一種高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置及方法，涉及半導(dǎo)體激光合束領(lǐng)域。該裝置：n組激光單元和一個(gè)合束單元；所述激光單元包括：激光器和依次設(shè)置在所述激光器發(fā)射光束光軸上的傳輸光纖和準(zhǔn)直器；所述合束單元包括：設(shè)置在所述激光單元輸出光束光軸上的合束鏡組，由所述合束鏡組輸出合束光束依次穿過所述合束光軸上的耦合器、合束傳輸光纖和合束輸出準(zhǔn)直器。該方法：由不同激光器發(fā)射出的不同波長光束經(jīng)傳輸光纖傳輸，由準(zhǔn)直器準(zhǔn)直輸出，再經(jīng)合束鏡組合束、耦合器耦合和合束傳輸光纖傳輸，最后由合束輸出準(zhǔn)直器準(zhǔn)直輸出形成合束。本發(fā)明解決了現(xiàn)有半導(dǎo)體激光光纖耦合輸出裝置在維持光纖芯徑不變時(shí)無法做到高功率耦合輸出的問題。
【專利說明】
一種高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光合束領(lǐng)域，尤其涉及一種高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光的高效率、長壽命、小體積和輕量等優(yōu)點(diǎn)使其具有廣泛的應(yīng)用前景。但受光束質(zhì)量的限制，半導(dǎo)體激光很難作為直接光源應(yīng)用在對(duì)功率、光束質(zhì)量和亮度均有高要求的領(lǐng)域。針對(duì)該問題，國際上開展了一系列關(guān)于如何提高半導(dǎo)體激光器功率、功率密度和光束質(zhì)量的研宄，激光合束技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。但是現(xiàn)有半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出技術(shù)存在一個(gè)最大弊端，即無法做到在芯徑不變的前提下做到高功率的耦合輸出。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置及方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的前述問題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是一種高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置，采用的技術(shù)方案如下:
[0005]該裝置包括:n組激光單元和一個(gè)合束單元，所述η大于等于2 ;所述激光單元包括:激光器和依次設(shè)置在所述激光器發(fā)射的激光光束光軸上的傳輸光纖和準(zhǔn)直器；所述合束單元包括:設(shè)置在所述激光單元輸出的光束光軸上的合束鏡組，由所述合束鏡組輸出的激光合束依次穿過所述激光合束光軸上的耦合器、合束傳輸光纖和合束輸出準(zhǔn)直器；所述合束鏡組中合束鏡的最少數(shù)量比所述激光器的數(shù)量少I。
[0006]優(yōu)選地，任意兩個(gè)所述激光單元中的激光器發(fā)射的激光光束的波長不一致。
[0007]優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直器上均有與其相對(duì)應(yīng)的激光器發(fā)射的激光光束波長一致的增透膜。
[0008]優(yōu)選地，所述合束傳輸光纖的芯徑與所述傳輸光纖的芯徑相同。
[0009]優(yōu)選地，所述合束鏡組包括:ρ個(gè)具有反射功能的45°合束鏡、m個(gè)具有反射、透射功能的45°合束鏡，所述P大于等于0，所述m大于等于I且所述p+m大于等于I。
[0010]更優(yōu)選地，所述具有反射功能的45°合束鏡的迎束面上鍍有用于反射入射激光光束的全反射膜。
[0011]更優(yōu)選地，所述具有反射、透射功能的45°合束鏡的迎束面上鍍有用于反射入射激光光束的全反射膜，同時(shí)，兩個(gè)鏡面上均鍍有需透射激光光束的增透膜。
[0012]本發(fā)明是一種高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出方法，該方法具體為:
