一种激光阵列合束装置的制造方法
一种激光阵列合束装置的制造方法
【专利摘要】本发明阐述了一种激光阵列合束装置，所述激光阵列合束装置包括：激光增益介质阵列，所述激光增益介质阵列包括至少两个激光增益元件，每个所述激光增益元件均能产生一激光束；整形光学系统，对所述激光增益介质阵列产生的激光束进行光学整形，所述整形光学系统包括：快轴准直透镜，设置于所述激光增益介质阵列的出光侧；平场透镜，设置于所述快轴准直透镜的出光侧，用于矫正所述整形光学系统的场曲；负透镜，设置于所述平场透镜的出光侧；柱透镜，设置于所述负透镜的出光侧，对激光束进行准直；色散光学元件，设置于所述整形光学系统的出光侧，对入射的激光束进行衍射；部分反射光学元件，接收来自所述色散光学元件发出的激光束。
【专利说明】
一种激光阵列合束装置
技术领域
[0001]本发明涉及激光器领域，尤其是一种半导体激光阵列外腔合束装置。
【背景技术】
[0002]相较于其他激光器类型，半导体激光器具有转换效率高、体积小、重量轻、寿命长、能直接调制及易与其他半导体器件集成等特点，小功率器件作为信息载体早已广泛应用于光通信、光存储和激光打印等信息领域。但是受其波导结构及芯片封装等因素的限制，光束质量差和功率密度低，这使得半导体激光器很难作为直接光源应用于工业加工。
[0003]近年来，随着半导体激光器技术的发展，且在直接半导体激光工业加工应用以及大功率光纤激光器抽运需求的推动下，具有大功率、高光束质量的半导体激光器飞速发展。同时，激光合束技术的发展使得激光功率在过去的几年中有了成倍的增长。目前，利用合束技术的光纤激光器和直接半导体激光器的功率水平都达到了千瓦量级。
[0004]现有的半导体激光器合束的主要方法有相干合束和非相干合束两类。相干合束能有效地改善并提高半导体激光阵列输出光的光束质量，但是该技术容易受到外界环境的干扰，不易获得同相超模的大功率稳定输出，需要合束阵列单元在光谱、相位、振幅及偏振态等方面严格控制。因此，目前在直接半导体激光器领域采用较多的是非相干合束技术。
[0005]非相干合束的方法是将多个激光器的输出激光沿着相同的方向传播，使得激光的功率可以得到成倍的增加，功率水平和激光器的数目成正比。非相干合束技术包括空间合束，偏振合束以及波长合束等。相比于相干合束，非相干合束没有相位、光谱及振幅的要求，容易调试，是目前半导体激光器合束的主要方法，但是受合束机理和所需光学器件的限制，以上三种合束方式都存在一定缺陷，并不能有效地改善光束质量、提高亮度。
[0006]空间合束技术，例如KemingDu等人在美国专利N0.6，124，973中所介绍的，是通过将多个半导体激光器在空间上按照一定的次序进行排列堆叠，形成一组沿着相同方向传播的激光束，从而得到高功率的激光输出，而空间堆叠无法改善光束质量，由此得来的高功率激光输出一般直接应用于对光束质量要求不高的场合，如作为光纤激光器的栗浦源等。
[0007]偏振合束技术，主要是利用激光器的偏振特性，使具有不同偏振方向的两路激光组合在一起沿相同方向传播，例如Jihua Du等人在美国专利N0.8，427，749中所介绍的。通常偏振合束技术是将两路偏振方向相互垂直的激光束或激光束组合相互合并，且总是于其它合束技术配合使用。
[0008]波长合束技术，将不同波长的激光束通过二向色镜、光栅等光学元件组合在一起，能有效提高功率与亮度，是目前高功率直接半导体激光器发展的主要方向。然而无论是采用二向色镜、体布拉格光栅还是衍射光栅，总是要受到光谱的限制，不同波长之间要求相互独立，要保持足够的波长间隔。
[0009]美国麻省理工大学林肯实验室的Anton1 Sanchez-Rub1等人在美国专利N0.6，192，062首次提出采用光栅-外腔的方法对半导体激光阵列或多个光纤激光器实行外腔光谱合束，经过国内外十几年的研究，光栅-外腔光谱合束技术(SBC)被证明是提高半导体激光光束质量、实现高亮度输出最为有效的合束技术之一，推动了在激光加工领域的应用。
[0010]而基于美国专利N0.6，192,062及其类似技术的半导体激光阵列外腔光谱合束技术，由于需要对衍射光栅色散能力的受限以及出于提高光束质量、保证足够高的效率等方面进行综合考虑，因此，导致这类激光阵列合束装置最终输出光谱一般都比较宽、整体光路较长、且对调整精度与稳定性的要求很高，这对于直接输出半导体激光器功率的继续扩展带来一定的不便。
【发明内容】
[0011]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提出一种激光阵列合束装置，缩短整体的光路长度，减低调整精度的要求，并且提高激光束输出的稳定性，改善激光束的质量。
