[发明专利]使用具有优化光束尺寸的二极管的光纤耦合二极管激光器中的功率和亮度缩放

说明书

能够使用具有更大发散度的发射光束增大能够被耦合到光纤中的光束的数量，从而提供增大的光束功率。替代地，利用固定数量的发射器，能够以较小的数值孔径，在输出光束中以较少的光束保持总光功率。

本申请是申请日为2018年1月10日，名称为“使用具有优化光束尺寸的二极管的光纤耦合二极管激光器中的功率和亮度缩放”，申请号为201880011359.5的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年1月10日提交的美国临时专利申请号No.62/444,773的权益，其公开内容在此通过引用以其整体并入。

技术领域

本公开涉及多发射器激光二极管系统。

背景技术

对用于诸如光纤激光泵浦和材料加工的应用的光纤耦合高功率、高亮度二极管激光器的需求很大。在诸如美国专利8,891,579、美国专利9,455,552和美国专利公开2016/0181762(其公开内容在此通过引用以其整体并入)中描述的一些途径中，多个单发射器二极管激光器沿快轴堆叠，以实现功率缩放和亮度提高。进一步缩放封装功率的一种方式是在快轴方向上添加更多发射器。然而，添加发射器增加了快轴数值孔径(NA)，使得相同NA中的功率不会进一步增加。因此，期望能够增加在快轴中堆叠的发射器的数量用于功率缩放，并且保持快轴图像尺寸和NA在光纤孔径处不变，或者等效地保持快轴光束参数乘积(BPP)，以便实现亮度提高。

发明内容

本公开总体涉及使得能够使用具有更大发散度的发射光束来增大能够耦合到光纤中的光束的数量的方法和设备，从而提供增大的耦合光束功率。可替代地，利用固定数量的发射器，能够在具有较小数值孔径的输出光束中用较少的光束维持总光功率。

在一些示例中，设备包括激光二极管的组，其相对于堆叠轴具有预定间距，每个激光二极管具有限定快轴和慢轴的发射区域，所述发射区域产生具有小于1.62μm的光束快轴全宽度的发射光束。所述激光二极管中的每个激光二极管的快轴相互平行并正交于所述堆叠轴，并且所述激光二极管中的每个激光二极管的慢轴相互平行并正交于所述堆叠轴。快轴准直器(FAC)与所述激光二极管中的每个激光二极管相关联，所述快轴准直器中的每个快轴准直器具有公共焦距。所述激光二极管中的每个激光二极管的发射区域耦合到相应的快轴准直器，以便产生沿所述快轴准直的相应的光束。无焦望远镜(也称为快轴望远镜或FAT)被定位成接收来自所述快轴准直器的快轴准直光束，并基于所述预定间距和与所述无焦望远镜相关联的放大率M产生快轴光束间距。物镜接收来自所述无焦望远镜的快轴准直光束，并将组合光束投递至光纤的芯。典型地，所述FAC和所述物镜分别具有焦距f_FAC和f_O，M是FAT在快轴方向上的放大率，并且所述激光二极管的发射区域在所述光纤处的放大率是f_O/Mf_FA。在典型的示例中，M小于0.8，f_FAC在200μm和1000μm之间，在250μm至600μm之间，在200μm和400μm之间，并且f_O在5mm和12mm之间。在特定示例中，所述激光二极管的组包括两个七个激光二极管的组，将至少160W的总光学功率耦合到所述光纤中。所述光纤具有50μm、105μm或200μm的芯直径，并且所述快轴间距在400μm和450μm之间。在典型的实施例中，所述激光二极管沿慢轴方向分布成具有固定的间距。在另外的示例中，一组反射器对应于所述激光二极管的组中的所述激光二极管中的每个激光二极管，该组反射器包括相应的反射器，所述相应的反射器被定位成接收来自相应的FAC的光束并且将所述光束引导至所述物镜，以便所引导的光束在所述物镜处的传播轴平行。典型地，一组慢轴准直器(SAC)被定位成接收来自所述FAC的相应的光束，并且将FA和SA准直光束引导至相应的反射器。