高功率半导体激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种高功率半导体激光器，包括用于输出多束激光的多个激光单元和将所述多束激光合成的光纤合束器，所述激光单元包括激光器、将所述激光器发射的激光光束依次进行快慢轴准直、圆化及及匀化处理的光束整形系统，和将经匀化处理后的激光光束依次进行准直和聚焦的组合透镜；将多个激光器发射的激光光束经圆化、匀化、准直和聚焦处理后耦合到光纤合束器中进行合束，可以得到高质量、高功率的激光光束，无需复杂的光学器件，结构简单可靠。

High power semiconductor laser

The invention relates to a high power semiconductor laser, the laser output unit includes a plurality of multi beam laser and the multi beam laser synthetic fiber combiner, the laser unit comprises a laser, the laser beam emitted by the laser in fast axis. And round and homogenization treatment beam shaping system and lens combination laser beams by homogenizing treatment after sequentially collimating and focusing; a plurality of laser beams through circular laser, homogenizing, collimating and focusing after the treatment of combined beam is coupled into an optical fiber splitter, a laser beam can get high quality and high power. And without complex optical devices, the structure is simple and reliable.

【技术实现步骤摘要】
高功率半导体激光器
本专利技术涉及激光领域，特别是涉及一种高功率半导体激光器。
技术介绍
随着半导体激光器相关技术的飞速发展，高功率(千瓦级至万瓦级)半导体激光器已经越来越多的应用在中厚板、钢板以及其他金属的焊接及切割加工中，提升半导体激光器的输出功率变得尤为重要。目前，国内外高功率半导体激光器主要是通过巴条半导体激光器的叠阵，经过自由空间光束整形及合束的方法扩展耦合输出，若要进一步提升激光功率，就只有增加叠阵巴条激光器的数目。这种方法涉及的光学设计复杂，元器件繁多，对结构件精细度要求极高，增加了整个激光器设计及安装的难度，并且不利于获得好的激光光束质量。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种高功率半导体激光器，结构简单，能够输出高质量、高功率的激光光束。一种高功率半导体激光器，包括：用于输出多束激光的多个激光单元和将所述多束激光合成的光纤合束器，所述激光单元包括激光器、将所述激光器发射的激光光束依次进行快慢轴准直、圆化及匀化处理的光束整形系统，和将经匀化处理后的激光光束依次进行准直和聚焦的组合透镜。上述高功率半导体激光器，包括用于输出多束激光的多个激光单元和将所述多束激光合成的光纤合束器，所述激光单元包括激光器、将所述激光器发射的激光光束依次进行快慢轴准直、圆化和匀化处理的光束整形系统，和将经匀化处理后的激光光束依次进行准直和聚焦的组合透镜；将多个激光器发射的激光光束经快慢轴准直、圆化、匀化、准直和聚焦处理后耦合到光纤合束器中进行合束，可以得到高质量、高功率的激光光束，无需复杂的光学器件，结构简单可靠。在其中一个实施例中，所述光束整形系统包括将所述激光器发射的激光光束进行快慢轴准直处理的快慢轴准直镜片，和将经快慢轴准直处理后的激光光束进行圆化和匀化处理的光束整形镜片。在其中一个实施例中，所述快慢轴准直镜片为微柱透镜阵列。在其中一个实施例中，所述光束整形镜片为微片棱镜堆。在其中一个实施例中，所述光束整形镜片为阶梯型反射镜或折反棱镜组。在其中一个实施例中，所述多个激光单元输出的多束激光通过多根输出光纤耦合到光纤合束器中，所述光纤合束器的进光光纤的数量与所述输出光纤的数量相等。在其中一个实施例中，所述光纤合束器的输出端为QBH光纤。在其中一个实施例中，所述组合透镜包括将经匀化处理后的激光光束进行准直的准直透镜，和将经准直后的激光光束进行聚焦的聚焦透镜。在其中一个实施例中，所述准直透镜和聚焦透镜均由两片或两片以上的凹凸透镜组合而成。在其中一个实施例中，所述激光器为巴条半导体激光器。附图说明图1为一实施例中高功率半导体激光器的结构示意图；图2为一实施例中激光单元的结构示意图。具体实施方式参见图1和图2，图1为一实施例中高功率半导体激光器的结构示意图，图2为一实施例中激光单元的结构示意图。