[0012]根据本发明的一个方面提供一种激光阵列合束装置，所述激光阵列合束装置包括:激光增益介质阵列，所述激光增益介质阵列包括至少两个激光增益元件，每个所述激光增益元件均能产生一激光束;整形光学系统，对所述激光增益介质阵列产生的激光束进行光学整形，所述整形光学系统包括:快轴准直透镜，设置于所述激光增益介质阵列的出光侧;平场透镜，设置于所述快轴准直透镜的出光侧，用于矫正所述整形光学系统的场曲；负透镜，设置于所述平场透镜的出光侧;柱透镜，设置于所述负透镜的出光侧，对激光束进行准直;色散光学元件，设置于所述整形光学系统的出光侧，对入射的激光束进行衍射;部分反射光学元件，接收来自所述色散光学元件发出的激光束。
[0013]优选地，所述色散光学元件靠近所述柱透镜设置，所述色散光学元件衍射后的激光束再次经过所述柱透镜后射向所述部分反射光学元件;所述激光阵列合束装置还包括凹透镜，所述色散光学元件衍射后的激光束经过所述柱透镜后射向所述凹透镜，并经过所述凹透镜后射向所述部分反射光学元件。
[0014]优选地，所述色散光学元件靠近所述柱透镜设置，所述色散光学元件衍射后的激光束再次经过所述柱透镜后射向所述部分反射光学元件;所述激光阵列合束装置还包括空间滤波器以及准直透镜，所述色散光学元件衍射后的激光束经过所述柱透镜后射向所述空间滤波器，由所述空间滤波器进行空间滤波后射向所述准直透镜，并经过所述准直透镜后射向所述部分反射光学元件。
[0015]优选地，所述色散光学元件为一衍射光栅。
[0016]优选地，所述衍射光栅为透射式光栅或反射式光栅。
[0017]优选地，所述色散光学元件为一棱镜。
[0018]优选地，所述激光增益介质阵列为半导体激光器阵列。
[0019]优选地，所述激光增益介质阵列中，相邻的两个所述激光增益元件产生的激光束的光谱部分重叠。
[0020]优选地，所述部分反射光学元件为镀有介质膜的反射镜。
[0021]本发明实施例揭示了一种激光阵列合束装置，该激光阵列合束装置的整形光学系统包括快轴准直透镜、平场透镜、负透镜和柱透镜，该整形光学系统可缩短整体的光路长度，减低激光器调整精度的要求，并且提高激光束输出的稳定性，经该整形光学系统输出的激光束经过一色散光学元件的折射、部分反射光学元件反馈并形成谐振腔，最终合束输出，进而可以有效改善激光束质量。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的第一实施例的激光阵列合束装置结构示意图；
[0023]图2为本发明的第二实施例的激光阵列合束装置的结构示意图；以及
[0024]图3为本发明的第三实施例的激光阵列合束装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]依据本发明主旨构思，所述激光阵列合束装置包括:激光增益介质阵列，所述激光增益介质阵列包括至少两个激光增益元件，每个所述激光增益元件均能产生一激光束;整形光学系统，对所述激光增益介质阵列产生的激光束进行光学整形，所述整形光学系统包括:快轴准直透镜，设置于所述激光增益介质阵列的出光侧;平场透镜，设置于所述快轴准直透镜的出光侧，用于矫正所述整形光学系统的场曲；负透镜，设置于所述平场透镜的出光侧;柱透镜，设置于所述负透镜的出光侧，对激光束进行准直;色散光学元件，设置于所述整形光学系统的出光侧，对入射的激光束进行衍射;部分反射光学元件，接收来自所述色散光学元件发出的激光束。
[0026]下面结合附图和实施例对本发明的技术内容进行进一步地说明。
[0027]第一实施例
[0028]请参见图1，其示出了本发明的第一实施例的激光阵列合束装置的结构示意图。在图1所示的优选实施例中，所述激光阵列合束装置包括:激光增益介质阵列1、整形光学系统
2、色散光学元件3以及部分反射光学元件4。
[0029]激光增益介质阵列I包括至少两个激光增益元件，每个所述激光增益元件均能产生具有一定光谱宽度的激光束。在图1所示实施例中，激光增益介质阵列I优选地为半导体激光器阵列。激光增益介质阵列I包括多个激光增益元件，需要说明的是，图1中示意性仅示出了第一激光增益元件11、第二激光增益元件12以及第三激光增益元件13。在激光增益介质阵列I中，相邻的两个所述激光增益元件产生的激光束的光谱部分重叠。例如，图1所示实施例中，第一激光增益元件11与第二激光增益元件12产生的激光束的光谱部分重叠，第二激光增益元件12与第三激光增益元件13产生的激光束的光谱部分重叠。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，激光增益元件的数量可以根据实际的需求进行调整，在此不予赘述。