[0013]由不同激光器發(fā)射出的不同波長的光束經(jīng)傳輸光纖傳輸后，由準(zhǔn)直器準(zhǔn)直輸出，再經(jīng)過合束鏡組合束后，經(jīng)親合器親合進(jìn)入合束傳輸光纖，然后由合束輸出準(zhǔn)直器準(zhǔn)直輸出，形成激光合束。
[0014]優(yōu)選地，所述合束鏡組中合束鏡上鍍有的反射膜和/或透射膜的適用波長與入射激光光束的波長一致。
[0015]優(yōu)選地，所述合束鏡組中合束鏡的最少數(shù)量比所述激光器的數(shù)量少I。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]本發(fā)明解決了半導(dǎo)體激光器耦合光纖輸出能量的限制，提高半導(dǎo)體光纖偶和輸出的最大能量值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是實(shí)施例1中所述高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，I表不激光器I，2表不激光器2，3表不激光器3，4表不傳輸光纖一號(hào)，5表不傳輸光纖二號(hào)，6表不傳輸光纖三號(hào)，7表不合束傳輸光纖，8表不準(zhǔn)直器1，9表不準(zhǔn)直器2，10表不準(zhǔn)直器3，11表不親合器，12表不合束輸出準(zhǔn)直器，13表不反射光束I的45°反射鏡，14表示反射光束2的45°反射鏡，15表示鍍有反射光束I全反射膜和鍍有透射光束3增透膜的45°鏡，16表示鍍有反射光束2全反射膜和鍍有透射合束1&3增透膜的45°鏡；
[0019]圖2是實(shí)施例2中兩束激光合束的不意圖；7表不合束傳輸光纖，11表不親合器，12表示合束輸出準(zhǔn)直器，1-1表示光束1，2-1表示光束2，22表示合束1&2，20表示鍍有反射光束2全反射膜和鍍有透射光束I增透膜的45°鏡；
[0020]圖3是實(shí)施例3中三束激光合束的示意圖；3_1表示光束3，23表示鍍有反射光束3全反射膜和鍍有透射合束1&2增透膜的45°鏡，24表示合束1&2&3 ；
[0021]圖4是實(shí)施例3中三束激光合束的示意圖；25表示鍍有反射合束2&3全反射膜和鍍有透射光束I增透膜的45°鏡，26表示鍍有反射光束3全反射膜和鍍有透射光束2增透膜的45°鏡，27表示合束2&3，28表示合束1&2&3 ；
[0022]圖5是實(shí)施例4中四束激光合束的示意圖；4_1表示光束4，31表示鍍有反射光束4全反射膜和鍍有透射合束1&2&3增透膜的45°鏡，35表示合束1&2&3&4 ；
[0023]圖6是實(shí)施例4中四束激光合束的示意圖；50表示鍍有反射光束2全反射膜和鍍有透射光束I增透膜的45°鏡，51表示鍍有反射光束4全反射膜和鍍有透射光束3增透膜的45°鏡；52表示鍍有反射合束3&4全反射膜和鍍有透射合束1&2增透膜的45°鏡；53表示合束1&2，54表示合束3&4，55表示合束1&2&3&4 ；
[0024]圖7是實(shí)施例5中五束激光合束的不意圖；5_1表不光束5，60表不鍍有反射合束2&5全反射膜和鍍有透射光束I增透膜的45°鏡，61表示鍍有反射合束3&4全反射膜和鍍有透射合束1&2&5增透膜的45°鏡；62表示鍍有反射合束3&4全反射膜和鍍有透射合束1&2增透膜的45°鏡；63表示鍍有反射光束5全反射膜和鍍有透射光束2增透膜的45°鏡；64表不合束2&5，65表不合束3&4，66表不合束1&2&5，67表不1&2&3&4&5。

【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的【具體實(shí)施方式】僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]實(shí)施例1
[0027]參照?qǐng)D1，本實(shí)施例是一種高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置，該裝置包括:3組激光單元和一個(gè)合束單元；所述激光單元包括:激光器和依次設(shè)置在所述激光器發(fā)射的激光光束光軸上的傳輸光纖和準(zhǔn)直器；所述合束單元包括:設(shè)置在所述激光單元輸出的光束光軸上的合束鏡組，由所述合束鏡組輸出的激光合束依次穿過所述激光合束光軸上的親合器、合束傳輸光纖和合束輸出準(zhǔn)直器。
