包括光学泵浦扩展腔激光器的激光设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及包括扩展腔激光器的激光设备。扩展腔激光器优选地是光学栗浦垂直外腔表面发射激光设备，其包括至少一个垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)和若干栗浦激光器，其中所述栗浦激光器布置成通过在反射镜元件处反射栗浦辐射来光学栗浦VECSEL的有源区。栗浦激光器中的至少两个可以独立地开关，使得可以影响所发射的(多个)激光射束的形状和/或扩展。
【背景技术】
[0002]光学栗浦VECSEL或半导体盘形激光器(SDL)以高明亮度、窄带宽和短激光脉冲提供了针对中等激光功率的紧凑且低成本的解决方案。标准盘形激光器需要栗浦激光器和栗浦激光器光学器件关于激光谐振器的光学模式的精确对准。此外，这样的光学栗浦VECSEL或SDL的应用，比如计算机直接制版打印或选择性激光熔融，通常要求大量努力以便使得能够实现可以借助于所发射的激光射束处理的可接受的工作空间。
【发明内容】
[0003]因而，本发明的目的是提供一种改进的激光设备以及包括这样的激光设备的改进的激光系统。
[0004]根据第一方面，提供一种激光设备。激光设备包括至少两个栗浦激光器。栗浦激光器优选地是激光二极管，比如边缘发射激光二极管或者垂直腔表面发射激光(VCSEL) 二极管。至少两个栗浦激光器中的至少第一个适配成与至少两个栗浦激光器中的至少第二栗浦激光器独立地发射栗浦射束。栗浦激光器中的至少两个可以彼此独立地接通和关断。此外，栗浦射束的功率可以独立地控制，使得例如第一栗浦激光器发射最大功率的栗浦射束，但是第二栗浦激光器发射可以由第二栗浦激光器发射的最大功率的50%的独立栗浦射束。激光设备还包括增益元件、栗浦反射镜和扩展腔反射镜以用于与增益元件一起构建扩展腔激光器。栗浦反射镜布置成将第一栗浦激光器的栗浦射束重定向到增益元件上的第一栗浦斑点，并且将第二栗浦激光器的栗浦射束重定向到增益元件上的第二栗浦斑点，其中第二栗浦斑点至少部分地包括与第一栗浦斑点不同的增益元件上的区域。激光设备优选地适配成发射至少两个独立的激光射束。栗浦反射镜的反射率优选地尽可能高(例如>99.9%)以便最小化损失并且避免借助于栗浦射束对栗浦反射镜的非必要加热。扩展腔反射镜的反射率适配成使得启用与增益元件组合的激光发射。反射率还取决于由激光设备发射的激光射束是否通过扩展腔反射镜来发射。扩展腔反射镜的反射率优选地在90%和99.5%之间的范围中，如果激光射束通过扩展腔反射镜发射以便使得能够实现激光发射的话。反射率还可以取决于例如半导体激光器中的有源层周围的反射镜层(所谓的内腔)的反射率而低于90%。反射率优选地高于99.9%，如果激光射束不是通过扩展腔反射镜发射的话。第一和第二栗浦激光器的栗浦射束借助于栗浦反射镜而重定向，使得栗浦斑点不重叠或者栗浦斑点中的至少一个与另一栗浦斑点不相同。后者意味着例如在两个栗浦斑点的情况下 -栗浦斑点重叠，但是两个栗浦斑点包括仅借助于一个栗浦激光器来栗浦的区域，或者
-第一栗浦斑点由第二栗浦斑点所包括，但是第二栗浦斑点包括不被第一栗浦激光器栗浦的区域。
[0005]该原理可以推广到三个、四个、五个或者众多独立的栗浦射束。栗浦斑点在这方面意味着增益元件的有源层的限定体积在光学上借助于对应的一个或多个栗浦激光器所发射的相应栗浦射束来栗浦。
