一種激光陣列合束裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光二極管陣列光束整形及耦合，具體涉及一種激光陣列合束裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光陣列最顯著的優(yōu)點是電光效率高，非常適合工業(yè)加工選用，但缺點是光束質(zhì)量不好，從而影響了工業(yè)應(yīng)用的范圍。
[0003]目前，改善其光束質(zhì)量的技術(shù)一般包括相干疊加與非相干疊加兩類。其中，相干疊加本質(zhì)是光波振幅的疊加，能有效地改善半導(dǎo)體陣列輸出的光束質(zhì)量，但需要各疊加子光源相位同步鎖定，此技術(shù)難度較大，且不容易獲得大功率的同相穩(wěn)定輸出；非相干疊加是光強(qiáng)的疊加，光束整形法、偏振疊加法及波長疊加等方法，已有的光強(qiáng)疊加技術(shù)難以獲得超高亮度的光束，且對光束質(zhì)量的改善有限，大多技術(shù)均屬于被動技術(shù)，且只能在已有的陣列參數(shù)下，被動地通過光束整形改善總光束質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒如此，有必要提供一種激光陣列合束裝置，該激光陣列合束裝置通過鎖定激光陣列各發(fā)光點波長并且能使單陣列光束自動合成一單點光束，從而提高了激光陣列光束的亮度。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0006]一種激光陣列合束裝置，其特征在于，包括沿光束傳輸方向依次設(shè)置的激光陣列單元、柱面鏡及色散單元，所述激光陣列單元包括至少一激光陣列及與所述激光陣列對應(yīng)設(shè)置的快軸準(zhǔn)直鏡；
[0007]所述激光陣列出射的激光光束入射進(jìn)入所述快軸準(zhǔn)直鏡，經(jīng)所述快軸準(zhǔn)直鏡后的激光光束形成一維準(zhǔn)平行光束A，所述準(zhǔn)平行光束A入射進(jìn)入所述柱面鏡后形成二維準(zhǔn)平行光束B，所述準(zhǔn)平行光束B入射進(jìn)入所述色散單元，經(jīng)所述色散單元后的光束按原路返回至所述柱面鏡，并經(jīng)所述柱面鏡后聚焦形成共同像點。
[0008]在一些實施例中，所述激光陣列為具有增益特性的半導(dǎo)體激光陣列或光纖激光器陣列。
[0009]在一些實施例中，所述激光陣列單元包括第一激光陣列、第二激光陣列、與所述第一激光陣列對應(yīng)設(shè)置的第一快軸準(zhǔn)直鏡、與所述第二激光陣列對應(yīng)設(shè)置的第二快軸準(zhǔn)直鏡及條形合束鏡，所述條形合束鏡包括依次間隔設(shè)置的透射鏡和反射鏡，所述第一激光陣列出射的激光光束經(jīng)所述第一快軸準(zhǔn)直鏡后形成第一準(zhǔn)平行光束，所述第一準(zhǔn)平行光束透射所述透射鏡，所述第二激光陣列出射的激光光束經(jīng)所述第二快軸準(zhǔn)直鏡后形成第二準(zhǔn)平行光束，所述第二準(zhǔn)平行光束被所述反射鏡反射，經(jīng)所述透射鏡透射的光束和經(jīng)所述反射鏡反射的光束形成合束光束入射進(jìn)入所述柱面鏡。
[0010]在一些實施例中，所述第一激光陣列和所述第二激光陣列相互垂直放置。
[0011 ] 在一些實施例中，所述柱面鏡距離所述激光陣列的距離為所述柱面鏡的焦距。
[0012]在一些實施例中，所述色散單元為全內(nèi)反射型相位光柵。
[0013]在一些實施例中，所述全內(nèi)反射型相位光柵包括本體及形成于所述本體上的光柵，所述本體為熔石英材料。
[0014]在一些實施例中，所述本體呈矩形或者直角三角形或者斜角三角形或者球面形。
[0015]在一些實施例中，所述斜角三角形的角度為布儒斯特角
[0016]在一些實施例中，還包括設(shè)置于所述共同像點所在平面的選擇性反射單元，經(jīng)所述柱面鏡聚焦的光束依次經(jīng)所述選擇性反射單元、所述柱面鏡、所述色散單元、所述柱面鏡、所述快軸準(zhǔn)直鏡后返回至所述激光陣列。
