具有圆化光束的高亮度光纤耦合二极管激光器制造技术

装置包括多个激光二极管和光束整形光学器件，该多个激光二极管被配置为发射各自的激光二极管光束，该激光二极管光束具有垂直的快光束发散轴和慢光束发散轴，该快光束发散轴和慢光束发散轴互相垂直于各自的光束轴，该光束整形光学器件被配置为接收激光二极管光束并在合束耦合平面处圆化激光二极管光束的合束图像空间和NA空间。在一些选定的实施例中，光束整形光学器件包括可变快轴望远镜，该可变快轴望远镜被配置为提供可变快轴放大倍数和光束位移。束位移。束位移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有圆化光束的高亮度光纤耦合二极管激光器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年8月14日提交的美国临时申请62/886,907的权益。本申请还要求于2019年8月14日提交的名称为“VARIABLE MAGNIFICATION AFOCAL TELESCOPE ELEMENT”的美国临时申请62/886,912的权益。这些申请通过引用并入本文。
[0003]本申请与2017年2月16日提交的美国申请15/435,117(其以U.S.10,261,261发布)相关，该申请通过引用并入本文。


[0004]本申请属于激光二极管光束整形与组合领域。

技术介绍

[0005]光纤激光泵浦和材料加工等应用对高功率、高亮度光纤耦合二极管激光器有很大的需求。在现有的光纤耦合激光二极管封装器件中，多个单发射极二极管激光器发射各自的光束，这些光束在快轴上堆叠，以实现功率提升和亮度提高。然而，至少对于上述应用，需要对亮度进行额外的提升。

