一种激光阵列合束装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光二极管阵列光束整形及耦合，具体涉及一种激光阵列合束装置。
【背景技术】
[0002]半导体激光阵列最显著的优点是电光效率高，非常适合工业加工选用，但缺点是光束质量不好，从而影响了工业应用的范围。
[0003]目前，改善其光束质量的技术一般包括相干叠加与非相干叠加两类。其中，相干叠加本质是光波振幅的叠加，能有效地改善半导体阵列输出的光束质量，但需要各叠加子光源相位同步锁定，此技术难度较大，且不容易获得大功率的同相稳定输出；非相干叠加是光强的叠加，光束整形法、偏振叠加法及波长叠加等方法，已有的光强叠加技术难以获得超高亮度的光束，且对光束质量的改善有限，大多技术均属于被动技术，且只能在已有的阵列参数下，被动地通过光束整形改善总光束质量。
【发明内容】
[0004]有鉴如此，有必要提供一种激光阵列合束装置，该激光阵列合束装置通过锁定激光阵列各发光点波长并且能使单阵列光束自动合成一单点光束，从而提高了激光阵列光束的亮度。
[0005]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0006]一种激光阵列合束装置，其特征在于，包括沿光束传输方向依次设置的激光阵列单元、柱面镜及色散单元，所述激光阵列单元包括至少一激光阵列及与所述激光阵列对应设置的快轴准直镜；
[0007]所述激光阵列出射的激光光束入射进入所述快轴准直镜，经所述快轴准直镜后的激光光束形成一维准平行光束A，所述准平行光束A入射进入所述柱面镜后形成二维准平行光束B，所述准平行光束B入射进入所述色散单元，经所述色散单元后的光束按原路返回至所述柱面镜，并经所述柱面镜后聚焦形成共同像点。
[0008]在一些实施例中，所述激光阵列为具有增益特性的半导体激光阵列或光纤激光器阵列。
[0009]在一些实施例中，所述激光阵列单元包括第一激光阵列、第二激光阵列、与所述第一激光阵列对应设置的第一快轴准直镜、与所述第二激光阵列对应设置的第二快轴准直镜及条形合束镜，所述条形合束镜包括依次间隔设置的透射镜和反射镜，所述第一激光阵列出射的激光光束经所述第一快轴准直镜后形成第一准平行光束，所述第一准平行光束透射所述透射镜，所述第二激光阵列出射的激光光束经所述第二快轴准直镜后形成第二准平行光束，所述第二准平行光束被所述反射镜反射，经所述透射镜透射的光束和经所述反射镜反射的光束形成合束光束入射进入所述柱面镜。
[0010]在一些实施例中，所述第一激光阵列和所述第二激光阵列相互垂直放置。
[0011 ] 在一些实施例中，所述柱面镜距离所述激光阵列的距离为所述柱面镜的焦距。
[0012]在一些实施例中，所述色散单元为全内反射型相位光栅。
[0013]在一些实施例中，所述全内反射型相位光栅包括本体及形成于所述本体上的光栅，所述本体为熔石英材料。
[0014]在一些实施例中，所述本体呈矩形或者直角三角形或者斜角三角形或者球面形。
[0015]在一些实施例中，所述斜角三角形的角度为布儒斯特角
[0016]在一些实施例中，还包括设置于所述共同像点所在平面的选择性反射单元，经所述柱面镜聚焦的光束依次经所述选择性反射单元、所述柱面镜、所述色散单元、所述柱面镜、所述快轴准直镜后返回至所述激光阵列。
[0017]在一些实施例中，所述选择性反射单元为柱面镜或者窄条反射镜，所述窄条反射镜包括具有透射作用的玻璃镜及镀于所述玻璃镜部分区域的部分反射膜。
[0018]本发明采用上述技术方案带来的技术效果在于:
[0019]一方面，本发明提供的激光阵列合束装置，所述激光阵列出射的激光光束入射进入所述快轴准直镜，经所述快轴准直镜后的激光光束形成一维准平行光束A，所述第一准平行光束入射进入所述柱面镜后形成二维准平行光束B，所述准平行光束B入射进入所述色散单元，经所述色散单元后的光束按原路返回至所述柱面镜，并经所述柱面镜后聚焦形成共同像点，从而能够锁定激光阵列各发光点波长并且使单阵列光束自动合成单点光束，提高了激光阵列光束的亮度。
[0020]另一方面，本发明提供的激光阵列合束装置还包括选择性反射单元，经所述柱面镜聚焦的光束依次经所述选择性反射单元、所述柱面镜、所述色散单元、所述柱面镜、所述快轴准直镜后返回至所述激光阵列，返回至所述激光阵列的光束被放大，从而实现了其作为激光振荡反馈腔的功能；同时，再经所述激光阵列出射的光束会再次经过所述选择性反射部件后返回至所述激光阵列，这样选择性反射部件起到了外腔耦合输出镜的作用，从而实现了空间不同物点经过包含色散成像外腔具有相同的公共像点的目的，进一步提高了激光阵列的亮度。
【附图说明】
[0021]图1是本发明实施例一提供的激光阵列合束装置的结构示意图。