[0030]整形光学系统2对激光增益介质阵列I产生的激光束进行光学整形。具体来说，在图1所示的实施例中，整形光学系统2包括快轴准直透镜21、平场透镜22、负透镜23以及柱透镜24。快轴准直透镜21设置于激光增益介质阵列I的出光侧。平场透镜22设置于快轴准直透镜21的出光侧，平场透镜22用于矫正整形光学系统2的场曲。
[0031]负透镜23设置于平场透镜22的出光侧。负透镜23用于放大由色散光学元件返回光的色散角。
[0032]柱透镜24设置于负透镜23的出光侧，对激光束进行准直。经柱透镜24准直后的激光束射向色散光学元件3。进而，由平场透镜22、负透镜23、柱透镜24组成的整形光学系统2可缩短所述激光阵列合束装置的整体光路长度，降低激光器调节精度的要求，提高激光器的稳定性。
[0033]色散光学元件3设置于整形光学系统2的出光侧，对入射的激光束进行衍射。具体来说，如图1所示，色散光学元件3接收整形光学系统2的柱透镜24出射的激光束，并对其进行衍射。其中，由柱透镜24射出的激光束在色散光学元件3处重合。在图1所示的实施例中，色散光学元件3为可以为一个衍射光栅，该衍射光栅可以是透射式光栅或反射式光栅。而在本发明的另一些实施例中，色散光学元件3也可以是一棱镜，从而实现与衍射光栅类似的效果，在此不予赘述。
[0034]部分反射光学元件4接收由色散光学元件3衍射后发出的激光束并将其射出。优选地，部分反射光学元件4为镀有介质膜的反射镜。其中，部分反射光学元件4与上述的激光增益介质阵列1、整形光学系统2、色散光学元件3组成一激光谐振腔。
[0035]在此实施例中，由于所述激光阵列合束装置的整形光学系统包括快轴准直透镜、平场透镜、负透镜和柱透镜，因此，该整形光学系统可缩短整体的光路长度，提高调整的精度和激光束输出的稳定性，经该整形光学系统输出的激光束经过一色散光学元件的折射，进而可以有效改善激光束质量，另一方面各激光增益元件的光谱可以交叠，使合束后的光谱变窄。
[0036]第二实施例
[0037]请参见图2，其示出了本发明的第二实施例的激光阵列合束装置的结构示意图。与上述图1所示的第一实施例不同的是，色散光学元件3靠近整形光学系统2的柱透镜24设置，使色散光学元件3衍射后的激光束再次经过柱透镜24后射向部分反射光学元件4。并且，在此实施例中，所述激光阵列合束装置还包括凹透镜5。凹透镜5设置于部分反射光学元件4的入光侧。具体来说，如图2所示，色散光学元件3与柱透镜24靠近设置，由柱透镜24射向色散光学元件3的激光束在经过色散光学元件3衍射后会再次射向柱透镜24的出光侧，并穿过柱透镜24后射向凹透镜5，凹透镜5可对经柱透镜24聚焦的激光束进行准直，经凹透镜5准直后的激光束射向部分反射光学元件4，由部分反射光学元件4将其射出。该实施例可以实现与上述第一实施例类似的技术效果，并且该实施例中，由于色散光学元件3靠近整形光学系统2的柱透镜24设置，光路经过折叠，因此，可使激光阵列合束装置的结构更为紧凑，整体体积更小，在此不予赘述。
[0038]第三实施例
[0039]请参见图3，其示出了本发明的第三实施例的激光阵列合束装置的结构示意图。与上述图1所示的第一实施例不同的是，在此实施例中，色散光学元件3靠近整形光学系统2的柱透镜24设置，使色散光学元件3衍射后的激光束再次经过柱透镜24后射向部分反射光学元件4。所述激光阵列合束装置还包括一空间滤波器6以及一准直透镜7。准直透镜7设置于部分反射光学元件4的入光侧，空间滤波器6设置于准直透镜7的入光侧。具体来说，如图3所示，色散光学元件3与柱透镜24靠近设置，由柱透镜24射向色散光学元件3的激光束在经过色散光学元件3衍射后会再次射向柱透镜24的出光侧，并穿过柱透镜24后射向空间滤波器
6。其中，空间滤波器6优选地设置于激光束的交汇处。空间滤波器6对经过的激光束进行空间滤波，从而改善激光束质量。经空间滤波器6滤波后的激光束射向准直透镜7，由准直透镜7进行准直后射向部分反射光学元件4，由部分反射光学元件4将其射出。该实施例可以实现与上述第二实施例类似的技术效果，并且由于该实施例中通过空间滤过器6对激光束进行滤波，因此，可使激光阵列合束装置射出的激光束具有更高的质量，在此不予赘述。
