基于波长合束技术的双波长多单巴半导体激光合束装置

摘要

本发明涉及半导体激光技术领域，公开了基于波长合束技术的双波长多单巴半导体激光合束装置，包括水冷板；第一阶梯热沉安装在水冷板上；第一合束模块安装在第一阶梯热沉，用于发出第一激光波长；第二阶梯热沉安装在水冷板上；第二合束模块安装在第二阶梯热沉，用于发出第二激光波长；反射镜用于反射第一激光波长；波长合束镜设于反射镜前方，波长合束镜用于反射第二激光波长以及对第一激光波长和第二激光波长合束；聚焦镜安装在水冷板上，用于对第一激光波长和第二激光波长聚焦。本发明实现单台激光器实现双波高功率输出，整体结构紧凑，易于热管理，适于激光加工等领域。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光技术领域，特别涉及一种基于波长合束技术的双波长多单巴半导体激光合束装置。

背景技术

近年来随着技术的进步，激光加工应用越来越广泛,多波长复合加工工艺发展迅速。如铜、镍等金属焊接工艺中，采用蓝光或绿光与红外光复合照射，可利用铜、镍等金属对蓝光、绿光吸收效率高的特点，提高焊接厚度，应用于新能源电池封焊等领域。

目前常用的双波长复合方式是采用两台不同波长的激光器，利用复合激光加工头将两波长激光复合在同一个焦点上对材料进行照射加工，如此技术制造的的设备通常尺寸较大。

故需对此作出改进。

发明内容

本发明解决的技术问题是针对上述现有技术中存在的缺陷，提供一种基于波长合束技术的双波长多单巴半导体激光合束装置,其主要目的是通过将第一合束模块和第二合束模块进行空间合束，将多波长高功率的激光会聚到一个点或耦合进光纤进行传输，以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：基于波长合束技术的双波长多单巴半导体激光合束装置，包括：水冷板；第一阶梯热沉，所述第一阶梯热沉安装在所述水冷板上；第一合束模块，所述第一合束模块安装在所述第一阶梯热沉，所述第一合束模块用于发出第一激光波长；第二阶梯热沉，所述第二阶梯热沉安装在所述水冷板上，所述第二阶梯热沉设置在所述第一阶梯热沉一侧；第二合束模块，所述第二合束模块安装在所述第二阶梯热沉，所述第二合束模块用于发出第二激光波长；反射镜，所述反射镜安装在所述第一阶梯热沉与所述第二阶梯热沉之间，所述反射镜用于反射第一激光波长；波长合束镜，所述波长合束镜安装在所述第一阶梯热沉与所述第二阶梯热沉之间，所述波长合束镜设于所述反射镜前方，所述波长合束镜用于反射第二激光波长以及对第一激光波长和第二激光波长合束；聚焦镜，所述聚焦镜安装在所述水冷板上，所述聚焦镜用于对第一激光波长和第二激光波长聚焦。

进一步地，所述第一合束模块包括一个以上的第一单巴半导体激光器、与所述第一单巴半导体激光器数量适配的第一快轴准直镜、与所述第一单巴半导体激光器数量适配的第一光束转换镜、与所述第一单巴半导体激光器数量适配的第一慢轴准直镜以及与所述第一单巴半导体激光器数量适配的第一反射镜，所述第一单巴半导体激光器安装在所述第一阶梯热沉上，所述第一快轴准直镜安装在所述第一单巴半导体激光器的出光口，所述第一光束转换镜设置在所述第一快轴准直镜前侧，所述第一慢轴准直镜设置在所述第一光束转换镜的前侧，所述第一反射镜设置在所述第一慢轴准直镜的前侧。

进一步地，所述第一阶梯热沉设有与所述第一单巴半导体激光器数量适配的阶梯。

进一步地，所述第一快轴准直镜、所述第一光束转换镜以及所述第一慢轴准直镜上镀有第一增透膜，所述第一反射镜上镀有第一反射膜，所述第一反射膜用于将第一激光波长反射至所述反射镜。

进一步地，所述反射镜上镀有反射膜，所述反射膜用于将第一激光波长发射至所述波长合束镜。

进一步地，所述第二合束模块包括一个以上的第二单巴半导体激光器、与所述第二单巴半导体激光器数量适配的第二快轴准直镜、与所述第二单巴半导体激光器数量适配的第二光束转换镜、与所述第二单巴半导体激光器数量适配的第二慢轴准直镜以及与所述第二单巴半导体激光器数量适配的第二反射镜，所述第二单巴半导体激光器安装在所述第二阶梯热沉上，所述第二快轴准直镜安装在所述第二单巴半导体激光器的出光口，所述第二光束转换镜设置在所述第二快轴准直镜前侧，所述第二慢轴准直镜设置在所述第二光束转换镜的前侧，所述第二反射镜设置在所述第二慢轴准直镜的前侧。

