一种平板式激光器及提高光功率密度的方法

摘要

一种平板式激光器及提高光功率密度的方法，包括激光器底板，激光器底板设置有激光器芯片，激光器芯片沿光路方向依次设置快轴准直透镜、慢轴准直透镜，反射镜；对于多光束平板式激光器，该方案可以明显平衡激光器光束快慢轴方向进入光纤的角度，单排反射镜变为双排反射镜之后，束的高度差不多降到了原来光束高度的一半，这样最终形成的近场光斑更加接近于正方形，这样可以大大提高聚焦透镜的利用率、从而提高光束的密集程度，提高光功率密度该方案简单容易操作，能够更大程度上减小激光器的体积，减小激光器的单位功率体积。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器领域，特别涉及一种平板式激光器及提高光功率密度的方法。

背景技术

现在生产生活的发展对高功率激光器的需求越来越大，提高激光器的光功率密度成为大家竞相的目标之一。目前激光器的由于快慢轴发散角度存在着明显的差异，导致光斑在快慢轴方向上存在明显的差异。当激光器数目超过一定的数值激光器快慢轴方向光斑失衡之后非常容易导致数值孔径的增加，以及光功率密度下降。空间扩维、偏振合束以及耦合透镜组合等方法成为普遍使用的提高激光器光功率密度的方法。

专利文件CN105514794 A提出了一种半导体激光器，其主要技术方案是利用空间扩维和偏振合束来提高激光器的效率，专利文件CN 204349210 U也是利用空间合束和偏振复用的办法来保证激光器具有较高的光束质量。但是利用空间合束和偏振合束一定程度上会增加激光器的体积，另外光路也较为复杂。

2018年，徐丹在proceedings-of-spie刊物上发表的High brightness KW-classdirect diode lase，介绍了一种利用快慢轴耦合透镜耦合的方式如：Similarly,for agiven initial parameter(such as single emitter BPP,fiber core diameter,NA andother parameters),we have solved the optical parameters based on the couplingcondition of fiber:the focal length of coupling lens and fast and slow axiscollimating lens(同样，对于给定的初始参数(如单发射极BPP、纤芯直径、NA等参数)，我们根据光纤耦合条件求解了光学参数:耦合透镜快轴准直透镜和慢轴准直透镜的焦距)，但是本方法改善光束质量的同时也多引入了光学透镜，增加了工作步骤，和调节难度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种平板式激光器及提高光功率密度的方法，以解决光斑在快慢轴方向上存在明显的差异，导致光功率密度下降的问题。

本发明的技术方案如下：

一种平板式激光器，包括激光器底板，激光器底板设置有激光器芯片，激光器芯片沿光路方向依次设置快轴准直透镜、慢轴准直透镜，反射镜；

优选的，所述反射镜包括N排反射镜，N为大1的正整数。

进一步优选的，相邻排之间交替设置。

在此我们以N＝2为例，介绍该装置，第一排反射镜、第二排反射镜，第一排反射镜与第二排反射镜交替设置。第一排反射镜和第二排反射镜将激光器二极管出射经过快轴准直透镜、慢轴准直透镜之后的光束偏转90度。该装置中，两种反射镜交叉进行，即隔一个反射镜为同一种反射镜调节排型。因为两种反射镜近场光斑为两排，所以反射镜实际排布位置也分为两排，近场光斑在同一排的激光器反射镜在同一排。

进一步优选的，所述每排反射镜的仰角沿光路方向逐渐减小。

光束经过两排反射镜互不遮挡，所以相当于仰角的大小不再取决于物理位置上的前一路光束的反射镜是否挡光，而是同一排反射镜中前路光束的反射镜是否挡光。每排反射镜的仰角沿光路方向逐渐减小，使得反射出光线互不遮挡，这种办法在一定程度上减小了反射镜仰角，增加了光束密集程度。

一种平板式激光器及提高光功率密度的方法：

(1)激光器二极管在底板上成单排排列；

(2)每个激光二极管发出的光束首先经过快轴准直透镜准直，光束在快轴方向也就是垂直于激光器芯片的方向上变为平行光；

(3)光束经过快轴准直透镜之后经过慢轴准直透镜，光束在慢轴方向也就是沿着芯片的方向变为平行光；

(4)快慢轴准直之后光束经过反射镜偏转90度；

(5)相邻排交错设置，同排仰角沿光路方向逐渐减小，排布在底板上距离激光器二极管的光程不同，在聚焦镜上形成紧密相连的两排激光光束；

(6)激光光束经过聚焦镜聚焦最终汇聚进入光纤。

本发明的有益效果是：

1、对于多光束平板式激光器，该方案可以明显平衡激光器光束快慢轴方向进入光纤的角度，光斑排布由单排光束变为双排光束，与此同时光斑竖直方向(快轴方向)的光斑个数减小为原来的一半，大大提高了同样面积内的光板数量，这样最终形成的近场光斑更加接近于正方形，这样可以大大提高聚焦透镜的利用率。