[0040]综上所述，本发明实施例揭示了一种激光阵列合束装置，该激光阵列合束装置的整形光学系统包括快轴准直透镜、平场透镜、负透镜和柱透镜，该整形光学系统可缩短整体的光路长度，降低激光器调整精度的要求，并且提高激光束输出的稳定性，经该整形光学系统输出的激光束经过一色散光学元件的折射部分反射光学元件反馈并形成谐振腔，最终合束输出，进而可以有效改善激光束质量。
[0041]虽然本发明已以优选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。
【主权项】
1.一种激光阵列合束装置，其特征在于，所述激光阵列合束装置包括: 激光增益介质阵列，所述激光增益介质阵列包括至少两个激光增益元件，每个所述激光增益元件均能产生一激光束； 整形光学系统，对所述激光增益介质阵列产生的激光束进行光学整形，所述整形光学系统包括: 快轴准直透镜，设置于所述激光增益介质阵列的出光侧； 平场透镜，设置于所述快轴准直透镜的出光侧，用于矫正所述整形光学系统的场曲； 负透镜，设置于所述平场透镜的出光侧;和 柱透镜，设置于所述负透镜的出光侧，对激光束进行准直； 色散光学元件，设置于所述整形光学系统的出光侧，对入射的激光束进行衍射；以及 部分反射光学元件，接收来自所述色散光学元件发出的激光束。2.根据权利要求1所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述色散光学元件靠近所述柱透镜设置，所述色散光学元件衍射后的激光束再次经过所述柱透镜后射向所述部分反射光学元件； 所述激光阵列合束装置还包括凹透镜，所述色散光学元件衍射后的激光束经过所述柱透镜后射向所述凹透镜，并经过所述凹透镜后射向所述部分反射光学元件。3.根据权利要求1所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述色散光学元件靠近所述柱透镜设置，所述色散光学元件衍射后的激光束再次经过所述柱透镜后射向所述部分反射光学元件； 所述激光阵列合束装置还包括空间滤波器以及准直透镜，所述色散光学元件衍射后的激光束经过所述柱透镜后射向所述空间滤波器，由所述空间滤波器进行空间滤波后射向所述准直透镜，并经过所述准直透镜后射向所述部分反射光学元件。4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述色散光学元件为一衍射光栅。5.根据权利要求4所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述衍射光栅为透射式光栅或反射式光栅。6.根据权利要求1至3中任一项所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述色散光学元件为一棱镜。7.根据权利要求1至3中任一项所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述激光增益介质阵列为半导体激光器阵列。8.根据权利要求1至3中任一项所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述激光增益介质阵列中，相邻的两个所述激光增益元件产生的激光束的光谱部分重叠。9.根据权利要求1至3中任一项所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述部分反射光学元件为镀有介质膜的反射镜。
【文档编号】H01S5/40GK105932545SQ201610528261
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】张哨峰, 李大汕, 杨金涛, 沈渊, 孙晓斌
【申请人】上海高意激光技术有限公司
【专利摘要】本发明阐述了一种激光阵列合束装置，所述激光阵列合束装置包括：激光增益介质阵列，所述激光增益介质阵列包括至少两个激光增益元件，每个所述激光增益元件均能产生一激光束；整形光学系统，对所述激光增益介质阵列产生的激光束进行光学整形，所述整形光学系统包括：快轴准直透镜，设置于所述激光增益介质阵列的出光侧；平场透镜，设置于所述快轴准直透镜的出光侧，用于矫正所述整形光学系统的场曲；负透镜，设置于所述平场透镜的出光侧；柱透镜，设置于所述负透镜的出光侧，对激光束进行准直；色散光学元件，设置于所述整形光学系统的出光侧，对入射的激光束进行衍射；部分反射光学元件，接收来自所述色散光学元件发出的激光束。
【专利说明】
一种激光阵列合束装置
技术领域
[0001]本发明涉及激光器领域，尤其是一种半导体激光阵列外腔合束装置。
【背景技术】