[0017]在一些實施例中，所述選擇性反射單元為柱面鏡或者窄條反射鏡，所述窄條反射鏡包括具有透射作用的玻璃鏡及鍍于所述玻璃鏡部分區(qū)域的部分反射膜。
[0018]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案帶來的技術(shù)效果在于:
[0019]一方面，本發(fā)明提供的激光陣列合束裝置，所述激光陣列出射的激光光束入射進(jìn)入所述快軸準(zhǔn)直鏡，經(jīng)所述快軸準(zhǔn)直鏡后的激光光束形成一維準(zhǔn)平行光束A，所述第一準(zhǔn)平行光束入射進(jìn)入所述柱面鏡后形成二維準(zhǔn)平行光束B，所述準(zhǔn)平行光束B入射進(jìn)入所述色散單元，經(jīng)所述色散單元后的光束按原路返回至所述柱面鏡，并經(jīng)所述柱面鏡后聚焦形成共同像點，從而能夠鎖定激光陣列各發(fā)光點波長并且使單陣列光束自動合成單點光束，提高了激光陣列光束的亮度。
[0020]另一方面，本發(fā)明提供的激光陣列合束裝置還包括選擇性反射單元，經(jīng)所述柱面鏡聚焦的光束依次經(jīng)所述選擇性反射單元、所述柱面鏡、所述色散單元、所述柱面鏡、所述快軸準(zhǔn)直鏡后返回至所述激光陣列，返回至所述激光陣列的光束被放大，從而實現(xiàn)了其作為激光振蕩反饋腔的功能；同時，再經(jīng)所述激光陣列出射的光束會再次經(jīng)過所述選擇性反射部件后返回至所述激光陣列，這樣選擇性反射部件起到了外腔耦合輸出鏡的作用，從而實現(xiàn)了空間不同物點經(jīng)過包含色散成像外腔具有相同的公共像點的目的，進(jìn)一步提高了激光陣列的亮度。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實施例一提供的激光陣列合束裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明實施例一一較佳方式提供的激光陣列單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是本體為呈矩形時本體全內(nèi)反射型相位光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4是本體為直角三角形時本體全內(nèi)反射型相位光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5是本體為斜角三角形時本體全內(nèi)反射型相位光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖6是本體為球面形時本體全內(nèi)反射型相位光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖7是本發(fā)明實施例二提供的激光陣列合束裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖8是本發(fā)明實施例提供的窄條反射鏡反射率分布的兩種分布形式。
[0029]圖9是柱面鏡作為選擇性反射單元時公共像點位置的兩種情況示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施方式。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施方式。相反地，提供這些實施方式的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容理解的更加透徹全面。
[0031]本發(fā)明中所述的“第一”、“第二”僅僅為了便于說明本技術(shù)方案，并不是限定本技術(shù)方案。本發(fā)明中所述的“矩形”、“直角三角形”、“斜角三角形”、“球面形”僅僅是給出了其中的一種方式，并不局限于所提到的方式。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。
[0032]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。