[0022]图2是本发明实施例一一较佳方式提供的激光阵列单元的结构示意图。
[0023]图3是本体为呈矩形时本体全内反射型相位光栅的结构示意图。
[0024]图4是本体为直角三角形时本体全内反射型相位光栅的结构示意图。
[0025]图5是本体为斜角三角形时本体全内反射型相位光栅的结构示意图。
[0026]图6是本体为球面形时本体全内反射型相位光栅的结构示意图。
[0027]图7是本发明实施例二提供的激光阵列合束装置的结构示意图。
[0028]图8是本发明实施例提供的窄条反射镜反射率分布的两种分布形式。
[0029]图9是柱面镜作为选择性反射单元时公共像点位置的两种情况示意图。
【具体实施方式】
[0030]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
[0031]本发明中所述的“第一”、“第二”仅仅为了便于说明本技术方案，并不是限定本技术方案。本发明中所述的“矩形”、“直角三角形”、“斜角三角形”、“球面形”仅仅是给出了其中的一种方式，并不局限于所提到的方式。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0032]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0033]如图1所示，为本发明实施例一提供的激光阵列合束装置100包括:沿光束传输方向依次设置的激光阵列单元110、柱面镜120及色散单元130。所述激光阵列单元110包括至少一激光阵列111及与所述激光阵列111对应设置的快轴准直镜112。其中，所述激光阵列110为具有增益特性的半导体激光阵列或光纤激光器阵列。所述柱面镜120距离所述激光阵列111的距离为所述柱面镜120的焦距。
[0034]上述激光阵列合束装置100的工作方式为:所述激光阵列111出射的激光光束入射进入所述快轴准直镜112，经所述快轴准直镜112后的激光光束形成准平行光束A，所述准平行光束A入射进入所述柱面镜后形成准平行光束B，所述准平行光束B入射进入所述色散单元130，经所述色散单元130后的光束按原路返回至所述柱面镜120，并经所述柱面镜120后聚焦形成共同像点。
[0035]可以理解，由于激光阵列111是若干个独立的发光体，假定其具有不同的波长，上述发光体经过柱面镜120后变成若干束不同方向的准平行光束进入色散单元130进行衍射，衍射光基本按原路返回方向再次入射到柱面镜120，不同的波长经过色散单元130后衍射角不同，但总有这样一种情况发生，上述若干个不同波长的入射光，以不同的角度入射色散单元130后，其各自的衍射光以一相同的角度出射，再次经过柱面镜120后会聚焦与同一个点，称之为共同像点，从而能够锁定激光阵列各发光点波长并且使单阵列光束自动合成单点光束，提高了激光阵列光束的亮度。
[0036]请参阅图2，为本发明实施例--较佳方式提供的激光阵列单元110的结构示意图，包括:第一激光阵列113、第二激光阵列114、与所述第一激光阵列113对应设置的第一快轴准直镜115、与所述第二激光阵列114对应设置的第二快轴准直镜116及条形合束镜117，所述条形合束镜117包括依次间隔设置的透射镜118和反射镜119。
[0037]上述激光阵列单元110的工作方式为:所述第一激光阵列113出射的激光光束经所述第一快轴准直镜115后形成第一准平行光束，所述第一准平行光束透射所述透射镜118，所述第二激光阵列114出射的激光光束经所述第二快轴准直镜116后形成第二准平行光束，所述第二准平行光束被所述反射镜119反射，经所述透射镜透射118的光束和经所述反射镜119反射的光束形成合束光束入射进入所述柱面镜120。
[0038]可以理解，第一激光阵列113和第二激光阵列114分别为两个单独列阵组成的二维发光面阵，各自面阵前加有独立的快轴准直镜，如第一快轴准直镜115、第二快轴准直镜116，各列阵间距为2d，条形合束镜117包括依次间隔设置的透射镜118和反射镜119，其中，透射镜118对应入射光束增透，相邻的反射镜119则为全反射镜，将第一激光阵列113和第二激光阵列114垂直放置，经过条形合束镜117在快轴方向把第一激光阵列113和第二激光阵列114出射的六个线阵空间组合，组合后两个相邻的线阵间距变为d，从而有效地增加了快轴方向的光束密度，经此组合后的光束，可以获得亮度更高的合束激光输出。
[0039]所述色散单元130为全内反射型相位光栅。所述全内反射型相位光栅包括本体及形成于所述本体上的光栅，所述本体为熔石英材料。所述本体呈矩形或者直角三角形或者斜角三角形或者球面形。可以理解，直接本体材料上制作光栅可以获得抗高损伤阈值的高效光栅，如，光栅直接制作在熔石英材料上，对特定的波长在全内反射和自准直使用条件下，