[0002]相较于其他激光器类型，半导体激光器具有转换效率高、体积小、重量轻、寿命长、能直接调制及易与其他半导体器件集成等特点，小功率器件作为信息载体早已广泛应用于光通信、光存储和激光打印等信息领域。但是受其波导结构及芯片封装等因素的限制，光束质量差和功率密度低，这使得半导体激光器很难作为直接光源应用于工业加工。
[0003]近年来，随着半导体激光器技术的发展，且在直接半导体激光工业加工应用以及大功率光纤激光器抽运需求的推动下，具有大功率、高光束质量的半导体激光器飞速发展。同时，激光合束技术的发展使得激光功率在过去的几年中有了成倍的增长。目前，利用合束技术的光纤激光器和直接半导体激光器的功率水平都达到了千瓦量级。
[0004]现有的半导体激光器合束的主要方法有相干合束和非相干合束两类。相干合束能有效地改善并提高半导体激光阵列输出光的光束质量，但是该技术容易受到外界环境的干扰，不易获得同相超模的大功率稳定输出，需要合束阵列单元在光谱、相位、振幅及偏振态等方面严格控制。因此，目前在直接半导体激光器领域采用较多的是非相干合束技术。
[0005]非相干合束的方法是将多个激光器的输出激光沿着相同的方向传播，使得激光的功率可以得到成倍的增加，功率水平和激光器的数目成正比。非相干合束技术包括空间合束，偏振合束以及波长合束等。相比于相干合束，非相干合束没有相位、光谱及振幅的要求，容易调试，是目前半导体激光器合束的主要方法，但是受合束机理和所需光学器件的限制，以上三种合束方式都存在一定缺陷，并不能有效地改善光束质量、提高亮度。
[0006]空间合束技术，例如KemingDu等人在美国专利N0.6，124，973中所介绍的，是通过将多个半导体激光器在空间上按照一定的次序进行排列堆叠，形成一组沿着相同方向传播的激光束，从而得到高功率的激光输出，而空间堆叠无法改善光束质量，由此得来的高功率激光输出一般直接应用于对光束质量要求不高的场合，如作为光纤激光器的栗浦源等。
[0007]偏振合束技术，主要是利用激光器的偏振特性，使具有不同偏振方向的两路激光组合在一起沿相同方向传播，例如Jihua Du等人在美国专利N0.8，427，749中所介绍的。通常偏振合束技术是将两路偏振方向相互垂直的激光束或激光束组合相互合并，且总是于其它合束技术配合使用。
[0008]波长合束技术，将不同波长的激光束通过二向色镜、光栅等光学元件组合在一起，能有效提高功率与亮度，是目前高功率直接半导体激光器发展的主要方向。然而无论是采用二向色镜、体布拉格光栅还是衍射光栅，总是要受到光谱的限制，不同波长之间要求相互独立，要保持足够的波长间隔。
[0009]美国麻省理工大学林肯实验室的Anton1 Sanchez-Rub1等人在美国专利N0.6，192，062首次提出采用光栅-外腔的方法对半导体激光阵列或多个光纤激光器实行外腔光谱合束，经过国内外十几年的研究，光栅-外腔光谱合束技术(SBC)被证明是提高半导体激光光束质量、实现高亮度输出最为有效的合束技术之一，推动了在激光加工领域的应用。
[0010]而基于美国专利N0.6，192,062及其类似技术的半导体激光阵列外腔光谱合束技术，由于需要对衍射光栅色散能力的受限以及出于提高光束质量、保证足够高的效率等方面进行综合考虑，因此，导致这类激光阵列合束装置最终输出光谱一般都比较宽、整体光路较长、且对调整精度与稳定性的要求很高，这对于直接输出半导体激光器功率的继续扩展带来一定的不便。
【发明内容】
[0011]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提出一种激光阵列合束装置，缩短整体的光路长度，减低调整精度的要求，并且提高激光束输出的稳定性，改善激光束的质量。
[0012]根据本发明的一个方面提供一种激光阵列合束装置，所述激光阵列合束装置包括:激光增益介质阵列，所述激光增益介质阵列包括至少两个激光增益元件，每个所述激光增益元件均能产生一激光束;整形光学系统，对所述激光增益介质阵列产生的激光束进行光学整形，所述整形光学系统包括:快轴准直透镜，设置于所述激光增益介质阵列的出光侧;平场透镜，设置于所述快轴准直透镜的出光侧，用于矫正所述整形光学系统的场曲；负透镜，设置于所述平场透镜的出光侧;柱透镜，设置于所述负透镜的出光侧，对激光束进行准直;色散光学元件，设置于所述整形光学系统的出光侧，对入射的激光束进行衍射;部分反射光学元件，接收来自所述色散光学元件发出的激光束。
[0013]优选地，所述色散光学元件靠近所述柱透镜设置，所述色散光学元件衍射后的激光束再次经过所述柱透镜后射向所述部分反射光学元件;所述激光阵列合束装置还包括凹透镜，所述色散光学元件衍射后的激光束经过所述柱透镜后射向所述凹透镜，并经过所述凹透镜后射向所述部分反射光学元件。
