专利名称：一种大功率半导体激光光束复合装置的制作方法
技术领域：
一种大功率半导体激光光束复合装置 技术领域 本实用新型涉及一种大功率半导体激光光束复合装置，利用偏振耦合和 波长耦合结合的方法将四种不同波长八个大功率半导体激光阵列发出的光 合成一束输出，属于激光技术领域。
技术背景 众所周知，半导体激光器以其体积小、重量轻、光电转换率高及寿命长等 优点而广泛应用各个领域。尤其大功率半导体激光器用于材料加工目前已成 为国际研究的热点。为了增加半导体激光输出功率及光束质量，通常采用将 多个Bar叠加在一起，形成半导体激光二维阵列。随着对功率和光束质量要求 的进一步提高，国际上大多采用复合技术再将多个半导体二维阵列发出的光 束合成一束输出。例如德国的JENOPTIK Laserdiode GmbH公司采用偏振耦合 和波长耦合的技术实现了2KW的半导体激光输出。他们采用第一偏振耦合器5、 第二偏振耦合器6、 一个波长耦合器7和一个平面反射镜8将波长为&的第一半 导体二维阵列l、第二半导体二维阵列2与波长为^的第三半导体二维阵列3和 第四半导体二维阵列4发出的四束光耦合成一束输出。其中半导体二维阵列3 与半导体二维阵列4发出的光首先通过偏振耦合器6合束，然后经平面反射镜8 反射后入射到波长耦合器7中；同时半导体二维阵列1与半导体二维阵列2发出 的光经过偏振耦合器5合束后直接入射到上述波长耦合器7中，最后两种波长 的光耦合成一束输出。上述方法可以实现不同波长的多个半导体激光二维阵 列的集成，但是此种光路设计使得每个堆栈发出的光到达波长耦合器所经过 的光程不同，即各光束在合束后腰斑位置各不同，导致聚焦后的光斑质量很 差。 实用新型内容 本实用新型主要是克服上述缺点，设计一种大功率半导体激光光束复合装 置，采用偏振复合和波长复合相结合的方法将四种波长的八个半导体激光二 维阵列即堆栈进行空间组合，实现高功率、高光束质量的单光束输出，并使 合束前各束光所经过的光程相同，使得各束光的腰斑重合在同一位置。
为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。本装置包括有输
出P态偏振光的第一半导体堆栈9、第二半导体堆栈10、第三半导体堆栈11 和第八半导体堆栈16、输出S态偏振光的第四半导体堆栈12、第五半导体堆 栈13、第六半导体堆栈14和第七半导体堆栈15、第一波长耦合器17、第二 波长耦合器18、第三波长耦合器19、第四波长耦合器20、第五波长耦合器 21、第六波长耦合器22和偏振耦合器23;其中第一半导体堆栈9和第二半 导体堆栈10的波长为^，第三半导体堆栈11和第四半导体堆栈12的波长为 A，第五半导体堆栈13和第六半导体堆栈14的波长为^，第七半导体堆栈 15和第八半导体堆栈16的波长为A4;由第二半导体堆栈10整形后波长为A的 光束和第三半导体堆栈11整形后波长为^的光束通过第二波长耦合器18合 束为光束A^，第一半导体堆栈9整形后波长为^的光束和第八半导体堆栈 16整形后波长为A4的光束通过第一波长耦合器17合束为光束^义4 ，两束合束 光斗^和^A,再次经过第五波长耦合器21合束为光束a;由第四半导体堆栈 12整形后波长为^的光束和第五半导体堆栈13整形后波长为&的光束通过第 三波长耦合器19合束为光束4A，同时第六半导体堆栈14整形后波长为^的 光束和第七半导体堆栈15整形后波长为人的光束通过第四波长耦合器20合 束为光束^义4 ，上述两束合束光^ 4和^ A再次经过第六波长耦合器22合束 为光束b;光束a和光束b通过偏振耦合器23合为光束c输出。