技术实现思路

[0006]装置和方法涉及具有可用于在耦合平面处对多个激光二极管光束的合束(ensemble)图像和发散空间进行整形和圆化的光学器件的激光二极管封装件。
[0007]根据所公开技术的一个方面，装置包括多个激光二极管和光束整形光学器件，所述多个激光二极管被配置为发射各自的激光二极管光束，所述激光二极管光束具有垂直的快光束发散轴和慢光束发散轴，所述快光束发散轴和所述慢光束发散轴互相垂直于各自的光束轴；所述光束整形光学器件被配置为接收所述激光二极管光束并在合束耦合平面处圆化所述激光二极管光束的合束图像空间和NA空间。在一些示例中，所述光束整形光学器件包括具有不同焦距的多个快轴准直器和具有不同焦距的多个慢轴准直器，所述多个快轴准直器被配置为使分别接收的光束产生不同的相应的快轴放大倍数；所述多个慢轴准直器被配置为使分别接收的光束产生不同的相应的慢轴放大倍数。在一些示例中，所述激光二极管被布置在基座的台阶(stairs)上，使得所述快光束发散轴彼此平行且彼此间隔开，并且使得所述光束轴沿平行的所述快光束发散轴的方向彼此非线性地间隔开。在一些示例中，所述光束整形光学器件还包括快轴光束压缩器，所述快轴光束压缩器被配置为接收具有相应放大倍数的激光二极管光束作为准直光束，并沿快轴方向产生无焦非线性光束位移。在一些示例中，所述光束整形光学器件包括无焦快轴望远镜，所述无焦快轴望远镜被配置为接收所述激光二极管光束作为快轴准直光束和慢轴准直光束，其中所述光束轴彼此平行并沿公共快轴堆叠以限定相对于所述无焦快轴望远镜的光轴的多个初始光束位移，并被配置为沿所述公共快轴压缩所述激光二极管光束，使得由于相对于所述光轴的输入光束位移的线性增加，所述无焦快轴望远镜产生增加的快轴压缩光束放大倍数和相对于所述光轴的压
缩光束位移的非线性增加。在一些无焦快轴望远镜示例中，所述光束整形光学器件还包括具有不同焦距的多个慢轴准直器，所述多个慢轴准直器被配置为使各激光二极管光束产生不同的相应的慢轴放大倍数。在一些无焦快轴望远镜示例中，所述多个激光二极管包括对于所述激光二极管中的不同激光二极管而言不同的波导尺寸，以限定沿所述慢轴光束发散轴不同的各发散度。在一些无焦快轴望远镜示例中，所述无焦望远镜包括具有各自曲率的第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面通过针对相对于所述光轴具有较小输入光束位移的激光二极管光束沿所述公共快轴在所述合束耦合平面处拉长图像以及针对相对于所述光轴具有较大输入光束位移的激光二极管光束沿所述公共快轴在所述合束耦合平面处缩短图像来圆化所述激光二极管光束在所述合束耦合平面处的所述合束图像空间和NA空间。在一些示例中，所述光束整形光学器件包括多个慢轴准直器对，所述多个慢轴准直器对包括第一慢轴准直器和第二慢轴准直器，每个慢轴准直器对被配置为接收所述激光二极管光束中的一个并在所述第二慢轴准直器之后产生慢轴准直光束；其中，所述第一慢轴准直器具有公共焦距，所述第二慢轴准直器具有公共焦距；其中，对于每个慢轴准直器对，所述对中的第一慢轴准直器与第二慢轴准直器之间的距离以及二极管刻面与所述第一慢轴准直器之间的距离被布置为针对不同的各激光二极管光束产生不同的慢轴图像放大倍数。在一些第一SAC和第二SAC示例中，所述激光二极管被布置在基座的台阶上，使得所述快光束发散轴彼此平行且彼此间隔开，并且使得所述光束轴沿平行的所述快光束发散轴的方向彼此非线性地间隔开。在一些第一SAC和第二SAC示例中，所述光束整形光学器件包括无焦快轴望远镜，所述无焦快轴望远镜被配置为接收所述激光二极管光束作为快轴准直光束和慢轴准直光束，其中所述光束轴彼此平行并沿公共快轴堆叠以限定相对于所述无焦快轴望远镜的光轴的多个初始光束位移，并被配置为沿所述公共快轴压缩所述激光二极管光束，使得由于相对于所述光轴的输入光束位移的线性增加，所述无焦快轴望远镜产生增加的快轴压缩光束放大倍数和相对于所述光轴的压缩光束位移的非线性增加。在一些示例中，所述光束整形光学器件包括多个第一慢轴准直器和公共的第二慢轴准直器，所述多个第一慢轴准直器被配置为接收相应的激光二极管光束，其中所述第一慢轴准直器具有不同的焦距；所述公共的第二慢轴准直器被配置为接收所述激光二极管光束并在所述第二慢轴准直器之后产生相应的慢轴准直光束；其中，所述第一慢轴准直器与所述第二慢轴准直器之间的距离以及二极管刻面与所述第一慢轴准直器之间的距离被布置为针对不同的各激光二极管光束产生不同的慢轴图像放大倍数。在一些示例中，所述激光二极管被布置在基座的台阶上，使得所述快光束发散轴彼此平行且彼此间隔开，并且使得所述光束轴沿平行的所述快光束发散轴的方向彼此非线性地间隔开。在第一SAC的一些示例中，所述光束整形光学器件包括无焦快轴望远镜，所述无焦快轴望远镜被配置为接收所述激光二极管光束作为快轴准直光束和慢轴准直光束，其中所述光束轴彼此平行并沿公共快轴堆叠以限定相对于所述无焦快轴望远镜的光轴的多个初始光束位移，并被配置为沿所述公共快轴压缩所述激光二极管光束，使得由于相对于所述光轴的输入光束位移的线性增加，所述无焦快轴望远镜产生增加的快轴压缩光束放大倍数和相对于所述光轴的压缩光束位移的非线性增加。在一些示例中，所述光束整形光学器件包括无焦快轴望远镜和无焦慢轴望远镜，所述无焦快轴望远镜被配置为接收所述激光二极管光束，其中所述光束轴彼此平行并沿公共快轴堆叠，并且被配置为沿所述公共快轴压缩光束，使得由于相对于所述无焦快轴望远镜的光轴