[0014]优选地，所述色散光学元件靠近所述柱透镜设置，所述色散光学元件衍射后的激光束再次经过所述柱透镜后射向所述部分反射光学元件;所述激光阵列合束装置还包括空间滤波器以及准直透镜，所述色散光学元件衍射后的激光束经过所述柱透镜后射向所述空间滤波器，由所述空间滤波器进行空间滤波后射向所述准直透镜，并经过所述准直透镜后射向所述部分反射光学元件。
[0015]优选地，所述色散光学元件为一衍射光栅。
[0016]优选地，所述衍射光栅为透射式光栅或反射式光栅。
[0017]优选地，所述色散光学元件为一棱镜。
[0018]优选地，所述激光增益介质阵列为半导体激光器阵列。
[0019]优选地，所述激光增益介质阵列中，相邻的两个所述激光增益元件产生的激光束的光谱部分重叠。
[0020]优选地，所述部分反射光学元件为镀有介质膜的反射镜。
[0021]本发明实施例揭示了一种激光阵列合束装置，该激光阵列合束装置的整形光学系统包括快轴准直透镜、平场透镜、负透镜和柱透镜，该整形光学系统可缩短整体的光路长度，减低激光器调整精度的要求，并且提高激光束输出的稳定性，经该整形光学系统输出的激光束经过一色散光学元件的折射、部分反射光学元件反馈并形成谐振腔，最终合束输出，进而可以有效改善激光束质量。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的第一实施例的激光阵列合束装置结构示意图；
[0023]图2为本发明的第二实施例的激光阵列合束装置的结构示意图；以及
[0024]图3为本发明的第三实施例的激光阵列合束装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]依据本发明主旨构思，所述激光阵列合束装置包括:激光增益介质阵列，所述激光增益介质阵列包括至少两个激光增益元件，每个所述激光增益元件均能产生一激光束;整形光学系统，对所述激光增益介质阵列产生的激光束进行光学整形，所述整形光学系统包括:快轴准直透镜，设置于所述激光增益介质阵列的出光侧;平场透镜，设置于所述快轴准直透镜的出光侧，用于矫正所述整形光学系统的场曲；负透镜，设置于所述平场透镜的出光侧;柱透镜，设置于所述负透镜的出光侧，对激光束进行准直;色散光学元件，设置于所述整形光学系统的出光侧，对入射的激光束进行衍射;部分反射光学元件，接收来自所述色散光学元件发出的激光束。
[0026]下面结合附图和实施例对本发明的技术内容进行进一步地说明。
[0027]第一实施例
[0028]请参见图1，其示出了本发明的第一实施例的激光阵列合束装置的结构示意图。在图1所示的优选实施例中，所述激光阵列合束装置包括:激光增益介质阵列1、整形光学系统
2、色散光学元件3以及部分反射光学元件4。
[0029]激光增益介质阵列I包括至少两个激光增益元件，每个所述激光增益元件均能产生具有一定光谱宽度的激光束。在图1所示实施例中，激光增益介质阵列I优选地为半导体激光器阵列。激光增益介质阵列I包括多个激光增益元件，需要说明的是，图1中示意性仅示出了第一激光增益元件11、第二激光增益元件12以及第三激光增益元件13。在激光增益介质阵列I中，相邻的两个所述激光增益元件产生的激光束的光谱部分重叠。例如，图1所示实施例中，第一激光增益元件11与第二激光增益元件12产生的激光束的光谱部分重叠，第二激光增益元件12与第三激光增益元件13产生的激光束的光谱部分重叠。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，激光增益元件的数量可以根据实际的需求进行调整，在此不予赘述。
[0030]整形光学系统2对激光增益介质阵列I产生的激光束进行光学整形。具体来说，在图1所示的实施例中，整形光学系统2包括快轴准直透镜21、平场透镜22、负透镜23以及柱透镜24。快轴准直透镜21设置于激光增益介质阵列I的出光侧。平场透镜22设置于快轴准直透镜21的出光侧，平场透镜22用于矫正整形光学系统2的场曲。
[0031]负透镜23设置于平场透镜22的出光侧。负透镜23用于放大由色散光学元件返回光的色散角。
[0032]柱透镜24设置于负透镜23的出光侧，对激光束进行准直。经柱透镜24准直后的激光束射向色散光学元件3。进而，由平场透镜22、负透镜23、柱透镜24组成的整形光学系统2可缩短所述激光阵列合束装置的整体光路长度，降低激光器调节精度的要求，提高激光器的稳定性。