进一步地，所述第二阶梯热沉设有与所述第二单巴半导体激光器数量适配的阶梯。

进一步地，所述第二快轴准直镜、所述第二光束转换镜以及所述第二慢轴准直镜上镀有第二增透膜，所述第二反射镜上镀有第二反射膜，所述第二反射膜用于将第二激光波长反射至所述波长合束镜。

进一步地，所述波长合束镜上镀有用于第二激光波长的第三反射膜以及第一激光波长的第三增透膜。

进一步地，所述聚焦镜上镀有用于第一激光波长和第二激光坡长的第四增透膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过将第一合束模块和第二合束模块通过反射镜、波长合束镜合束，经由聚焦镜将聚焦，能够在单台激光器上进行实现双波长进行高功率及光输出，其整体结构更为紧凑，易于热管理，更适于激光加工等领域。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是第一合束模块的结构示意图。

图3是第一合束模块的局部放大结构示意图。

图4是第二合束模块的结构示意图。

图5是第二合束模块的局部放大结构示意图。

图6是本发明的原理结构示意图。

附图标记：1.水冷板；2.第一阶梯热沉；3.第一合束模块；4.第二阶梯热沉；5.第二合束模块；6.反射镜；7.波长合束镜；8.聚焦镜；9.第一单巴半导体激光器；10.第一快轴准直镜；11.第一光束转换镜；12.第一慢轴准直镜；13.第一反射镜；14.第二单巴半导体激光器；15.第二快轴准直镜；16.第二光束转换镜；17.第二慢轴准直镜；18.第二反射镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“若干个”、“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

鉴于背景技术所记载的技术问题，如图1-6所示，提供了一种基于波长合束技术的双波长多单巴半导体激光合束装置，包括：水冷板1；第一阶梯热沉2，所述第一阶梯热沉2安装在所述水冷板1上；第一合束模块3，所述第一合束模块3安装在所述第一阶梯热沉2，所述第一合束模块3用于发出第一激光波长；第二阶梯热沉4，所述第二阶梯热沉4安装在所述水冷板1上，所述第二阶梯热沉4设置在所述第一阶梯热沉2一侧；第二合束模块5，所述第二合束模块5安装在所述第二阶梯热沉4，所述第二合束模5块用于发出第二激光波长；反射镜6，所述反射镜6安装在所述第一阶梯热沉2与所述第二阶梯热沉4之间，所述反射镜6用于反射第一激光波长；波长合束镜7，所述波长合束镜7安装在所述第一阶梯热沉2与所述第二阶梯热沉4之间，所述波长合束镜7设于所述反射镜6前方，所述波长合束镜7用于反射第二激光波长以及对第一激光波长和第二激光波长合束；聚焦镜8，所述聚焦镜8安装在所述水冷板1上，所述聚焦镜8用于对第一激光波长和第二激光波长聚焦。

水冷板1在使用中与水冷系统进行连接使用，其用于对第一合束模块3和第二合束模块5进行热管理，第一合束模块3和第二合束模块5可通过螺丝固定的方式分别安装在第一阶梯热沉2和第二阶梯热沉4上，热沉主要起散热作用，反射镜6可通过紫外固化胶固定在第一阶梯热沉2和第二阶梯热沉4上，聚焦镜8可采用单片聚焦镜或者多片镜组成聚焦透镜组，将第一激光波长和第二激光波长进行聚焦至一点使用或者耦合至光纤传输使用。

在实际使用中，通过第一合束模块3产生第一激光波长，第一激光波长为915nm，第二合束模块5产生第二激光波长，第二激光波长为450nm,产生的第一激光波长经过反射镜6反射至波长合束镜7，第二激光波长发射至波长合束镜7,从而完成第一激光波长和第二激光波长的合束，通过聚焦镜8将合束后的激光聚集，使其具有较大的功率密度。通过上述的设计结构，能够在单台激光器上进行实现双波长进行高功率及光输出，其整体结构更为紧凑，易于热管理，更适于激光加工等领域。

如图2-3所示，所述第一合束模块3包括一个以上的第一单巴半导体激光器9、与所述第一单巴半导体激光器9数量适配的第一快轴准直镜10、与所述第一单巴半导体激光器9数量适配的第一光束转换镜11、与所述第一单巴半导体激光器9数量适配的第一慢轴准直镜12以及与所述第一单巴半导体激光器9数量适配的第一反射镜13，所述第一单巴半导体激光器9安装在所述第一阶梯热沉2上，所述第一快轴准直镜10安装在所述第一单巴半导体激光器9的出光口，所述第一光束转换镜11设置在所述第一快轴准直镜10前侧，所述第一慢轴准直镜12设置在所述第一光束转换镜11的前侧，所述第一反射镜13设置在所述第一慢轴准直镜12的前侧。

