[发明专利]一种激光器高功率输出的合束方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现全固态激光器功率扩展的合束方法，属于固体激光技术领域。

背景技术

目前用于工业加工的高功率全固态激光器一般由几个激光单元模块串联构成，通过谐振或者谐振放大的方式实现高功率输出，具有结构简单，容易实现等优点。激光模块是构成全固态激光器的主要部件，是由几十个至上百个半导体激光器排成环状从晶体棒的侧面进行泵浦，通过合理排列泵浦的半导体激光源，在晶体棒的横截面上形成由内到外呈抛物线状的增益分布。作为泵源的半导体激光器随使用时间延长存在波长红移或者功率衰减的情况，几十个半导体激光器一般不会随时间同步变化，个别半导体激光器甚至会出现随机失效，这种泵浦光源变化的随机性会导致晶体棒泵浦均匀性发生变化，增益中心发生微小偏移。这种微小的偏移在串联结构中会导致激光器的光轴发生微小角度的偏移，从而影响整个激光系统的稳定性和可靠性。在工业应用中，作为激光加工装备光源的高功率全固态激光器中最重要的一项指标即是系统的稳定性和可靠性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种全新的功率扩展方法——错位并联合束，可以实现多个独立全固态激光器输出激光束的完全合束，使不同激光器发出的激光以相同的光轴、相同的束腰位置和大小、相同的发散角叠加输出，且合束输出的激光光束质量不低于单个激光器输出激光的光束质量。

本发明的技术方案是通过以下步骤实现的：一种激光器高功率输出的合束方法，其特征在于：可以将N个全固态激光器输出光束的束腰和发散角重合叠加，形成一束与单个全固态激光器光束质量近似的激光；

其中， N为正整数。

2、根据权利要求1所述的激光器高功率输出的合束方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、设计等效谐振腔：设计第一个全固态激光器与平平谐振腔的等效结构，由三个高反镜Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、一个耦合输出镜、一个透镜和一个激光头构成，耦合输出镜将激光沿与激光模块中心轴线夹角为90°±5°的方向反射输出，改变平平谐振腔输出激光只能沿激光模块轴线通过耦合腔镜输出的局限，实现N个全固态激光器同轴输出激光，利用透镜n5、n6进行光束整形，使同轴传输的N束激光的束腰、束腰位置和发散角相重合，合并成一束与单个全固态激光器光束质量近似的激光束；

2）、设计两个独立全固态激光器的并联合束：在全固态激光器Ⅰ1、Ⅱ2之间放置透镜25、27，透镜25、27是由一片或者多片透镜构成，有效焦距皆是f₂，f₂的焦距介于50~200mm，且表面镀射对0°入射的激光反射率小于1%的增透膜；

3）、实现N个独立全固态激光器的并联合束：在全固态激光器n-1、n之间放置透镜n5、n7，透镜n5、n7是由1片或者多片透镜构成，有效焦距皆是f_n，f_n的焦距介于30~300mm，且二者置于全固态激光器n-1、n之间。

本发明，不仅可以将N个独立的全固态激光器发出的激光以相同的发射光轴、相同的束腰位置和相同的发散角叠加输出，实现功率N倍的放大，而且由于45°耦合输出镜对激光的反射和透射，将在N个全固态激光器之间建立能量耦合。此种情况的发生将在合束输出的激光束中形成部分干涉效应，使合束后的激光光束质量等于或者优于单个全固态激光器的光束质量。

附图说明

图1是本发明的两个独立全固态激光器并联合束的示意图。

具体实施方式

本实施例参见图1，一种激光器高功率输出的合束方法，可以将N个全固态激光器输出光束的束腰和发散角重合叠加，形成一束与单个全固态激光器光束质量近似的激光；

其中， N为正整数。

本发明的合束方法包括以下步骤：

1、设计等效谐振腔：设计第一个全固态激光器与平平谐振腔的等效结构，由三个高反镜Ⅰ11、Ⅱ12、Ⅲ13、一个耦合输出镜14、一个透镜15和一个激光头16构成，耦合输出镜14将激光沿与激光模块中心轴线夹角为90°±5°的方向反射输出，改变平平谐振腔输出激光只能沿激光模块轴线通过耦合腔镜输出的局限，实现N个全固态激光器同轴输出激光，利用透镜n5、n6进行光束整形，使同轴传输的N束激光的束腰、束腰位置和发散角相重合，合并成一束与单个全固态激光器光束质量近似的激光束；