专利名称：一种可输出任意形状均匀光斑的大功率半导体激光器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可输出任意形状均勻光斑的大功率半导体激光器装置，该装置采用整形玻璃棒及成像透镜，产生输出激光光斑大小和横截面形状可以任意设置的均勻光斑，以满足一定的激光应用需求，如激光表面处理、激光熔覆、激光焊接等，属于激光技术领域。
背景技术：
众所周知，激光由于功率密度高，热作用区小，材料加工作用时间短，加工速度快且对工件没有力的作用，无刀具的磨损等优点，因此，激光器越来越多的应用到材料加工领域。在加工用的激光器中，半导体激光器具有体积小、质量轻、效率高、寿命长、稳定、适合光纤传输以及性价比高等优点。工业用半导体激光器的功率在最近的几年里得到了很大的提高，其直接应用也日渐成为一个热点，如在材料处理上的应用。半导体激光器特殊的波导结构决定了其输出光斑在快、慢轴方向的差异很大，采用光参数乘积来描述半导体激光器的光束质量，快轴的光束质量接近衍射极限，而慢轴的光束质量却比较差，这使得半导体激光器在工业应用中受到了很大的限制。一般，光束的快轴方向发散角非常大，接近40°，而慢轴方向的发散角只有10°左右。这样大的发散角，限制了其在许多场合的应用。目前常用的整形方法是对半导体激光束整形，多采用光束沿慢轴分割、在快轴重排的方式使光束勻化，可以通过选择光束分割数目使快慢轴光参积近似相等，光斑为矩形，该方法在一定程度上能均衡快慢轴光束质量的差异。但是，整个光斑光强分布的均勻性仍较差。因此，需要进一步的整形，来满足激光工业应用中对特殊光斑的需求。
发明内容本发明的目的在于克服现有光斑整形方法在工业应用中的上述缺陷，提供了一种结构可输出任意形状均勻光斑的大功率半导体激光器装置。与现有的系统相比，本发明的装置简单，易于调节。本发明根据大功率半导体激光器巴条的输出参数，采用匹配的快慢轴准直镜，得到准平行光输出。根据快慢轴方向上的光束质量，将光束沿慢轴方向进行η等分分割，
权利要求1.一种可输出任意形状均勻光斑的大功率半导体激光器装置，其特征在于包括半导体激光器巴条阵列(1)、快慢轴准直镜O)、快慢轴光束变换装置(3)、耦合聚焦镜、整形玻璃棒(5)、成像透镜(6)，工作台(7)；快慢轴准直镜( 分别对半导体激光器巴条阵列 (1)输出的激光的快慢轴进行快慢轴准直，得到准平行光，再通过快慢轴光束变换装置(3) 将半导体激光器巴条沿慢轴方向分割，在快轴方向进行堆叠，整形获得快慢轴光束质量初步勻化的输出激光光束；整形后的激光光束通过耦合透镜聚焦入射到整形玻璃棒(5)，在玻璃棒(5)与空气形成的波导结构中全反射传输混合，在玻璃棒输出激光端的横截面可获得所需形状的均勻分布的半导体激光光斑；最后，成像透镜(6)将玻璃棒输出端面的半导体激光成像到工作台(7)上的工件。
2.根据权利要求1所述的一种可输出任意形状均勻光斑的大功率半导体激光器装置， 其特征在于整形玻璃棒( 端面的几何形状和尺寸大小与所要获得的输出激光光斑的几何形状和尺寸大小相同；整形玻璃棒( 其端面可以为圆形、方形、椭圆形，通过玻璃棒( 的波导混合作用，在玻璃棒( 的出射端获得与整形玻璃棒( 端面形状相同的横截面激光强度均勻分布的圆形、椭圆的光斑。
3.根据权利要求1所述的一种可输出任意形状均勻光斑的大功率半导体激光器装置， 其特征在于成像透镜(6)的焦距的选择，可以满足厚、薄板对激光锐利长度的不同需求；成像透镜(6)的前焦面与玻璃棒( 重合，后焦面与工作台(7)上的加工工件中心重合；这样，可以将玻璃棒(5)出射端的横截面激光强度均勻分布的半导体激光光斑成像到工件；成像透镜(6)可以采用长焦距得到大的锐利长度满足厚板加工的要求。
4.根据权利要求1或3所述的一种可输出任意形状均勻光斑的大功率半导体激光器装置，其特征在于所述的成像透镜由两个透镜组成，第一透镜(8)，第二透镜(9)构成透镜组，两个透镜的焦距可以相同；两个透镜的焦距也可以不相同；成像透镜中的第一透镜(8)的前焦面与玻璃棒(5)的出射端面重合，第二透镜(9)的后焦面与工作台(7)上的加工工件中心重合；采用焦距相同的两个透镜，可以将玻璃棒(5) 出射端的横截面激光强度均勻分布的半导体激光光斑按1 1成像到工件，而且可以方便的调节第一透镜(8)与第二透镜(9)之间轴向的距离，起到调节激光束腰位置的作用，不影响成像光斑；也可以采用焦距不相同的两个透镜，将玻璃棒(5)出射端的横截面激光强度均勻分布的半导体激光光斑按两个透镜焦距的比值成像到工件，同样，可以方便的调节两个透镜(8，9)之间轴向的距离，不影响成像光斑。
专利摘要本实用新型公开了一种可输出任意形状均匀光斑的大功率半导体激光器装置，属于激光技术领域。其特点是输出激光光斑大小和横截面形状可以任意设置，从而满足不同的激光应用需求。其先将半导体激光器巴条沿快轴方向堆叠并进行了快轴准直的大功率半导体激光堆输出的激光光束进行整形，获得快慢轴光束质量均匀化的输出激光光束，然后将经过整形的激光光束聚焦并入射到一根玻璃棒中，玻璃棒端面的几何形状和尺寸大小与所要获得的输出激光光斑的几何形状和尺寸大小相同。玻璃棒端面的出射激光通过成像透镜(组)按照所要求的比例成像到所要作用物体的表面，从而在物体表面获得满足应用要求的任意形状和尺寸的均匀的激光光斑，以满足激光应用的需求。
文档编号H01S5/06GK202142770SQ20102059876
公开日2012年2月8日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者尧舜, 曹银花, 潘飞, 王智勇 申请人:山西飞虹激光科技有限公司