沿所述公共快轴的平行输入光束位移的线性增加，所述无焦快轴望远镜产生减小的快轴图像放大倍数和沿所述公共快轴的透射的平行光束位移的非线性增加；所述无焦慢轴望远镜被配置为接收所述激光二极管光束，其中所述光束轴彼此平行并沿所述公共快轴堆叠，并且被配置为由于相对于所述无焦慢轴望远镜的光轴沿所述公共快轴的平行输入光束位移的增加而产生慢轴图像放大倍数的增加。在一些示例中，所述无焦快轴望远镜和所述无焦慢轴望远镜形成组合式无焦望远镜，所述组合式无焦望远镜具有围绕公共光轴旋转对称的至少一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，包括：多个激光二极管，所述多个激光二极管被配置为发射各自的激光二极管光束，所述激光二极管光束具有垂直的快光束发散轴和慢光束发散轴，所述快光束发散轴和所述慢光束发散轴互相垂直于各自的光束轴；和光束整形光学器件，所述光束整形光学器件被配置为接收所述激光二极管光束并在合束耦合平面处圆化所述激光二极管光束的合束图像空间和NA空间。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光束整形光学器件包括：具有不同焦距的多个快轴准直器，所述多个快轴准直器被配置为针对被分别接收的光束产生不同的相应的快轴放大倍数；和具有不同焦距的多个慢轴准直器，所述多个慢轴准直器被配置为针对被分别接收的光束产生不同的相应的慢轴放大倍数。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述激光二极管被布置在基座的台阶上，使得所述快光束发散轴彼此平行且彼此间隔开，并且使得所述光束轴沿平行的所述快光束发散轴的方向彼此非线性地间隔开。4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述光束整形光学器件还包括快轴光束压缩器，所述快轴光束压缩器被配置为接收具有相应的放大倍数的激光二极管光束作为准直光束，并沿快轴方向产生无焦非线性光束位移。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光束整形光学器件包括：无焦快轴望远镜，所述无焦快轴望远镜被配置为接收所述激光二极管光束作为快轴准直光束和慢轴准直光束，其中所述光束轴彼此平行并沿公共快轴堆叠以限定相对于所述无焦快轴望远镜的光轴的多个初始光束位移，并且被配置为沿所述公共快轴压缩所述激光二极管光束，使得由于相对于所述光轴的输入光束位移的线性增加，所述无焦快轴望远镜产生增加的快轴压缩光束放大倍数和相对于所述光轴的压缩光束位移的非线性增加。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述光束整形光学器件还包括具有不同焦距的多个慢轴准直器，所述多个慢轴准直器被配置为针对各激光二极管光束产生不同的相应的慢轴放大倍数。7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述多个激光二极管包括对于所述激光二极管中的不同激光二极管而言不同的波导尺寸，以限定沿所述慢轴光束发散轴的不同的各发散度。8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述无焦望远镜包括具有各自曲率的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面通过针对相对于所述光轴具有较小输入光束位移的激光二极管光束沿所述公共快轴在所述合束耦合平面处拉长图像以及针对相对于所述光轴具有较大输入光束位移的激光二极管光束沿所述公共快轴在所述合束耦合平面处缩短图像来圆化所述激光二极管光束在所述合束耦合平面处的所述合束图像空间和所述NA空间。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光束整形光学器件包括：多个慢轴准直器对，其包括第一慢轴准直器和第二慢轴准直器，每个慢轴准直器对被配置为接收所述激光二极管光束中的一个并在所述第二慢轴准直器之后产生慢轴准直光束；其中，所述第一慢轴准直器具有公共焦距，所述第二慢轴准直器具有公共焦距；
其中，对于每个慢轴准直器对，所述对的第一慢轴准直器与第二慢轴准直器之间的距离以及二极管刻面与所述第一慢轴准直器之间的距离被布置为针对不同的各激光二极管光束产生不同的慢轴图像放大倍数。10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述激光二极管被布置在基座的台阶上，使得所述快光束发散轴彼此平行且彼此间隔开，并且使得所述光束轴沿平行的所述快光束发散轴的方向彼此非线性地间隔开。11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述光束整形光学器件包括：无焦快轴望远镜，所述无焦快轴望远镜被配置为接收所述激光二极管光束作为快轴准直光束和慢轴准直光束，其中所述光束轴彼此平行并沿公共快轴堆叠以限定相对于所述无焦快轴望远镜的光轴的多个初始光束位移，并被配置为沿所述公共快轴压缩所述激光二极管光束，使得由于相对于所述光轴的输入光束位移的线性增加，所述无焦快轴望远镜产生增加的快轴压缩光束放大倍数和相对于所述光轴的压缩光束位移的非线性增加。12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光束整形光学器件包括：多个第一慢轴准直器，所述多个第一慢轴准直器被配...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈之纲，J，
申请(专利权)人：恩耐公司，
类型：发明
国别省市：