本实用新型通过将八个半导体堆栈接光束整形进行对称排列放置，同时 利用波长耦合器和偏振耦合器实现了将多束不同波长及不同偏振态的半导体 输出光束合成一束高光束质量、高功率密度的光束。此合成光束经过透镜聚 焦后可得到一个高亮度的对称型光斑。
图l德国的JENOPTIK Laserdiode GmbH公司采用的偏振耦合和波长耦合相结 合的合束装置
图2本实用新型的光路原理图
图中1、第一半导体激光二维阵列，2、第二半导体激光二维阵列，3、
第三半导体激光二维阵列，4、第四半导体激光二维阵列，5第一偏振耦合器， 6、第二偏振耦合器，7、波长耦合器，8、平面反射镜，9、第一半导体堆栈， 10、第二半导体堆栈，11、第三半导体堆栈，12、第四半导体堆栈，13、第 五半导体堆栈，14、第六半导体堆栈，15、第七半导体堆栈，16、第八半导 体堆栈，A、光束整形装置，17、第一波长耦合器，18、第二波长耦合器，19、 第三波长耦合器，20、第四波长耦合器，21、第五波长耦合器，22、第六波 长耦合器，23、偏振耦合器。
具体实施方式
以下结合附图2详细说明本实施例。
本实施例所采用的技术方案如图2所示:包括有波长为^的第一半导体堆
栈9和第二半导体堆栈10、波长为^的第三半导体堆栈11和第四半导体堆栈 12 、波长为4的第五半导体堆栈13和第六半导体堆栈14 、波长为^的第七 半导体堆栈15和第八半导体堆栈16、光束整形装置A、第一波长耦合器17、 第二波长耦合器18、第三波长耦合器19、第四波长耦合器20、第五波长耦合 器21、第六波长耦合器22以及偏振耦合器23。第一半导体堆栈9、第二半导 体堆栈10 、第三半导体堆栈11及第八半导体堆栈16输出P态偏振光；第四 半导体堆栈12、第五半导体堆栈13、第六半导体堆栈14及第七半导体堆栈 15输出S态偏振光。
如图2所示，第一半导体堆栈9与第二半导体堆栈10、第三半导体堆栈 11与第四半导体堆栈12、第五半导体堆栈13与第六半导体堆栈14 、第七半 导体堆栈15与第八半导体堆栈16均平行布置。第二半导体堆桟10与第三半 导体堆栈11垂直布置，从第二半导体堆栈10和第三半导体堆栈11发出的相 互垂直的两束光与第二波长耦合器18之间的夹角均为45度。第四半导体堆 栈12与第五半导体堆栈13垂直布置，从第四半导体堆栈12和第五半导体堆 栈11发出的相互垂直的1两束光与第三波长耦合器19之间的夹角均为45度。第六半导体堆桟14和第七半导体堆栈15垂直布置，从第六半导体堆栈14和 第七半导体堆栈15发出的相互垂直的两束光与第四波长耦合器20之间的夹 角均为45度。第八半导体堆栈16与第一半导体堆栈9垂直布置，从第八半 导体堆栈16和第一半导体堆栈9发出的相互垂直的两束光与第一波长耦合器 17之间的夹角均为45度。第五波长耦合器21与第二波长耦合器18平行布置， 与第一波长耦合器17垂直布置。第六波长耦合器22与第三波长耦合器19平 行布置，与第四波长耦合器20垂直布置。偏振耦合器23放置在第五波长耦 合器和第六波长耦合器之间，并且分别与合束光a 、 b相垂直。
光束整形装置A是一种透镜组合或者一种能够均匀快慢轴光束质量的阵 列。波长耦合器能将两束相同偏振态且互相垂直入射的光束合成一束，并沿 着其中一束入射光的方向继续传播。波长耦合器紧接在两个相互垂直的光束 整形装置之后，并且放置在从两个光束整形器中发出的互相垂直的两束光束 之间，与每束光的夹角为45度。