[0006]第一和第二栗浦斑点优选地包括增益元件上的不同区域使得激光设备适配成发射至少两个激光射束，所述激光射束不重叠。由激光设备发射的两个、三个、四个或者更多独立的激光射束可以用于扩展激光设备的工作空间。常规激光模块通常必须对工作空间进行寻址，该工作空间随着激光模块的扩展而更大得多。激光模块因而必须移动以便对工作空间进行寻址，或者必须提供扫描仪系统以便将激光射束重定向到所意图的工作空间。移动激光模块或者提供扫描仪系统增加总体系统的尺寸。提供可以独立操纵的独立激光射束因而可以降低关于用于移动激光设备的机械系统或者关于扫描仪系统的需求，或者甚至完全避免这样的系统或扫描仪。此外，由激光设备发射的独立激光射束之间的间距可以取决于增益元件的尺寸而小于Imm或者甚至小于ΙΟΟμπι。因而可以可能的是借助于具有高分辨率的激光设备来提供可单独寻址的平行激光射束，这可以减少关于机械支持系统或扫描仪的需求。在可单独寻址但是发散的激光射束的情况下，可以可能的是辐照工作空间的宽广区域而不需要机械支持系统或扫描仪。
[0007]在可替换方案中，第一栗浦斑点与第二栗浦斑点重叠。由激光设备发射的两个、三个、四个或者更多独立的激光射束可以用于适配由激光设备发射的激光射束的形状和/或射束轮廓。若干栗浦斑点的行可以重叠使得激光射束辐照线条。可替换地，第一圆形栗浦斑点可以是第二更大的圆形栗浦斑点的部分，使得可以将激光射束的射束轮廓从例如高斯型影响成顶帽型(top-hat)或者反之亦然。在具有重叠栗浦斑点的栗浦射束的接连或者交替激励的情况下，能量可以借助于激光辐照而以精细分辨率沉积。每一个激光射束的绝对激光功率可以借助于相应栗浦射束的功率来适配，并且此外，每一个栗浦射束的脉冲持续时间可以用于提供重叠辐照区域使得每个区域和时间的能量沉积可以以精确方式来调节。后者对于打印应用可能是有利的，比如计算机直接制版打印和3D打印(例如快速原型制作)。
[0008]栗浦激光器的部分可以分组在一起使得经分组的栗浦激光器适配成同时发射栗浦射束。两个、三个、四个或者更多的栗浦激光器可以通过耦合使得栗浦射束被同时发射。栗浦斑点可以重叠。在该情况下，例如，重叠的栗浦斑点的环可以用于发射管状激光射束。独立的激光射束可以布置在管状激光射束的中心。栗浦射束的分组还可以用于通过提供单个栗浦激光器可以提供的功率的两倍、三倍或者例如四倍的功率来增加栗浦功率。相同原理可以使用在非重叠栗浦斑点的情况下。栗浦激光器和栗浦反射镜可以例如布置成使得提供棋盘图案，其中“白色”栗浦斑点分组在一起并且“黑色”栗浦斑点分组在一起。“白色”栗浦斑点和“黑色”栗浦斑点在该情况下可以用于以小的间距提供同时发射的激光射束的两个独立的子图案。可以例如在打印应用中提供的每个区域的能量因而可以以容易的方式可适配。
[0009]栗浦反射镜和扩展腔反射镜是一个第一光学元件的部分。栗浦反射镜和扩展腔反射镜在机械上耦合使得二者关于彼此自动调节。栗浦激光器和增益元件围绕第一光轴对称地布置在具有增益元件的公共热沉上，所述第一光轴延伸穿过增益元件的中心。第一光学元件包括延伸到扩展腔反射镜的中心的第二光轴。第一和第二光轴之间的小倾斜角可能不会造成问题，因为倾斜角对于扩展腔反射镜和栗浦反射镜是相同的。此外，不可能存在扩展腔反射镜与栗浦反射镜之间的横向偏移，因为二者是一个第一光学元件的部分。
[0010]扩展腔反射镜可以包括子反射镜，其中每一个子反射镜对应于一个栗浦斑点使得每一个子反射镜适配成使谐振射束聚焦于相应栗浦斑点。子反射镜可以是抛物面的或者可以是球体的部分。弯曲的子反射镜可以在该情况下用于使谐振射束聚焦于增益元件上的相应栗浦斑点以便以栗浦斑点之间的小间距提供独立并且优选地平行的激光射束。
[0011]扩展腔反射镜在可替换方案中可以是平坦的。增益元件在该情况下可以以使得栗浦斑点对应于热学透镜的方式来布置，使得谐振射束聚焦于平坦的扩展腔反射镜。替代于弯曲的子反射镜，可以使用热学透镜来聚焦谐振射束以便以栗浦斑点之间的小间距提供独立并且优选地平行的激光射束。
[0012]第一光学元件可以在面向增益元件的第一光学元件的侧面上包括聚焦透镜的阵列并且在从增益元件移开的第一光学元件的侧面上包括平坦的扩展腔反射镜。谐振射束在该情况下可以借助