在本实施例中，该高功率半导体激光器，包括：用于输出多束激光的多个激光单元10和将所述多束激光合成的光纤合束器20，所述激光单元10包括激光器11、将所述激光器11发射的激光光束依次进行快慢轴准直，圆化及匀化处理的光束整形系统，和将经匀化处理后的激光光束依次进行准直和聚焦的组合透镜。光纤合束器20可以将多束光耦合成一束光，将多个激光单元10输出的激光耦合到光纤耦合器20中，进而获得更高功率的激光。在耦合的过程中，根据需要获取的激光功率和激光单元的输出功率，选择激光单元10的数量以及光纤合束器20的规格。激光器11发射的激光经由组合镜片聚焦耦合到输出光纤40中，实现激光单元10的带尾纤输出。将多个激光单元10发射的激光通过多根输出光纤40熔接输入到光纤合束器20中进行合束。光纤合束器20的进光光纤的数量应该与该输出光纤40的数量相等，即与激光单元10的数量相等。同时，根据需要获取的激光功率和激光单元10的输出功率确定光纤合束器20的数值孔径。该光纤合束器20的输出端采用QBH光纤(QuartzBlockHead，带有石英柱)，该QBH光纤采用直径为毫米级的光纤石英柱，增加了通光面积，有效的提高了光纤的损伤阈值，提高了光纤耦合器20的输出功率。多束激光经光纤合束器20合束后，输出到QBH光纤30中，以实现远距离的传输。每个激光单元10在输出激光之前先对激光器11发出的激光光束依次进行快慢轴准直、圆化、匀化、准直和聚焦处理，优化每束激光的性能，保障其输出功率。激光器11，如巴条半导体激光器，由于其增益介质的物理特性，发射的激光光束的光斑呈椭圆形，该光斑在快轴和慢轴上都有一定的发散角，且快轴比慢轴上的激光分量的发散角大，需要对其进行快慢轴准直处理，压缩两个方向的发散角，使得激光光束平行传输，减少激光光束的传输损耗。在其中一个实施例中，通过快慢轴准直镜片对激光器11发出的激光光束进行快慢轴准直处理，该快慢轴准直镜片可以为微柱透镜阵列12。对经过快慢轴准直处理后的激光光束还需要进行圆化及匀化处理，使得激光光束的光斑呈圆形，光斑在快轴和慢轴上的发散角一致，同时改变激光光束的光强分布，以达到整形的目的。在其中一个实施例中，通过光束整形镜片对经准直处理后的激光光束进行圆化及匀化处理，该光束整形镜片可以为微片棱镜堆13、阶梯型反射镜或折反棱镜组。微片棱镜堆13可以对激光光束进行分割、变换和重排，改变激光的光强分布，使得输出的激光光束均匀对称分布，以便进行后续的准直聚焦处理，获得优质的激光光束。在其中一个实施例中，组合透镜包括将经匀化处理后的激光光束进行准直的准直透镜14，和将经准直后的激光光束进行聚焦的聚焦透镜15。该准直透镜14和聚焦透镜15均由两片或两片以上的凹凸透镜组合而成。如准直透镜14采用一片凸透镜和一片凹透镜组成，两片透镜的曲率一致，激光光束经过该准直透镜14后，以平行光的分布状态输出至聚焦透镜15，由聚焦透镜15对该平行激光光束进行聚焦处理，将激光光束汇聚于聚焦透镜15的焦点处，进而将聚焦后的激光光束耦合至输出光纤40中。上述高功率半导体激光器，将多个激光器10发射的激光光束经圆化、匀化、准直和聚焦处理后通过多根输出光纤40耦合到光纤合束器20中进行合束。分别采用微柱透镜阵列12对激光器11发射的激光光束进行准直处理，压缩快慢轴发散角，再通过微片棱镜堆13对该激光光束进行圆化和匀化整形，得到光强均匀对称分布的激光光束，进而对该激光光束进行准直和聚焦，使其汇聚于聚焦透镜15的焦点处。将聚焦后的多束激光耦合至输出光纤40中，最终通过光纤合束器20进行合束，进而得到高质量、高功率的激光光束，无需复杂的光学器件，结构简单可靠。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本专利技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。因此，本专利技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率半导体激光器，其特征在于，包括：用于输出多束激光的多个激光单元和将所述多束激光合成的光纤合束器，所述激光单元包括激光器、将所述激光器发射的激光光束依次进行快慢轴准直、圆化及匀化处理的光束整形系统，和将经匀化处理后的激光光束依次进行准直和聚焦的组合透镜。

【技术特征摘要】
1.一种高功率半导体激光器，其特征在于，包括：用于输出多束激光的多个激光单元和将所述多束激光合成的光纤合束器，所述激光单元包括激光器、将所述激光器发射的激光光束依次进行快慢轴准直、圆化及匀化处理的光束整形系统，和将经匀化处理后的激光光束依次进行准直和聚焦的组合透镜。2.根据权利要求1所述的高功率半导体激光器，其特征在于，所述光束整形系统包括将所述激光器发射的激光光束进行快慢轴准直处理的快慢轴准直镜片，和将经快慢轴准直处理后的激光光束进行圆化及匀化处理的光束整形镜片。3.根据权利要求2所述的高功率半导体激光器，其特征在于，所述快慢轴准直镜片为微柱透镜阵列。4.根据权利要求2所述的高功率半导体激光器，其特征在于，所述光束整形镜片为微片棱镜堆。5.根据权利要求2所述的高功率半导体激光器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宝华，杨蓉，方志强，张继雪，罗又辉，王瑾，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44