一种合束装置及其制作方法与流程

本发明涉及光学应用技术领域，特别是涉及一种合束装置及其制作方法。

背景技术：

半导体激光器具有电光转换效率高、体积小、质量轻以及可靠性强等优点，备受业界关注，主要应用于工业、医疗、国防等领域。

但目前，激光加工领域中使用到的大功率激光器大部分仍为co2激光器和光纤激光器，主要是由于半导体激光器的输出功率水平，达不到工业要求。但co2激光器和光纤激光器的电光转换效率较低，导致其耗电量大，使用成本偏高，因此如何提高半导体激光器的输出功率以达到工业应用要求，已迫在眉睫。

近年来，为提高半导体激光器的输出功率水平，空间合束、偏振合束及波长合束等相关技术逐渐应用到半导体激光器中，但现有技术中，对于空间合束和偏振合束，会限制合束光源的数量。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种合束装置及其制作方法，本合束装置可实现激光多波长合束，可克服现有技术对合束单元数量限制的问题，能有效提高激光输出功率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种合束装置，包括基板；

所述基板具有相互平行的第一表面和第二表面；

所述第一表面用于接收入射光照射，在所述第一表面设置有依序排布的分段光学膜；

在所述第二表面设置有依序排布的分段光学膜，所述第二表面的各段光学膜分别对应位于多束平行光依序斜入射到所述第一表面的各段光学膜并进入所述基板内，各束光在所述第二表面上的照射位置处；

各段光学膜使第i束光从所述第一表面透射入所述基板内，并经所述第一表面和所述第二表面依序反射后，从第n束光在所述第二表面的照射位置处透射出，1≤i≤n，i为正整数。

可选地，在所述第一表面对应第i束光的照射位置处设置的分段光学膜包括用于增透第i束光的增透膜以及用于反射第1束至第i-1束光的反射膜，1≤i≤n；

在所述第二表面对应第j束光的照射位置处设置的分段光学膜包括用于反射第1束至第j束光的反射膜，1≤j≤n-1；

在所述第二表面对应第n束光的照射位置处设置的分段光学膜包括用于增透第1束至第n束光的增透膜。

可选地，增透膜的光透过率大于等于99％，反射膜的反射率大于等于99％。

可选地，毎两束光的间距l与所述基板的折射率n、厚度d、光照射到所述合束装置的所述第一表面的入射角θ满足如下关系：

可选地，在所述第一表面上各分段光学膜等间距依序排布，在所述第二表面上各分段光学膜等间距依序排布。

一种合束装置制作方法，包括：

在基板的第一表面和第二表面分别设置依序排布的分段光学膜，所述基板的所述第一表面和所述第二表面相互平行；

所述第二表面的各段光学膜对应位于多束平行光依序斜入射到所述第一表面的各段光学膜并进入所述基板内，各束光在所述第二表面上的照射位置处；各段光学膜使第i束光从所述第一表面透射入所述基板内，并经所述第一表面和所述第二表面依序反射后，从第n束光在所述第二表面的照射位置处透射出，1≤i≤n，i为正整数。

由上述技术方案可知，本发明所提供的合束装置及其制作方法，合束装置包括基板，基板具有相互平行的第一表面和第二表面，在第一表面设置有依序排布的分段光学膜，在第二表面设置有依序排布的分段光学膜，第二表面的各段光学膜对应位于多束平行光依序斜入射到第一表面的各段光学膜并进入所述基板内，各束光在第二表面上的照射位置处。多束平行光依序斜入射到第一表面的各段光学膜，透射进入基板内，第i束光进入基板内经第一表面和第二表面依序反射后，从第n束光在第二表面的照射位置处透射出，各束光汇合形成合束光出射。

本发明合束装置采用了波长合束方法，采用一个波长合束元件就能实现多波长合束，使得本激光合束方法对合束单元的数量不限制，克服了现有技术存在的缺点，能够有效提高激光输出功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种合束装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种合束装置光传播示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种合束装置，包括基板；

所述基板具有相互平行的第一表面和第二表面；

所述第一表面用于接收入射光照射，在所述第一表面设置有依序排布的分段光学膜；

在所述第二表面设置有依序排布的分段光学膜，所述第二表面的各段光学膜分别对应位于多束平行光依序斜入射到所述第一表面的各段光学膜并进入所述基板内，各束光在所述第二表面上的照射位置处；

各段光学膜使第i束光从所述第一表面透射入所述基板内，并经所述第一表面和所述第二表面依序反射后，从第n束光在所述第二表面的照射位置处透射出，1≤i≤n，i为正整数。

