸，其中激光条以类似叠层的方式提供相对于彼此的偏移，且由于对必须在单独激光条上提供用于快轴准直的光学元件的需要，因此在包括这些激光条和附属支撑或热交换器的叠层中激光条的叠层密度受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种二极管激光器，其使得实现改进的光功率而没有光束质量的损失成为可能。为了实现这一目标，根据权利要求I的二极管激光器被形成。作为激光二极管装置的至少两个叠层的结果，以相同的尺寸和叠层密度的激光条可获得几乎两倍的光功率且在再成形之后特别地没有激光辐射的光束质量的损失。在本专利技术中，产生激光辐射的激光二极管装置包括在慢轴方向上相对于彼此偏移的至少两个平行叠层，由多个激光条和附属支撑或热沉组成。所有的激光条由此沿着它们的纵向延伸或慢轴彼此平行地被安排。在光束路径上的激光二极管装置和/或那里的快轴准直器之后并用于光束成形的第一平板扇形物装置被设计为快轴平板扇形物装置并特别地用于将每一个由激光条产生的光束扎在激光辐射的快轴方向上扇出(fan-out)成为多个相互偏移的单独光束扎，在光束路径上的之后的慢轴平板扇形物装置中，各光束扎随后一起在慢轴方向上被移位或相互堆叠。为了这一目的，快轴平板扇形物装置在激光辐射的慢轴方向上具有彼此并且间隔开的至少两个平行的快轴平板扇形物，每一个快轴平板扇形物由至少两个平板构成。在本专利技术的一个实施例中，这些快轴平板扇形物绕平行于激光辐射的慢轴的轴相对于彼此旋转以便由每一个叠层的激光条产生的光束扎的扇出是相互偏移地扇出的单独光束扎的安排，其(该安排)与垂直于激光辐射的光束路径的轴向上，优选为快轴的另一个叠层的扇出的单独光束扎的对应安排相互偏移。通过快轴和慢轴平板扇形物装置的相应的安排和/或形成，光束扎的扇出将被配置以便所有叠层的扇出的单独光束扎被提供成在共同平面内混合和/或覆盖或重叠。优选在慢轴平板扇形物装置之后的光束路径上提供慢轴准直光学部件以便随后得到平行或基本平行的激光辐射。“平板扇形物”在本专利技术的意义上将被理解为被激光或激光束透照或穿过且是通过由导光材料、优选为光学玻璃形成的至少两个平板或平板状元件构成的光学元件，其以类似堆叠的形式彼此邻近并以类似扇形物的形式相对于彼此扭转。每一个平板或每一个平板状元件在相互对置的侧上形成平板的窄侧或平板的边缘区域用作光入口或出口。“平板的表面侧”在本专利技术的意义上将被分别理解成大的平板侧。例如考虑在慢轴上发射器的安排和 激光束显现出的发散度来定位并配置平板，以便表面侧上的平板的内部不产生相应激光束的反射。“平板厚度”在本专利技术的意义上将被理解为两个表面侧彼此之间的距离。各个平板扇形物可通过单独平板或平板状元件的组合制造，或者还可以例如作为具有相应的光学分隔或中间层的成形的部件整块地制造。“快轴平板扇形物装置”或“快轴平板扇形物”在本专利技术的意义上为使用其在快轴上完成光束扎的扇出的平板扇形物装置或平板扇形物。“慢轴平板扇形物装置”或“慢轴平板扇形物”在本专利技术的意义上为本文档来自技高网...
【技术保护点】
二极管激光器，包括具有多个激光条(4)的激光二极管装置(2)，基中每一个激光条(4)被布置在支持体(3)的前侧上并具有产生激光束(5)的多个发射器(4.1)，激光束(5)被安排成在对应于激光束(5)慢轴(Y轴)的第一轴向(Y轴)上相对于彼此偏移，其中激光条(4)连同它们的支持体(3)被以至少两个叠层堆叠的方式提供相对于彼此的偏移以在对应于激光束(5)的快轴并定向成垂直于第一轴向(Y轴)的第二轴向(X轴)上形成激光二极管装置(2)；包括快轴准直器(6)，该快轴准直器中的至少一个被分配至彼此平行布置的每一个激光条(4)；并且包括用于形成由通过发射器(4.1)产生的激光束(5)构成的激光束扎的光学装置(7)，其中光学装置(7)包括用于在快轴(X轴)上扇出激光束扎的至少一个快轴平板扇形物装置(8)以及在光束路径上跟随快轴平板扇形物装置(8)、用于在慢轴(Y轴)上组合扇出的激光束扎的慢轴平板扇形物装置(10)，其中在激光二极管装置(2)中的激光条(4)连同它们的支持体(3)在慢轴(Y轴)上形成至少两个相互偏移的叠层(2.1，2.2)，每一个叠层具有在快轴(X轴)上以类似叠层的方式相互偏移的带有它们的支持体(3)的多个激光条(4)，其特征在于快轴平板扇形物装置(8)包括至少两个快轴平板扇形物(9)，被安排成在激光辐射的慢轴(Y轴)方向上彼此平行并彼此隔开一距离以及相对于彼此旋转一定角度的幅度或量以形成至少一个分离的扇出激光束扎(14.1)，每一个叠层有一个激光束扎(14.1)，并且该至少两个叠层的激光束扎(14.1)在快轴(X轴)上是分离的并相互偏移。...
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：V·克劳斯，A·考尔斯特斯，G·莱赫曼，D·都恩瓦尔德，J·玛尔彻斯，M·鲍曼，
申请(专利权)人：二极管激光器激光线发展与销售有限公司，
类型：发明
国别省市：
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