[发明专利]接纳二极管激光器的发射射线的光纤装置和及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于接纳二极管激光器的发射射线的光纤装置。

背景技术

二极管激光器通常由多个所谓的二极管激光棒组成。每个二极管激 光棒在此包括多个发射极。发射极是狭窄的、矩形的半导体元件，它本 身由多个紧密邻接并排布置的半导体表面组成。该半导体表面以其狭窄 侧并排布置成一列。

二极管激光棒产生狭窄的接近矩形的激光束，它的光束特性在纵向 上与在与它垂直的轴线上的光束特性不同。由于这种不对称的光束特性 以及通常必需的用于提高二极管激光器的功率的多个二极管激光棒的 光束组合，就要求其结构成形光束，也就是说，发射射线的光束对称和 光束叠加。这特别适合于其激光束要借助光导纤维传导的高功率二极管 激光器。

对于光束对称在现有技术中描述了不同的方案。光束变形可以借助 微型反射镜反射，通过微型棱镜透射或者也可以衍射进行。利用微型反 射镜或者微型棱镜工作的自由光束方案可以使二极管激光棒的初级的 光束质量尽可能保持。不过这种方案(例如DE 195 00 513 C1)需要非 常精确的加工方法并且由此需要高的技术费用以及部件的复杂校准。这 种用于光束再成形或者光束成形的装置的费用由此相对较高。

光束再成形的另一种可能性在于，由单个发射极发出的激光束分别 连接到配属的光导纤维中，并且该光导纤维接着从直线形的结构再定向 到环形的结构。这种借助纤维束的光束再成形(例如EP 0 486 175 B1) 可以明显成本经济地实现。不过迄今使用的方案是每个具有约19个典 型的二极管激光棒的发射极以在纵向各150μm的侧向延伸分别设置光 导纤维。由于单个的发射极的强烈不对称的辐射具有约1μm×150μm 的延伸和约30°×5°(半角)发散角，其直径至少必须对应发射极的 侧面延伸的圆形的光导纤维的使用必然导致鉴于在光导纤维出口处的 光束质量的过高的损失。在垂直的延伸中的光束质量沿着窄边、快光轴 以这样的系数变差，该系数相当于光导纤维的直径和发射极的快光轴的 垂直尺寸的比例。因此EP 0 486 175 B1也公开了矩形的光导纤维的使 用，其侧向的延伸对应发射极的长度。在一种实施方式中，它的垂直于 它的延伸约为30和50μm之间。

对此替代地由WO 97/42533 A1公开了一种结构，该结构设有圆形 的光导纤维。该光导纤维在它的正对发射极的自由端以楔形布置有各矩 形的入射面。不过具有这种横截面形状的单个纤维只能以高的加工费用 制造。

由US 5,546,487 A公开了一种结构，其中从由多个小平面(1 μm×5μm)组成的发射极(1μm×100μm)射出的激光束被射入多 个具有矩形横截面的光导纤维中，它垂直于侧向具有比发射极大大约 2.5至15倍的尺寸。借助布置在二极管激光棒和光导纤维之间的圆柱透 镜使从发射极射出的激光束在这个方向(垂直)对准到小于光导纤维的 垂直延伸的光束尺寸，这样光导纤维的入射面的仅一部分被照亮。因此 光束质量在快光轴的变差是其结果。

在DE 102004006932B3中描述了一种二极管激光器，其中为发射极 配属用于从它射出的激光束的光束成形和光束导向的装置。在此发射极 在它的纵轴线(慢光轴)方向上并排布置成一列。该用于光束成形和光 束导向的装置具有多个并排布置成一列的光导纤维。每个发射极的激光 束这样连接到该光导纤维中，即为每个发射极配有多个光导纤维。为了 避免由于单个圆形横截面之间的空隙造成的光束损失，这里纤维输入横 截面以矩形的形状匹配发射极的几何尺寸。纤维在此无空隙地接触地并 排铺设。纤维光线入射面的矩形的横截面通过热压方法实现，其中并排 布置的单个纤维同时互相材料融合地连接。

所有已公开的方案是共同的，即从二极管激光棒射出的，约10mm 宽的激光束(二极管激光棒的纵向，慢光轴)光学地分割并且几何上再 成形。不过保持光束质量的需求绝对导致非常昂贵的解决方案，它在技 术上可能难以实现并且因此非常昂贵。

光导纤维在这种情况下以其端部并排布置成一列。这种排列在技术 上只能非常昂贵地实现。所述的纤维到矩形横截面的变形同样在技术上 是昂贵的并且难以加工。此外所述的光纤的解决方案在机械上是非常敏 感的并且此外必须小心地操作。