本实施例合束装置中，所述基板采用光学介质基板，优选采用透明介质，比如可采用透明玻璃等。

在基板的第一表面和第二表面分别设置分段光学膜，光学膜根据实际需求对光具有折射或反射作用。多束平行光斜入射到第一表面，多束平行光依序照射到第一表面依序排布的各分段光学膜，透射进入基板内，经基板折射随后入射到基板的第二表面。其中，由于第一表面和第二表面各分段光学膜对光的作用，对于第i束光从第一表面透射进入基板内，经过第一表面和第二表面依序反射后，从第n束光在第二表面的照射位置处透射出。这样，各束平行光最后都从第n束光在第二表面的照射位置处出射，各束光汇合形成合束光。

因此，本实施例合束装置采用了波长合束方法，采用一个波长合束元件就能实现多波长合束，使得本激光合束方法对合束单元的数量不限制，克服了现有技术存在的缺点，能够有效提高激光输出功率。

下面结合具体实施方式对本发明合束装置进行详细说明。

请参考图1，本实施例提供的合束装置包括基板10，所述基板10具有相互平行的第一表面100和第二表面101。

第一表面100用于接收入射光照射，在第一表面100设置有依序排布的分段光学膜。

在第二表面101设置有依序排布的分段光学膜，并且各段光学膜分别对应位于多束平行光依序斜入射到所述第一表面100的各段光学膜，经过基板10的折射作用后在第二表面101的对应照射位置处。

在具体制作时，根据实际应用中平行光在基板第一表面的入射角、基板的折射率及厚度来确定在第二表面上各分段光学膜的位置。

其中，毎两束光的间距l(也表示在第一表面100上两束光在相应分段光学膜上的照射位置之间间距)与所述基板的折射率n、厚度d、光照射到所述合束装置的所述第一表面的入射角θ满足如下关系：

具体的，第一表面100上各分段光学膜的间距及排布位置根据实际应用中各光源(比如激光器)产生光束的排布相应设置。示例性的，若各激光器产生的平行光束等间距，相应的，在所述第一表面100上各分段光学膜等间距依序排布，在所述第二表面101上各分段光学膜等间距依序排布。

在一种具体实施方式中，在所述第一表面100对应第i束光的照射位置处设置的分段光学膜包括用于增透第i束光的增透膜以及用于反射第1束至第i-1束光的反射膜，1≤i≤n；

在所述第二表面101对应第j束光的照射位置处设置的分段光学膜包括用于反射第1束至第j束光的反射膜，1≤j≤n-1；

在所述第二表面101对应第n束光的照射位置处设置的分段光学膜包括用于增透第1束至第n束光的增透膜。

可参考图2，产生的n束平行光依序照射到第一表面100的各分段光学膜，各束光分别经第一表面的各分段光学膜透射入基板内，第i束光(i≠n)照射到第二表面上对应的分段光学膜被反射，经第一表面和第二表面依序多次反射后，从第n束光在第二表面的照射位置处透射出；第n束光进入基板内，经基板的折射作用后从第二表面透射出。各束不同波长光最终都从第n束光在第二表面的照射位置处透射出，使各不同波长光汇合为一束，形成合束光出射。

优选的，其中增透膜的光透过率大于等于99％，反射膜的反射率大于等于99％。这样减少各波长光在传播过程中的能量损失。各光学膜可通过镀制的方式在镜面上形成。

可选的，各分段光学膜可通过电镀方式在基板表面形成。

相应的，本发明实施例还提供一种合束装置制作方法，包括：

在基板的第一表面和第二表面分别设置依序排布的分段光学膜，所述基板的所述第一表面和所述第二表面相互平行；

所述第二表面的各段光学膜对应位于多束平行光依序斜入射到所述第一表面的各段光学膜并进入所述基板内，各束光在所述第二表面上的照射位置处；各段光学膜使第i束光从所述第一表面透射入所述基板内，并经所述第一表面和所述第二表面依序反射后，从第n束光在所述第二表面的照射位置处透射出，1≤i≤n，i为正整数。

本实施例提供的合束装置制作方法，在基板的第一表面和第二表面分别设置依序排布的分段光学膜，基板的第一表面和第二表面相互平行，所述第二表面的各段光学膜对应位于多束平行光依序斜入射到所述第一表面的各段光学膜并进入所述基板内，各束光在所述第二表面上的照射位置处。

本方法制作的合束装置，多束平行光依序照射到第一表面依序排布的各分段光学膜，透射进入基板内，经基板折射随后入射到基板的第二表面。其中，由于第一表面和第二表面各分段光学膜对光的作用，对于第i束光(i≠n)从第一表面透射进入基板内，经过第一表面和第二表面依序反射后，从第n束光在第二表面的照射位置处透射出；第n束光进入基板内，经基板的折射作用后从第二表面透射出。这样，各束平行光最后都从第n束光在第二表面的照射位置处出射，各束光汇合形成合束光。

本实施例合束装置制作方法制作的合束装置采用了波长合束方法，采用一个波长合束元件就能实现多波长合束，使得本激光合束方法对合束单元的数量不限制，克服了现有技术存在的缺点，能够有效提高激光输出功率。

以上对本发明所提供的一种合束装置及其制作方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。