[发明专利]平行平板棱镜组实现半导体激光束耦合的激光装置

说明书

技术领域

本发明涉及平行平板棱镜组实现半导体激光耦合的激光装置。

背景技术

相对于其它类型的激光器，半导体激光器(LD)具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、可以直接电流调制等优点，因此在工业、军事、核能、通信等众多领域被广泛的应用，同时对半导体激光器输出功率和亮度的要求也越来越高。通过将半导体激光发光单元集成为一维线阵(即Bar)和将多个bar堆叠成迭阵(Stack)，可以有效地提高半导体激光器的输出功率，但是由于受到散热的限制，半导体激光迭阵不可以对LD Bar无限制的堆叠，国际上可以做到25个Bar的叠层，连续输出功率2500w。这样的功率仍然不能满足工业对金属切割、焊接等加工的需要。这就要求采用适当的光束耦合方法，将多个半导体激光列阵的光束耦合到同一光学路径，以提高输出功率和亮度。采用耦合技术将多个激光器的光束进行合束输出更高功率。由于半导体激光列阵是高度的线偏振光，偏振耦合棱镜能够将两半导体激光列阵光束耦合输出再经光束整形装置将光束耦合至光纤输出。

图4是一种用立方体偏振耦合棱镜耦合光束以实现输出大功率半导体激光器(H J Baker，J F Monjardin，P Kneip，D R Hall，1.8kW diode laser system forfibre-delivery using brightness-enhanced diode stacks and a novel finalbeam-shaper[J].SPIE Proc，2008，Vol.6876)。该装置是将同一波长相同偏振态的第一半导体激光器11和第二半导体激光器11′成90°放置，其中，经过半波片13将半导体激光器11′偏振方向旋转90°，使之与偏振方向垂直，然后用立方体偏振耦合棱镜14把第一半导体激光器11和第二半导体激光器11′的激光耦合成一束激光输出，再经过平凸柱面镜(15，16，17)、反射镜(18，18′)、平凸透镜19及平凹柱面镜(20，21)的组合会聚输出。这种结构可以实现合束，缺点是：(1)两激光器垂直成90°放置，调节复杂；(2)采用立方体偏振耦合棱镜，中间胶合面在长时间高功率使用中使胶熔化，使效率降低；(3)由于半导体激光器本身发散角较大，未经过准直而直接放置半波片旋转偏振方向效率降低。(4)功率输出有限，只把2个激光器耦合输出。

发明内容

本发明的目的是提供一种平行平板棱镜组实现半导体激光耦合的激光装置，以克服上述已有技术的缺限，实现更高功率和亮度输出。

如图1所示，本发明提供的一种平行平板棱镜组实现半导体激光耦合的激光装置的构成如下：

第一半导体激光迭阵1，第二半导体激光迭阵1’平行并列放置，第一快轴准直透镜2、第二快轴准直透镜2’和第一慢轴准直棱镜3、第二慢轴准直棱镜3’分别顺次置于半第一导体激光迭阵1，第二半导体激光迭阵1’后面，经过半导体激光迭阵1和半导体激光迭阵1’的激光分别经第一快轴准直透镜2、第二快轴准直透镜2’和第一慢轴准直棱镜3、第二慢轴准直棱镜3’进行准直，以降低快慢轴方向发散角，准直后入射至平行平板棱镜堆4，平行平板玻璃棱镜堆4置于第一慢轴准直棱镜3、第二慢轴准直棱镜3”后面，其后顺次置有柱透镜(5，6)组成的扩束系统和胶合透镜组成的聚焦系统7；

所述的平行平板玻璃棱镜堆4是由呈角度90°的两组平行平板玻璃棱镜组成，每组平行平板玻璃棱镜中的每个平行平板棱镜的一个内平面角为45°(如图2所示)，平行平板玻璃棱镜的排列方向相同，平行且等间距排列；

经过半导体激光迭阵1和半导体激光迭阵1’的激光，分别经第一快轴准直透镜2、第二快轴准直透镜2’和第一慢轴准直棱镜3、第二慢轴准直棱镜3’进行准直后入射至平行平板棱镜组4，在平行平板玻璃棱镜堆4的内部表面发生反射，最后实现透射，将两束激光合束，经过柱透镜(5，6)组成的扩束系统和胶合透镜组成的聚焦系统7会聚输出。

所述的第一半导体激光迭阵1和第二半导体激光迭阵1’完全一样，均是由多个bar堆迭而成。