[发明专利]一种高功率半导体激光器的扩束装置

说明书

技术领域

本发明属于激光应用领域，具体涉及一种高功率半导体激光器的激光扩束装置。 

背景技术

激光具有单色性好，方向性好，相干性好，亮度高的优点，已经广泛应用于国民经济的各个领域。激光器发出的光束直径很小，通常为1-2mm，在一些特定的应用领域中，比如激光加工，激光检测和激光照明等，需要使用较大直径的激光光束，这就需要扩束系统来实现。在激光加工应用中，为了提高加工效率，需要利用扩束系统增大激光光斑；在激光照明应用中，要求激光光斑较大并且均匀，需要扩束系统扩展光斑直径,再作为光源使用。激光扩束系统不但可以扩展激光束的直径，而且改善激光束的空间发散角，使光束的准直性得到进一步改善。 

目前常用的激光扩束系统为倒伽利略结构。倒伽利略结构包括一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜，凹透镜进行发散，凸透镜进行准直。这种扩束方法中激光器发出的激光可以先加凸透镜进行准直，再用扩束系统进行扩束，也可以直接通过扩束系统进行准直，在小倍率的扩束需求中，可以改善发散角和增大光斑。但是在这种方法中扩束的光斑大小与透镜的口径有直接关系，扩束光斑越大，所需要的透镜口径越大；并且扩束光束大小与透镜组间距有关，间距越大，扩束光斑越大。如果需求较大面积的光斑，会使得扩束系统镜筒长度较长，体积较大。由于以上因素的制约，这种扩束系统不适用于大倍率的扩束，会造成系统体积大，使用不方便，并且透镜的加工材料一般使用玻璃，制作大倍率扩束的透镜成本较高。 

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了高功率半导体激光器的激光扩束装置，可实现大倍率的扩束，结构简单紧凑，体积小，成本较低。根据半导体激光器叠阵的安装位置提出了如下两种技术方案： 

第一种高功率半导体激光器的扩束装置，包括沿光路依次设置的半导体激光器叠阵、准直透镜组和分光系统，所述半导体激光器叠阵由若干个半导体激光单元堆叠组成，所述分光系统包括沿半导体激光器叠阵堆叠高度方向依次设置的n个分光镜以及最后设置的一个全反射镜，其中第1个分光镜与半导体激光器叠阵堆叠高度相当，n个分光镜以及全反射镜平行等间隔排列，与半导体激光器叠阵出光方向成30-60°设置；第1个分光镜的透射光与其余n-1个分光镜以及全反射镜的反射光共同形成激光扩束； 

n个分光镜的光透过率不同，使得第1个分光镜的透射光能量与其余n-1个分光镜以及全反射镜的反射光能量相等： 

第1个分光镜的透过率为1/(n+1)，反射率为n/(n+1)； 

第m个分光镜的透过率为(n-m+1)/(n-m+2)，反射率为1/(n-m+2)； 

其中，n为分光镜总个数，m为分光镜的排列序号，1<m≤n，排列序号按照激光依次通过的顺序进行排号。 

第二种高功率半导体激光器的扩束装置，包括沿光路依次设置的半导体激光器叠阵、准直透镜组和分光系统，所述半导体激光器叠阵由若干个半导体激光单元堆叠组成，所述分光系统包括沿半导体激光器叠阵出光方向依次设置的n个分光镜以及最后设置的一个全反射镜，其中第1个分光镜与半导体激光器叠阵堆叠高度相当，n个分光镜以及全反射镜平行等间隔排列，与半导体激光器叠阵出光方向成30-60°设置；n个分光镜以及全反射镜的反射光共同形成激光扩束； 

n个分光镜的光透过率不同，使得n个分光镜以及全反射镜的反射光能量相等： 

第m个分光镜的反射率为1/(n-m+2)，透过率为(n-m+1)/(n-m+2)； 

其中，n为分光镜总个数，m为分光镜的排列序号，1≤m≤n，排列序号按照激光依次通过的顺序进行排号。 

基于上述基本方案，本发明还做如下优化限定和改进： 

上述半导体激光单元为焊接在热沉上的半导体激光器芯片，所述半导体激光器芯片为一个单管芯片、微型巴条或者巴条，或者为多个单管芯片、微型巴条或者巴条。 

上述准直透镜组包括快轴准直透镜和慢轴准直透镜两者或两者之一，其中，快轴准直透镜为准直D型非球面透镜，慢轴准直镜为单阵列柱面透镜。 

上述全反射镜的基体材料为玻璃或金属，表面镀高反膜；或者高反膜采用多层介质反射膜。 

上述分光镜的基体材料为玻璃，分光镜表面镀增反膜，增反膜的材料为硫化锌-氟化镁膜系。 

上述分光镜与全反射镜一起安装在带刻度的固定架上，固定架的材料为塑料，铝，钢或者铜。 

上述分光镜的光透过率不同是采用不同规格的镀膜实现。 

本发明具有以下优点： 

1)可以进行大倍率的扩束；