[0028]在本實(shí)施例中，任意兩個(gè)所述激光單元中的激光器發(fā)射的激光光束的波長不一致，即激光器I輸出的是915nm的激光光束I，在激光器I發(fā)射的激光光束I光軸上設(shè)置鍍有915nm激光45°入射全反射膜的45°反射鏡13 ;激光器2輸出的是351nm的激光光束2，在激光器2發(fā)射的激光光束2光軸上設(shè)置鍍有351nm激光45°入射全反射膜的45°反射鏡14 ;激光器3輸出的是976nm的激光光束3，在激光器3發(fā)射的激光光束3光軸上設(shè)置鍍有976nm增透膜和迎光束I的鏡面上鍍有351nm激光45°入射全反射膜的45°合束鏡15，在激光器3發(fā)射的激光光束3光軸上設(shè)置鍍有351nm、976nm增透膜和迎光束2的鏡面上鍍有915nm、976nm增透膜和351nm激光45°入射全反射膜的45°合束鏡16。
[0029]在本實(shí)施例中，所述準(zhǔn)直器上均有與其相對(duì)應(yīng)的激光器發(fā)射的激光波長相同的增透膜。即準(zhǔn)直輸出激光器I發(fā)出的波長的準(zhǔn)直器上鍍有351nm增透膜，準(zhǔn)直輸出激光器2發(fā)出的波長的準(zhǔn)直器上鍍有915nm增透膜，準(zhǔn)直輸出激光器3發(fā)出的波長的準(zhǔn)直器上鍍有976nm增透膜。
[0030]在本實(shí)施例中，所述耦合器前設(shè)置的合束鏡，所述合束鏡鍍有反射光束2的915nm全反射膜，鍍有透射光束I和光束3的351nm增透膜和976nm增透膜。
[0031]在本實(shí)施例中，所述激光單元中的傳輸光纖與所述合束傳輸光纖的芯徑相同；其中，所述激光器I和所述準(zhǔn)直器8之間設(shè)置的傳輸光纖是傳輸光纖一號(hào)，所述激光器2和所述準(zhǔn)直器9之間設(shè)置傳輸光纖二號(hào)，所述激光器3和所述準(zhǔn)直器10之間設(shè)置傳輸光纖三號(hào)，即所述傳輸光纖一號(hào)、所述傳輸光纖二號(hào)和所述傳輸光纖三號(hào)與所述合束傳輸光纖的芯徑相同。
[0032]實(shí)施例2
[0033]本實(shí)施例是一種高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出方法，該方法具體為:
[0034]由不同激光器發(fā)射出的不同波長的光束經(jīng)傳輸光纖傳輸后，由準(zhǔn)直器準(zhǔn)直輸出，再經(jīng)過合束鏡組合束后，經(jīng)親合器親合進(jìn)入合束傳輸光纖，然后由合束輸出準(zhǔn)直器準(zhǔn)直輸出，形成激光合束。
[0035]本實(shí)施例中所述方法用到的高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置與實(shí)施例1的不同之處在于，所述激光單元的個(gè)數(shù)為2個(gè)，第一激光單元輸出的激光光軸與第二激光單元輸出的激光光軸垂直，所述合束鏡組中有兩個(gè)具有反射光束1、透射光束2的合束鏡，即為高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置。
[0036]參照?qǐng)D2，兩束激光光束合束的示意圖，高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出方法是:對(duì)于兩臺(tái)輸出激光波長不同的激光器，標(biāo)號(hào)為激光器I和激光器2，如圖2所示，輸出標(biāo)號(hào)為光束I和光束2，第一激光單元輸出的激光光軸與第二激光單元輸出的激光光軸垂直，在光束I和光束2相交的位置放置一片兩面鍍有對(duì)光束I為45°高透過率、迎光束2 —面鍍有對(duì)激光光束2為45°高反射膜層的鏡片，標(biāo)號(hào)為鏡片1&2，兩束激光入射到鏡片1&2的角度皆為45°，通過調(diào)節(jié)與激光器2相對(duì)設(shè)置的準(zhǔn)直器的方位、角度以及鏡片1&2的角度，即可以將兩束激光合成一束激光，標(biāo)記為光束1&2。
[0037]實(shí)施例3
