【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于蓝光半导体激光，更具体地，涉及一种大功率蓝光半导体激光器密集光谱合束装置。
技术介绍
1、高亮度蓝光激光器是未来先进制造的重要光源之一，在动力电池、航空航天、电力系统、大型舰船换热器、新能源扁线电机中的厚铜焊接等领域有迫切的应用需求。高功率蓝色半导体激光器的发展已成为国内外竞争的焦点之一。而对于材料焊接、大功率的激光武器的应用领域，除了对激光器有着功率上的要求，高亮度同样也是衡量激光器在实际使用中的重要因素之一。如何获得具有高功率、高功率密度及高光束质量的半导体激光输出，已成为重大瓶颈技术问题。
2、自从2000年美国麻省理工大学林肯实验室首次提出采用光栅-外腔的方法对半导体激光阵列或多个光纤激光器实行外腔光谱合束以来，经过国内外十几年的研究，光栅-外腔光谱合束技术被证明是提高半导体激光光束质量、实现高亮度输出最为有效的合束技术之一。2020年，美国nuburu公司的ai-1500采用体布拉格光栅密集光谱合束技术以实现高功率耦合，连续输出功率高达1500w，是目前最高亮度的千瓦级蓝光激光器。
3、光谱合束是通过衍射光栅等色散元件将不同波长的入射光锁定于不同的波长并合束的激光合束方式。相比于空间合束、波长合束和偏振合束而言，光谱合束是从半导体激光器内部激光振荡、增益竞争及外部光学元件的相互作用出发，实现单个合束单元的光谱锁定和合束输出。密集光谱合束在光谱合束的基础上重视合束光源的波长以及线宽，可以获得光束质量更好的合束输出。开展密集光谱合束技术研究，可以大幅提升蓝光半导体激光器输出功率和亮度。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种大功率蓝光半导体激光器密集光谱合束装置，其目的在于解决现有蓝光半导体激光器高功率、高亮度难以同时实现的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种大功率蓝光半导体激光器密集光谱合束装置，包括：光纤合束单元、密集光谱合束单元和蓝光线宽压缩单元；所述光纤合束单元的输入侧通过光纤与若干个所述密集光谱合束单元相连，每一所述密集光谱合束单元的输入侧通过光纤与若干个所述蓝光线宽压缩单元相连；对于各所述蓝光线宽压缩单元：用于对两个蓝光半导体激光阵列模块输出的蓝光依次进行空间合束、线宽压缩、色散补偿和光束会聚，会聚后的光束通过光纤进入所述密集光谱合束单元；对于各所述密集光谱合束单元：用于对与其连接的若干个所述蓝光线宽压缩单元输出的光束进行光谱合束，光谱合束后的光束通过光纤进入所述光纤合束单元；所述光纤合束单元用于对各所述密集光谱合束单元输出的光束进行光纤合束后输出。
3、更进一步地，所述蓝光线宽压缩单元包括：两个蓝光半导体激光阵列模块；第一45°反射镜，位于其中一个蓝光半导体激光阵列模块的输出光路上；第一耦合镜，位于另一个蓝光半导体激光阵列模块的输出光路上，用于对两个蓝光半导体激光阵列模块输出的蓝光进行空间合束；第一衍射光栅，用于对所述第一耦合镜输出的光束进行色散；输出耦合镜，用于对所述第一衍射光栅输出的光束进行部分反射部分透射，反射光束与所述蓝光半导体激光阵列模块形成反馈，实现线宽压缩；色散补偿光栅，用于对所述输出耦合镜输出的光束进行色散补偿；第一聚焦透镜，用于对所述色散补偿光栅输出的光束进行光束会聚；第一光纤接头组，所述第一聚焦透镜输出的光束会聚进入所述第一光纤接头组，并通过所述第一光纤接头组进入所述密集光谱合束单元。
4、更进一步地，所述蓝光半导体激光阵列模块包括：依次设置的蓝光单管阵列、快轴准直镜组、慢轴准直镜组和45°反射镜组；所述蓝光单管阵列包括若干个以相同间隔排列的蓝光半导体发光单元，所述蓝光半导体发光单元、所述快轴准直镜组中的快轴准直镜、所述慢轴准直镜中的慢轴准直镜、以及所述45°反射镜组中的45°反射镜一一对应。
5、更进一步地，所述45°反射镜组用于改变所述蓝光单管阵列出射光束的方向并令光束更为密集，将参与合束的光斑控制在功率高于光斑最大亮度1/e2所限定的光斑范围内，以实现填充因子大于1的超填充模式，其中，e为自然常数。
6、更进一步地，所述第一聚焦透镜的焦距满足：
7、
8、其中，f为所述第一聚焦透镜的焦距，r为所述第一聚焦透镜聚焦前的光斑直径，θmax为光纤能接收光束的最大入射角。
9、更进一步地，所述第一耦合镜输出的光束以littrow角度入射至所述第一衍射光栅。
