[发明专利]一种用于大功率半导体激光器的合束输出耦合装置

说明书

技术领域

本发明涉及属于激光技术应用设备领域，特别是涉及一种高功率半导体激光器合束输出耦合装置。

背景技术

半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的激光器，它具有体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、功耗低的优点，在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等领域获得了较为广泛的应用，但在高功率光纤输出激光加工应用领域发展相对不尽如人意，其主要原因是半导体激光器的光束质量较差，所以提高半导体激光器的光束质量、亮度和功率为当下重要的研究方向。为实现半导体激光器的高功率光纤输出，目前普遍采用的技术是激光合束技术，它是一种能改善光束质量、增加输出功率、提高功率密度的过程，常用的合束方法有偏振合束，波长合束和空间合束，其主要合束处理流程大致如下：快轴准直→慢轴准直（→光束整型）→平面镜或棱镜反射→凸透镜聚焦→光纤耦合，如专利申请号为：CN201010174581.2、CN201310748945.7、CN201520045376.4等的专利，其每一个单管就要对应一套镜片，而且每个镜片都要配备较为精密的调节装置，本来半导体激光器体积较小，但这些镜片及其调节装置占了很大的空间，使设备体积增加较大，而且由于镜片较多，导致调节装置也变得非常复杂，也让整个装置的可调性和工作稳定性变差，以至于好多方案目前也只是在实验室阶段，要想转化为商品化成果很难。

发明内容

针对以上问题，本发明为一种用于大功率半导体激光器的合束输出耦合装置，本装置简化了半导体激光器合束输出耦合系统，提高了装置的可调性和工作稳定性，为大功率半导体激光器设备制造和批量生产提供了一种新的可行方案，为达此目的，本发明提供一种用于大功率半导体激光器的合束输出耦合装置，包括耦合装置壳体、二维线阵半导体激光器、快轴准直镜组、慢轴准直镜组和合束输出耦合装置，所述耦合装置壳体内有二维线阵半导体激光器、快轴准直镜组、慢轴准直镜组和合束输出耦合装置，所述二维线阵半导体激光器由至少2个一维线阵半导体激光器叠加放置而成，所述二维线阵半导体激光器的每个一维线阵半导体激光器前有一个快轴准直镜和一个慢轴准直镜，所述快轴准直镜组由至少2个快轴准直镜组成，所述慢轴准直镜组由至少2个慢轴准直镜组成，所述慢轴准直镜在快轴准直镜前方，每个慢轴准直镜由至少2个柱透镜成排联接而成，每个柱透镜对应一维线阵半导体激光器的一个单管半导体激光器，所述合束输出耦合装置包括内圆锥镜、石英半球透镜、光束整形聚焦透镜组和光纤，所述内圆锥镜在慢轴准直镜前方，所述慢轴准直镜与内圆锥镜底面相对应，所述内圆锥镜的顶端抵住石英半球透镜的端面，所述石英半球透镜的半球形端面前方有光束整形聚焦透镜组，所述光纤一端的端部在光束整形聚焦透镜组前方。

作为本发明进一步改进，所述内圆锥镜的顶端开有直径0.5-1mm的孔，其底面孔直径越小、高越大，从锥顶小孔输出的功率占比越大，孔径一般为0.5-1mm。

作为本发明进一步改进，所述内圆锥镜底面为有缝反射镜,为提高输出功率，内圆锥镜底面可采用有缝反射镜。

作为本发明进一步改进，所述内圆锥镜的顶端与石英半球透镜的球心位置重复，所述石英半球透镜底面与内圆锥镜中心线方向垂直,为了保证激光出光效果，内圆锥镜的顶端与石英半球透镜的球心位置尽可能保持重复，石英半球透镜底面与内圆锥镜中心线方向尽可能垂直。

本发明提出了一种半导体激光器合束输出耦合装置，该装置对入射光的平行度要求不是太高，它采用顶角很小的内圆锥镜面反射，并将从锥顶出射的光线经石英半球透镜球心沿径向射出，再经光束整形聚焦透镜组耦合进入输出光纤实现高功率输出；该装置对内圆锥镜之前的镜片或镜片组位置精度要求不高，所以需要精密调整的主要是内圆锥镜、石英半球透镜和光束整形聚焦透镜组，这有效简化了装置的调节机构，提高了装置的可调性和工作稳定性。

附图说明

图1为本发明一维线阵半导体激光器快慢轴准直示意图；

图2为本发明半导体激光器合束输出耦合装置示意图；

图3为本发明石英半球透镜折射输出示意图；

图4为本发明内圆锥镜内部光路示意图；

具体部件名称如下：

1、一维线阵半导体激光器；2、二维线阵半导体激光器；

3、快轴准直镜；4、慢轴准直镜；

5、内圆锥镜；6、石英半球透镜；

7、光束整形聚焦透镜组；8、光纤；

9、石英半球透镜输入光线；10、石英半球透镜星形输出光线；

11、内圆锥镜底面。