以上提供了在实施中可采用的第一合束模块3，根据实际的使用场景中，其第一单巴半导体激光器9、第一快轴准直镜10、第一光束转换镜11、第一慢轴准直镜12以及第一反射镜13组成一组，在使用时，可选择所需的数量，在该实施例中，其采用三组，每组之间呈线性排布，对于第一快轴准直镜10可通过紫外固化胶固定在第一单巴半导体激光器9，第一光束转换镜11可通过紫外固化胶固定第一单巴半导体激光器9的前方，第一慢轴准直镜12可通过紫外固化胶固定第一光束转换镜11的前方，第一反射镜13可通过紫外固化胶固定第一慢轴准直镜12的前方。第一单巴半导体激光器9的发光点、第一快轴准直镜10、第一光束转换镜11、第一慢轴准直镜12、第一反射镜13同轴，即为光轴，其中反射镜13与光轴成45°，第一单巴半导体激光器9发出的光经过第一快轴准直镜10、第一光束转换镜11、第一慢轴准直镜12后获得准直光束，经过第一反射镜13后传播方向90°转折，n组光束经过90°转折后合束朝一个方向传输。

在实施中，所述第一阶梯热沉2设有与所述第一单巴半导体激光器9数量适配的阶梯14。第一阶梯热沉2为阶梯结构，由n级阶梯构成，第一单巴半导体激光器9、第一快轴准直镜10、第一光束转换镜11、第一慢轴准直镜12、第一反射镜13共n组安装在第一阶梯热沉2每级阶梯上。

所述第一快轴准直镜10、所述第一光束转换镜11以及所述第一慢轴准直镜12上镀有第一增透膜，所述第一反射镜13上镀有第一反射膜，所述第一反射膜用于将第一激光波长反射至所述反射镜6。

所述反射镜6上镀有反射膜，所述反射膜6用于将第一激光波长发射至所述波长合束镜7。

使用时，第一单巴半导体激光器9发出的光竖直方向为快轴方向，水平方向为慢轴方向。光束经过第一快轴准直镜10后快轴方向获得准直；再经过第一光束转换镜11，光斑沿光轴方向旋转90°，即快轴方向变为水平方向，慢轴方向变为竖直方向；再进一步经过第一慢轴准直镜12后，慢轴方向获得准直。

光束经过第一快轴准直镜10、第一光束转换镜11、第一慢轴准直镜12后，快轴与慢轴都获得准直，且两轴光束质量获得匀化。

再进一步经过第一反射镜13后传播方向90°转折。由于阶梯结构排列，每组光束竖直方向上尺寸小于2mm，3组光束经过90°转折后不经过第一反射镜13遮挡，合束朝一个方向传输.

参考图4-5所示，所述第二合束模块5包括一个以上的第二单巴半导体激光器14、与所述第二单巴半导体激光器14数量适配的第二快轴准直镜15、与所述第二单巴半导体激光器14数量适配的第二光束转换镜16、与所述第二单巴半导体激光器14数量适配的第二慢轴准直镜17以及与所述第二单巴半导体激光器14数量适配的第二反射镜18，所述第二单巴半导体激光器14安装在所述第二阶梯热沉4上，所述第二快轴准直镜15安装在所述第二单巴半导体激光器14的出光口，所述第二光束转换镜16设置在所述第二快轴准直镜15前侧，所述第二慢轴准直镜17设置在所述第二光束转换镜16的前侧，所述第二反射镜18设置在所述第二慢轴准直镜17的前侧。

其中，第二合束模块5的结构布置和原理可参考以上第一合束模块3，对子不再进行赘述。第二合束模块5安装方式与第一合束模块3相同，第二阶梯热沉4方向与第一合束模块1相反，合束后第二激光波长传输方向也与第一合束模块的第一激光波长方向相反。第一合束模块3的第一阶梯热沉2与第二合束模块5的第二阶梯热沉4最低级阶梯紧贴，沿激光出光方向错开一段距离。如图所示案例第一合束模块3与第二合束模块5的单巴半导体激光器出光方向相同，第二合束模块5沿出光方向较第一合束模块3错后一段距离。

反射镜6通过紫外固化胶固定在第一阶梯热沉2和第二阶梯热沉4最低级阶梯上，与第一合束模块3合束后光束成45°，第一合束模块3合束后光束经过反射镜6后90°转折，与第二合束模块5合束后光束夹角90°。

所述第二阶梯热沉4设有与所述第二单巴半导体激光器14数量适配的阶梯。

所述第二快轴准直镜15、所述第二光束转换镜16以及所述第二慢轴准直镜17上镀有第二增透膜，所述第二反射镜18上镀有第二反射膜，所述第二反射膜18用于将第二激光波长反射至所述波长合束镜7。

所述波长合束镜7上镀有用于第二激光波长的第三反射膜以及第一激光波长的第三增透膜。波长合束镜7是一种二向色镜，对第一合束模块3发出的光镀45°第三增透膜，对第二合束模块5发出的光镀45°第三反射膜。

所述聚焦镜8上镀有用于第一激光波长和第二激光坡长的第四增透膜。

以上并非对本发明的技术范围作任何限制，凡依据本发明技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。