2、该方案由同一排反射镜的前路也就是物理位置上的前前路激光器反射镜的高度决定仰角大小可以明显的减小平板式激光器反射镜的仰角大小，从而提高光束的密集程度，提高光功率密度，对于多光束平板式激光器，该方案可以将反射镜仰角减小一倍，光斑与光斑之间的距离减小为原来的一半，进一步减小了竖直方向(快轴方向)的比例，平衡快慢轴的比例失调。

3、该方案简单容易操作，平板式相比于斜坡式，能够更大程度上减小激光器的体积，减小激光器的单位功率体积。

附图说明

图1为该方案的基本结构示意图；

图2为该方案的基本结构示意图；

图3为该方案的基本结构示意图；

图4是单排反射镜时光板排布图；

图5是双排反射镜时光板排布图；

图中，1、激光器芯片；2、快轴准直透镜；3、慢轴准直透镜；4、第N排反射镜；5、激光器底板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

所述反射镜包括第一排反射镜、第二排反射镜，第一排反射镜与第二排反射镜交替设置，第一排反射镜与第二排反射镜的中心轴不重合，且本方案中激光器光束的远场光斑打在一点，近场光斑分为两排。反射镜调节分为两种，一种是最外侧反射镜，称为第二排反射镜，调节好之后，调节内侧反射镜，即第一排反射镜4，两种反射镜交叉进行，即隔一个第一排反射镜一个第二排反射镜交错设置。因为两种反射镜近场光斑为两排，所以反射镜实际排布位置也分为两排，近场光斑在同一排的激光器反射镜在同一排。光束经过两排反射镜互不遮挡，所以相当于仰角的大小不再取决于前一路光束的反射镜是否挡光，而是前路光束的反射镜是否挡光。这种办法在一定程度上减小了反射镜仰角，增加了光束密集程度。另外，光束打在聚焦镜上不再是一排而是两排，平衡了激光器近场光束在快轴方向和慢轴方向的不均衡性，充分提高了光纤数值孔径的利用效率。

实施例2：

激光器中芯片个数较多时，当两排光斑不能够平衡快慢轴方向的光斑时，可以存在N＝3，此时三排反射镜交替设置，将激光光束经过聚焦透镜之后在近场光斑形成三排光斑，反射镜的仰角进一步减小，光束密集程度进一步增加。

实施例3：

根据一种平板式激光器，还提供了一种平板式激光器及提高光功率密度的方法：

(1)激光器二极管在底板上成单排排列；

(2)每个激光二极管发出的光束首先经过快轴准直透镜准直，光束在快轴方向也就是垂直于激光器芯片的方向上变为平行光；

(3)光束经过快轴准直透镜之后经过慢轴准直透镜，光束在慢轴方向也就是沿着芯片的方向变为平行光；

(4)快慢轴准直之后光束经过反射镜偏转90度；

(5)第一排反射镜与第二排反射镜仰角相同，排布在底板上距离激光器二极管的光程不同，在聚焦镜上形成紧密相连的两排激光光束；

(6)激光光束经过聚焦镜聚焦最终汇聚进入光纤。

实施例4：

根据一种平板式激光器，还提供了一种平板式激光器及提高光功率密度的方法：

(1)激光器二极管在底板上成单排排列；

(2)每个激光二极管发出的光束首先经过快轴准直透镜准直，光束在快轴方向也就是垂直于激光器芯片的方向上变为平行光；

(3)光束经过快轴准直透镜之后经过慢轴准直透镜，光束在慢轴方向也就是沿着芯片的方向变为平行光；

(4)快慢轴准直之后光束经过反射镜偏转90度；

(5)第一排反射镜与第二排反射镜、第二排反射镜仰角相同，排布在底板上距离激光器二极管的光程不同，在聚焦镜上形成紧密相连的三排排激光光束；

(6)激光光束经过聚焦镜聚焦最终汇聚进入光纤。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。