10、更进一步地，所述密集光谱合束单元包括：波长锁定元件组，包括若干个波长锁定元件，用于分离波长锁定过程和光谱合束过程，所述波长锁定元件与所述蓝光线宽压缩单元通过光纤一一对应；转换透镜，用于将所述波长锁定元件组输出的平行光束偏转以不同的角度入射至第二衍射光栅；第二衍射光栅，所述转换透镜输出的光束经所述第二衍射光栅作用后以相同的衍射角出射，合成为一束蓝光完成光谱合束；第二聚焦透镜，用于对所述第二衍射光栅输出的光束进行光束会聚；第二光纤接头组，所述第二聚焦透镜输出的光束会聚进入所述第二光纤接头组，并通过所述第二光纤接头组进入所述光纤合束单元。
11、更进一步地，所述光纤合束单元采用光纤熔融拉锥技术将各所述密集光谱合束单元中的光纤进行组合后通过其光纤输出，其光纤输出的光束通过输出透镜完成最终输出。
12、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
13、(1)提供一种大功率蓝光半导体激光器密集光谱合束装置，利用密集光谱合束、光纤合束相结合的方法完成多个蓝光发光单元的合束，可实现很多数量的蓝光光束的合束，大大提高了蓝光输出的功率；进一步地，在密集光谱合束前加入线宽压缩模块，可以更好得保证密集光谱合束的光束质量；通过光纤合束器输出后可以获得对称的圆形光斑，改善了光束质量；
14、此外，使用光纤的输出光作为密集光谱合束单元的输入，有效避免了常规光谱合束中出现的串扰现象；由于光纤的直径远小于激光发光模块的直径，本专利技术中进入密集光谱合束单元的光束之间间距可以大幅减小，这就意味着可以将入射光纤进行紧密排列从而减小整个装置的体积，并且使得装置可以使用更小焦距的转换透镜以达到有用光束质量更好、输出功率密度更大的合束输出的目的，从而保证在高功率输出的基础上实现高亮度；
15、(2)蓝光单元阵列合束中，利用反射镜实现了填充因子大于1的超填充模式，通过对蓝光光束的排列进行加密，在使用同样尺寸的光栅、光纤等元件时，允许更多的蓝光光束进入系统，进而增加了蓝光发光单元的数量，实现了更高功率以及亮度的输出；
16、(3)可在实际使用中灵活增减最终进入光纤合束的密集光谱合束单元的数量，非常便捷地满足不同功率需求下的蓝光输出，此外，光纤合束单元输出时，由于光纤有着十分柔软、便于弯曲等优点，可以通过扭转光纤十分便捷地改变光束输出的方向，可以适应较狭小的空间或者难度高的工本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大功率蓝光半导体激光器密集光谱合束装置，其特征在于，包括：光纤合束单元、密集光谱合束单元和蓝光线宽压缩单元；
2.如权利要求1所述的大功率蓝光半导体激光器密集光谱合束装置，其特征在于，所述蓝光线宽压缩单元包括：
3.如权利要求2所述的大功率蓝光半导体激光器密集光谱合束装置，其特征在于，所述蓝光半导体激光阵列模块包括：依次设置的蓝光单管阵列、快轴准直镜组、慢轴准直镜组和45°反射镜组；
4.如权利要求3所述的大功率蓝光半导体激光器密集光谱合束装置，其特征在于，所述45°反射镜组用于改变所述蓝光单管阵列出射光束的方向并令光束更为密集，将参与合束的光斑控制在功率高于光斑最大亮度1/e2所限定的光斑范围内，以实现填充因子大于1的超填充模式，其中，e为自然常数。
5.如权利要求2所述的大功率蓝光半导体激光器密集光谱合束装置，其特征在于，所述第一聚焦透镜的焦距满足：
6.如权利要求2所述的大功率蓝光半导体激光器密集光谱合束装置，其特征在于，所述第一耦合镜输出的光束以Littrow角度入射至所述第一衍射光栅。
7.
8.如权利要求1-6任一项所述的大功率蓝光半导体激光器密集光谱合束装置，其特征在于，所述光纤合束单元采用光纤熔融拉锥技术将各所述密集光谱合束单元中的光纤进行组合后通过其光纤输出，其光纤输出的光束通过输出透镜完成最终输出。
...【技术特征摘要】
1.一种大功率蓝光半导体激光器密集光谱合束装置，其特征在于，包括：光纤合束单元、密集光谱合束单元和蓝光线宽压缩单元；
2.如权利要求1所述的大功率蓝光半导体激光器密集光谱合束装置，其特征在于，所述蓝光线宽压缩单元包括：
3.如权利要求2所述的大功率蓝光半导体激光器密集光谱合束装置，其特征在于，所述蓝光半导体激光阵列模块包括：依次设置的蓝光单管阵列、快轴准直镜组、慢轴准直镜组和45°反射镜组；
4.如权利要求3所述的大功率蓝光半导体激光器密集光谱合束装置，其特征在于，所述45°反射镜组用于改变所述蓝光单管阵列出射光束的方向并令光束更为密集，将参与合束的光斑控制在功率高于光斑最大亮度1/e2所限定的光斑范围内，以实现填充因子大于...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈思含，唐霞辉，王修正，肖瑜，王平，胡烜瑜，郑暤翾，胡耀丹，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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