[0038]本實(shí)施例與實(shí)施例2的不同之處在于，所述激光單元的個(gè)數(shù)為3個(gè)，所述合束鏡組中包括兩個(gè)不同的具有反射、透射的合束鏡，即為高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置。
[0039]其中，所述合束鏡的設(shè)置為以下兩種方式:
[0040]采用如圖3所述的方法一，所述合束鏡包括:反射光束2、透射光束I的45°合束鏡20，反射光束3、透射合束1&2的45°合束鏡23。其中，光束3的波長不同于激光光束I和光束2，如圖3所示，在光束3和合束1&2相交的位置放置一片兩面鍍有對(duì)光束1&2為45°高透過率、迎光束3 —面鍍有對(duì)光束3為45°高反射膜層的鏡片23，兩束激光入射到鏡片1&2&3的角度皆為45°，通過調(diào)節(jié)與激光器3相對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)直器的方位、角度，以及鏡片1&2&3的角度，即可以將兩束激光合成一束激光，即為合束光束1&2&3。
[0041]或采用如圖4所示的方法二，所述合束鏡包括:反射合束2&3、透射光束I的45°合束鏡25，反射光束3、透射光束2的45°合束鏡26。采用實(shí)施例2中所述光束I和光束2合束的方法，將光束1&2和光束3合束成為光束1&2&3，即依照光束I和光束2合束的方法將光束3與兩束光合束結(jié)構(gòu)中的任意一束光進(jìn)行合束，這樣即得到光束1&2&3。
[0042]在本實(shí)施例中合束的先后順序依照各光束的波長和鏡片膜層參數(shù)而定。
[0043]實(shí)施例4
[0044]本實(shí)施例與實(shí)施例2的不同之處在于，所述激光單元為4個(gè)，所述合束鏡組中包括三個(gè)不同的具有反射、透射的合束鏡，即為高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置。
[0045]其中，三個(gè)所述合束鏡的設(shè)置為以下兩種方式:
[0046]采用如圖5所示的方法一，所述合束鏡包括:反射合束2&3、透射光束I的45°合束鏡25，反射光束3、透射光束2的45°合束鏡26，反射光束4、透射合束1&2&3的45°合束鏡31?？捎霉馐鳬和光束2合束的方法將光束1&2&3和光束4合束成為光束1&2&3&4，即依照光束I和光束2合束的方法將光束4同三束光合束結(jié)構(gòu)中任意一束光進(jìn)行合束，這樣即可得到光束1&2&3&4。
[0047]或米用如圖6所不的方法二，所述合束鏡包括:反射光束2、透射光束I的45°合束鏡50，反射光束4、透射合束3&4的45°合束鏡51，反射合束3&4、透射合束1&2的45°合束鏡52?？梢砸勒展馐鳬和光束2合束的方法先將光束3和光束4合束，合束后的光束標(biāo)號(hào)為光束3&4，再重復(fù)光束I和光束2合束的方法將光束1&2和光束3&4合成一束光，標(biāo)號(hào)為光束1&2&3&4。
[0048]在本實(shí)施例中合束的先后順序依照各光束的波長和鏡片膜層參數(shù)而定。
[0049]實(shí)施例5
[0050]實(shí)施例與實(shí)施例2的不同之處在于，所述激光單元為5個(gè)，所述合束鏡組中包括四個(gè)不同的具有反射、透射的合束鏡，即為高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置。
[0051]其中，4個(gè)所述45°透射鏡和合束鏡的設(shè)置可按照以下方式:
[0052]參照?qǐng)D7，所述合束鏡包括:反射合束2&5、透射光束I的45°合束鏡60，反射合束3&4、透射合束1&2&5的45°合束鏡61，反射光束4、透射光束3的45°合束鏡62，反射光束
5、透射光束2的45°合束鏡63。依照光束I和光束2合束的方法將光束5同四束光合束結(jié)構(gòu)中任意一束光進(jìn)行合束，這樣即可得到光束1&2&3&4&5，如本領(lǐng)域技術(shù)人員知，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可按照上述合束方法將任意數(shù)量的光束合成一束光。
[0053]在本實(shí)施例中合束的先后順序依照各光束的波長和鏡片膜層參數(shù)而定。