本实施例的光的传播过程为由第二半导体堆栈10整形后波长为&的光束 和第三半导体堆栈11整形后波长为^的光束通过第二波长耦合器18合束，同 时第一半导体堆栈9整形后波长为&的光束和第八半导体堆栈16整形后波长为 ^的光束通过第一波长耦合器17合束，上述两束合束光A^和^A再次经过 第五波长耦合器21的作用，输出合束光束a;与此同时，由第四半导体堆栈12 整形后波长为^的光束和第五半导体堆栈13整形后波长为^的光束通过第三 波长耦合器19合束，同时第六半导体堆栈14整形后波长为^的光束和第七半 导体堆栈15整形后波长为^的光束通过第四波长耦合器20合束，上述两束合 和4人再次经过第六波长耦合器22的作用，输出合束光束b。由于合 束光a是P偏振态的光，合束光b是S偏振态的光，因此当它们以一定的角度入 射到偏振耦合器23时，偏振耦合器23将这两种偏振态的光束合为一束，得到 输出光束c。
权利要求1、一种大功率半导体激光光束复合装置，其特征在于包括有输出P态偏振光的第一半导体堆栈(9)、第二半导体堆栈(10)、第三半导体堆栈(11)和第八半导体堆栈(16)、输出S态偏振光的第四半导体堆栈(12)、第五半导体堆栈(13)、第六半导体堆栈(14)和第七半导体堆栈(15)、第一波长耦合器(17)、第二波长耦合器(18)、第三波长耦合器(19)、第四波长耦合器(20)、第五波长耦合器(21)、第六波长耦合器(22)和偏振耦合器(23)；其中第一半导体堆栈(9)和第二半导体堆栈(10)的波长为λ1，第三半导体堆栈(11)和第四半导体堆栈(12)的波长为λ2，第五半导体堆栈(13)和第六半导体堆栈(14)的波长为λ3，第七半导体堆栈(15)和第八半导体堆栈(16)的波长为λ4；由第二半导体堆栈(10)整形后波长为λ1的光束和第三半导体堆栈(11)整形后波长为λ2的光束通过第二波长耦合器(18)合束为光束λ1λ2，第一半导体堆栈(9)整形后波长为λ1的光束和第八半导体堆栈(16)整形后波长为λ4的光束通过第一波长耦合器(17)合束为光束λ1λ4，两束合束光λ1λ2和λ1λ4再次经过第五波长耦合器(21)合束为光束a；由第四半导体堆栈(12)整形后波长为λ2的光束和第五半导体堆栈(13)整形后波长为λ3的光束通过第三波长耦合器(19)合束为光束λ2λ3，同时第六半导体堆栈(14)整形后波长为λ3的光束和第七半导体堆栈(15)整形后波长为λ4的光束通过第四波长耦合器(20)合束为光束λ3λ4，合束光λ2λ3和λ3λ4再次经过第六波长耦合器(22)合束为光束b；光束a和光束b通过偏振耦合器(23)合为光束c输出。
专利摘要本实用新型涉及一种大功率半导体激光光束复合装置，属于激光技术领域。包括八个半导体二维阵列即半导体堆栈、八个光束整形装置、六个波长耦合器及一个偏振耦合器。该装置首先将不同波长的光两两进行一次合束，得到四束合束光，然后将此合束光再进行第二次两两合束，得到两束不同偏振态的光。最后通过偏振耦合器将这两束光耦合成一束。本装置的优点在于每束光的传播光程是相同的，使它在增加输出功率的同时大大提高了功率密度及光束质量。此装置还具有结构简单、紧凑、成本低的优点。
文档编号G02B27/09GK201177693SQ20082007977
公开日2009年1月7日 申请日期2008年4月7日 优先权日2008年4月7日
发明者曹银花, 王智勇, 许春晓 申请人:北京工业大学