[0033]如圖1所示，為本發(fā)明實施例一提供的激光陣列合束裝置100包括:沿光束傳輸方向依次設(shè)置的激光陣列單元110、柱面鏡120及色散單元130。所述激光陣列單元110包括至少一激光陣列111及與所述激光陣列111對應(yīng)設(shè)置的快軸準(zhǔn)直鏡112。其中，所述激光陣列110為具有增益特性的半導(dǎo)體激光陣列或光纖激光器陣列。所述柱面鏡120距離所述激光陣列111的距離為所述柱面鏡120的焦距。
[0034]上述激光陣列合束裝置100的工作方式為:所述激光陣列111出射的激光光束入射進(jìn)入所述快軸準(zhǔn)直鏡112，經(jīng)所述快軸準(zhǔn)直鏡112后的激光光束形成準(zhǔn)平行光束A，所述準(zhǔn)平行光束A入射進(jìn)入所述柱面鏡后形成準(zhǔn)平行光束B，所述準(zhǔn)平行光束B入射進(jìn)入所述色散單元130，經(jīng)所述色散單元130后的光束按原路返回至所述柱面鏡120，并經(jīng)所述柱面鏡120后聚焦形成共同像點。
[0035]可以理解，由于激光陣列111是若干個獨(dú)立的發(fā)光體，假定其具有不同的波長，上述發(fā)光體經(jīng)過柱面鏡120后變成若干束不同方向的準(zhǔn)平行光束進(jìn)入色散單元130進(jìn)行衍射，衍射光基本按原路返回方向再次入射到柱面鏡120，不同的波長經(jīng)過色散單元130后衍射角不同，但總有這樣一種情況發(fā)生，上述若干個不同波長的入射光，以不同的角度入射色散單元130后，其各自的衍射光以一相同的角度出射，再次經(jīng)過柱面鏡120后會聚焦與同一個點，稱之為共同像點，從而能夠鎖定激光陣列各發(fā)光點波長并且使單陣列光束自動合成單點光束，提高了激光陣列光束的亮度。
[0036]請參閱圖2，為本發(fā)明實施例--較佳方式提供的激光陣列單元110的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:第一激光陣列113、第二激光陣列114、與所述第一激光陣列113對應(yīng)設(shè)置的第一快軸準(zhǔn)直鏡115、與所述第二激光陣列114對應(yīng)設(shè)置的第二快軸準(zhǔn)直鏡116及條形合束鏡117，所述條形合束鏡117包括依次間隔設(shè)置的透射鏡118和反射鏡119。
[0037]上述激光陣列單元110的工作方式為:所述第一激光陣列113出射的激光光束經(jīng)所述第一快軸準(zhǔn)直鏡115后形成第一準(zhǔn)平行光束，所述第一準(zhǔn)平行光束透射所述透射鏡118，所述第二激光陣列114出射的激光光束經(jīng)所述第二快軸準(zhǔn)直鏡116后形成第二準(zhǔn)平行光束，所述第二準(zhǔn)平行光束被所述反射鏡119反射，經(jīng)所述透射鏡透射118的光束和經(jīng)所述反射鏡119反射的光束形成合束光束入射進(jìn)入所述柱面鏡120。
[0038]可以理解，第一激光陣列113和第二激光陣列114分別為兩個單獨(dú)列陣組成的二維發(fā)光面陣，各自面陣前加有獨(dú)立的快軸準(zhǔn)直鏡，如第一快軸準(zhǔn)直鏡115、第二快軸準(zhǔn)直鏡116，各列陣間距為2d，條形合束鏡117包括依次間隔設(shè)置的透射鏡118和反射鏡119，其中，透射鏡118對應(yīng)入射光束增透，相鄰的反射鏡119則為全反射鏡，將第一激光陣列113和第二激光陣列114垂直放置，經(jīng)過條形合束鏡117在快軸方向把第一激光陣列113和第二激光陣列114出射的六個線陣空間組合，組合后兩個相鄰的線陣間距變?yōu)閐，從而有效地增加了快軸方向的光束密度，經(jīng)此組合后的光束，可以獲得亮度更高的合束激光輸出。
[0039]所述色散單元130為全內(nèi)反射型相位光柵。所述全內(nèi)反射型相位光柵包括本體及形成于所述本體上的光柵，所述本體為熔石英材料。所述本體呈矩形或者直角三角形或者斜角三角形或者球面形?？梢岳斫?，直接本體材料上制作光柵可以獲得抗高損傷閾值的高效光柵，如，光柵直接制作在熔石英材料上，對特定的波長在全內(nèi)反射和自準(zhǔn)直使用條件下，