[0054]如本領(lǐng)域技術(shù)人員知，通過實(shí)施例2到實(shí)施例5所述的合束方法完成合束操作后，將合束后的激光通過耦合裝置耦合到光纖中再通過準(zhǔn)直器輸出。實(shí)施例2到實(shí)施例5中所述所有的鏡片鍍有膜層種類數(shù)量與經(jīng)其透射或反射的激光波長數(shù)量相同。
[0055]通過采用本發(fā)明公開的上述技術(shù)方案，得到了如下有益的效果:
[0056]本發(fā)明解決了半導(dǎo)體激光器耦合光纖輸出能量的限制，提高半導(dǎo)體光纖偶和輸出的最大能量值。
[0057]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置，其特征在于，該裝置包括m組激光單元和一個(gè)合束單元，所述η大于等于2 ; 所述激光單元包括:激光器和依次設(shè)置在所述激光器發(fā)射的激光光束光軸上的傳輸光纖和準(zhǔn)直器； 所述合束單元包括:設(shè)置在所述激光單元輸出的光束光軸上的合束鏡組，由所述合束鏡組輸出的激光合束依次穿過所述激光合束光軸上的耦合器、合束傳輸光纖和合束輸出準(zhǔn)直器； 所述合束鏡組中合束鏡的最少數(shù)量比所述激光器的數(shù)量少I。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置，其特征在于，任意兩個(gè)所述激光單元中的激光器發(fā)射的激光光束的波長不一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置，其特征在于，所述準(zhǔn)直器上均有與其相對(duì)應(yīng)的激光器發(fā)射的激光光束波長一致的增透膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置，其特征在于，所述合束傳輸光纖的芯徑與所述傳輸光纖的芯徑相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置，其特征在于，所述合束鏡組包括Φ個(gè)具有反射功能的45°合束鏡、m個(gè)具有反射、透射功能的45°合束鏡，所述P大于等于O，所述m大于等于I且所述p+m大于等于I。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置，其特征在于，所述具有反射功能的45°合束鏡的迎束面上鍍有用于反射入射激光光束的全反射膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置，其特征在于，所述具有反射、透射功能的45°合束鏡的迎束面上鍍有用于反射入射激光光束的全反射膜，同時(shí)，兩個(gè)鏡面上均鍍有需透射激光光束的增透膜。
8.一種高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出方法，其特征在于，基于如權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出裝置的高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出方法，該方法具體為: 由不同激光器發(fā)射出的不同波長的光束經(jīng)傳輸光纖傳輸后，由準(zhǔn)直器準(zhǔn)直輸出，再經(jīng)過合束鏡組合束后，經(jīng)親合器親合進(jìn)入合束傳輸光纖，然后由合束輸出準(zhǔn)直器準(zhǔn)直輸出，形成激光合束。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出方法，其特征在于，所述合束鏡組中合束鏡上鍍有的反射膜和/或透射膜的適用波長與入射激光光束的波長一致。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述高功率半導(dǎo)體激光合束光纖耦合輸出方法，其特征在于，所述合束鏡組中合束鏡的最少數(shù)量比所述激光器的數(shù)量少I。
【文檔編號(hào)】H01S5/06GK104505707SQ201510004681
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2015年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月6日
【發(fā)明者】張放 申請(qǐng)人:北京鐳寶光電技術(shù)有限公司