[0033]色散光学元件3设置于整形光学系统2的出光侧，对入射的激光束进行衍射。具体来说，如图1所示，色散光学元件3接收整形光学系统2的柱透镜24出射的激光束，并对其进行衍射。其中，由柱透镜24射出的激光束在色散光学元件3处重合。在图1所示的实施例中，色散光学元件3为可以为一个衍射光栅，该衍射光栅可以是透射式光栅或反射式光栅。而在本发明的另一些实施例中，色散光学元件3也可以是一棱镜，从而实现与衍射光栅类似的效果，在此不予赘述。
[0034]部分反射光学元件4接收由色散光学元件3衍射后发出的激光束并将其射出。优选地，部分反射光学元件4为镀有介质膜的反射镜。其中，部分反射光学元件4与上述的激光增益介质阵列1、整形光学系统2、色散光学元件3组成一激光谐振腔。
[0035]在此实施例中，由于所述激光阵列合束装置的整形光学系统包括快轴准直透镜、平场透镜、负透镜和柱透镜，因此，该整形光学系统可缩短整体的光路长度，提高调整的精度和激光束输出的稳定性，经该整形光学系统输出的激光束经过一色散光学元件的折射，进而可以有效改善激光束质量，另一方面各激光增益元件的光谱可以交叠，使合束后的光谱变窄。
[0036]第二实施例
[0037]请参见图2，其示出了本发明的第二实施例的激光阵列合束装置的结构示意图。与上述图1所示的第一实施例不同的是，色散光学元件3靠近整形光学系统2的柱透镜24设置，使色散光学元件3衍射后的激光束再次经过柱透镜24后射向部分反射光学元件4。并且，在此实施例中，所述激光阵列合束装置还包括凹透镜5。凹透镜5设置于部分反射光学元件4的入光侧。具体来说，如图2所示，色散光学元件3与柱透镜24靠近设置，由柱透镜24射向色散光学元件3的激光束在经过色散光学元件3衍射后会再次射向柱透镜24的出光侧，并穿过柱透镜24后射向凹透镜5，凹透镜5可对经柱透镜24聚焦的激光束进行准直，经凹透镜5准直后的激光束射向部分反射光学元件4，由部分反射光学元件4将其射出。该实施例可以实现与上述第一实施例类似的技术效果，并且该实施例中，由于色散光学元件3靠近整形光学系统2的柱透镜24设置，光路经过折叠，因此，可使激光阵列合束装置的结构更为紧凑，整体体积更小，在此不予赘述。
[0038]第三实施例
[0039]请参见图3，其示出了本发明的第三实施例的激光阵列合束装置的结构示意图。与上述图1所示的第一实施例不同的是，在此实施例中，色散光学元件3靠近整形光学系统2的柱透镜24设置，使色散光学元件3衍射后的激光束再次经过柱透镜24后射向部分反射光学元件4。所述激光阵列合束装置还包括一空间滤波器6以及一准直透镜7。准直透镜7设置于部分反射光学元件4的入光侧，空间滤波器6设置于准直透镜7的入光侧。具体来说，如图3所示，色散光学元件3与柱透镜24靠近设置，由柱透镜24射向色散光学元件3的激光束在经过色散光学元件3衍射后会再次射向柱透镜24的出光侧，并穿过柱透镜24后射向空间滤波器
6。其中，空间滤波器6优选地设置于激光束的交汇处。空间滤波器6对经过的激光束进行空间滤波，从而改善激光束质量。经空间滤波器6滤波后的激光束射向准直透镜7，由准直透镜7进行准直后射向部分反射光学元件4，由部分反射光学元件4将其射出。该实施例可以实现与上述第二实施例类似的技术效果，并且由于该实施例中通过空间滤过器6对激光束进行滤波，因此，可使激光阵列合束装置射出的激光束具有更高的质量，在此不予赘述。
[0040]综上所述，本发明实施例揭示了一种激光阵列合束装置，该激光阵列合束装置的整形光学系统包括快轴准直透镜、平场透镜、负透镜和柱透镜，该整形光学系统可缩短整体的光路长度，降低激光器调整精度的要求，并且提高激光束输出的稳定性，经该整形光学系统输出的激光束经过一色散光学元件的折射部分反射光学元件反馈并形成谐振腔，最终合束输出，进而可以有效改善激光束质量。
[0041]虽然本发明已以优选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。
【主权项】
1.一种激光阵列合束装置，其特征在于，所述激光阵列合束装置包括: 激光增益介质阵列，所述激光增益介质阵列包括至少两个激光增益元件，每个所述激光增益元件均能产生一激光束； 整形光学系统，对所述激光增益介质阵列产生的激光束进行光学整形，所述整形光学系统包括: 快轴准直透镜，设置于所述激光增益介质阵列的出光侧； 平场透镜，设置于所述快轴准直透镜的出光侧，用于矫正所述整形光学系统的场曲； 负透镜，设置于所述平场透镜的出光侧;和 柱透镜，设置于所述负透镜的出光侧，对激光束进行准直； 色散光学元件，设置于所述整形光学系统的出光侧，对入射的激光束进行衍射；以及 部分反射光学元件，接收来自所述色散光学元件发出的激光束。2.根据权利要求1所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述色散光学元件靠近所述柱透镜设置，所述色散光学元件衍射后的激光束再次经过所述柱透镜后射向所述部分反射光学元件； 所述激光阵列合束装置还包括凹透镜，所述色散光学元件衍射后的激光束经过所述柱透镜后射向所述凹透镜，并经过所述凹透镜后射向所述部分反射光学元件。3.根据权利要求1所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述色散光学元件靠近所述柱透镜设置，所述色散光学元件衍射后的激光束再次经过所述柱透镜后射向所述部分反射光学元件； 所述激光阵列合束装置还包括空间滤波器以及准直透镜，所述色散光学元件衍射后的激光束经过所述柱透镜后射向所述空间滤波器，由所述空间滤波器进行空间滤波后射向所述准直透镜，并经过所述准直透镜后射向所述部分反射光学元件。4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述色散光学元件为一衍射光栅。5.根据权利要求4所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述衍射光栅为透射式光栅或反射式光栅。6.根据权利要求1至3中任一项所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述色散光学元件为一棱镜。7.根据权利要求1至3中任一项所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述激光增益介质阵列为半导体激光器阵列。8.根据权利要求1至3中任一项所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述激光增益介质阵列中，相邻的两个所述激光增益元件产生的激光束的光谱部分重叠。9.根据权利要求1至3中任一项所述的激光阵列合束装置，其特征在于，所述部分反射光学元件为镀有介质膜的反射镜。
【文档编号】H01S5/40GK105932545SQ201610528261
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】张哨峰, 李大汕, 杨金涛, 沈渊, 孙晓斌
【申请人】上海高意激光技术有限公司
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0133567... 来自[山东省潍坊市电信] 2020年02月27日 22:04光通信百科：光纤涂覆过程 国产光纤涂覆机<更多内容2019-11-14 14:51:14 光纤涂覆过程在弱电行业里，我们经常会用到光纤。光纤的传输距离远，而且稳定性强，成本相对也较低些。这是有目共睹的。在实际应用中就需要光纤的熔接，熔接过程中因为损害了光纤的外涂覆层，一般用热缩套管包起来，但是热缩套管的保护性能弱，特备是不适用于科研及重要产品中的光纤保护，所以出现了光纤涂覆，今天就给大家总结一下光纤涂覆的过程。 中文全称：光纤涂覆过程； 英文全称：Coating process of optical fiber 首先简述光纤涂覆层的概念： 光纤的最外层结构。在玻璃光纤被预制棒拉出来的同时，为了防止受灰尘的污染，而用紫外光固化的一层弹性涂料。它是由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙等组成的。 原理：潮湿的空气和机械外力会在光纤表面的为裂纹和外力擦伤处产生水解和应力腐蚀，使光纤发生疲劳断裂。 作用：保护光纤表面不受潮湿气体和外力擦伤，赋予光纤提高抗微弯性能，降低光纤的微弯附加损耗功能。 分类：紫外线光固化预涂覆层+热固化光纤预涂覆层 紫外固化优点：固化速度快（适合高速拉丝）、产品性能好、生产成本低。 其次，介绍光纤涂覆的过程： 工具/原料： 光纤、HXGK光纤涂覆机、UV紫外固化胶水。 步骤： 当前科技迅猛发展，光纤激光器、光纤光栅、光纤传感行业飞速崛起，国内科研及工业生产模式成产业园式布局，生产规模急剧扩张，作为该产业服务的一部分，光纤涂覆机国产化已经成熟，极大的方便了国内光传感上游企业的经营生产要求。 本文
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