專利名稱：一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大功率半導(dǎo)體激光系統(tǒng)中的多光束耦合輸出裝置，該裝置采用 波長(zhǎng)耦合與偏振耦合相結(jié)合的方法將四組半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出的兩種波長(zhǎng)的光束合成一 束，屬于激光光電子及其應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大功率半導(dǎo)體激光器因其體積小、光電轉(zhuǎn)換率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用 于材料加工、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域，尤其是高光束質(zhì)量、高亮度的千瓦級(jí)大功率半導(dǎo)體激 光器應(yīng)用更加廣泛。目前，國(guó)際上為了實(shí)現(xiàn)大功率的半導(dǎo)體激光輸出，常采用的方法有空間多路耦 合方法，偏振耦合方法以及波長(zhǎng)耦合方法。例如德國(guó)JENOPTIK Laserdiode GmbH公司 利用反射鏡、波長(zhǎng)耦合器和偏振耦合器實(shí)現(xiàn)了兩種波長(zhǎng)、四個(gè)半導(dǎo)體激光陣列的光束耦 合輸出。此種方法雖然能夠得到高功率的激光輸出，但是由于未加光束整形裝置且最終 經(jīng)過(guò)偏振耦合器的兩路光的光程不同，使得輸出光束的光束質(zhì)量受到一定影響。專利號(hào)為200910076298.3的發(fā)明專利中提供了一種光束復(fù)合裝置，雖然解決了 JENOPTIK Laserdiode GmbH所采用的方法中的問(wèn)題，但由于其裝置中的八個(gè)半導(dǎo)體激光 陣列按環(huán)形(方形)排列，導(dǎo)致激光器的零部件的機(jī)械加工難度增加，加工精度降低，相 應(yīng)地增加了激光器系統(tǒng)的成本，同時(shí)使得激光器裝調(diào)誤差增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有耦合輸出裝置的上述缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)更加合理 的激光光束耦合輸出系統(tǒng)。本發(fā)明將四個(gè)半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出的四束兩種波長(zhǎng)的光首先利用波長(zhǎng)耦合器進(jìn) 行波長(zhǎng)耦合，得到兩束包含兩種波長(zhǎng)的光；此兩束光再利用一個(gè)偏振耦合器進(jìn)行耦合輸 出。根據(jù)半導(dǎo)體激光陣列輸出光的偏振態(tài)類型，設(shè)計(jì)了兩種技術(shù)方案當(dāng)四個(gè)半導(dǎo)體激 光陣列均輸出P偏振光束或S偏振光束，適用本發(fā)明的第一種技術(shù)方案；當(dāng)?shù)谝弧⒍?導(dǎo)體激光陣列輸出P偏振光束，同時(shí)第三、四半導(dǎo)體激光陣列輸出S偏振光束時(shí)，或者當(dāng) 第一、二半導(dǎo)體激光陣列輸出S偏振光束，同時(shí)第三、四半導(dǎo)體激光陣列輸出P偏振光束 時(shí)，適用本發(fā)明的第二種技術(shù)方案。第一種技術(shù)方案設(shè)置第一半導(dǎo)體激光陣列、第二半導(dǎo)體激光陣列、第三半 導(dǎo)體激光陣列、第四半導(dǎo)體激光陣列、第一波長(zhǎng)耦合器、第二波長(zhǎng)耦合器、第一直角棱 鏡、第二直角棱鏡、第三直角棱鏡，二分之一波片，偏振耦合器以及光束整形裝置。其 中，第一半導(dǎo)體激光陣列和第四半導(dǎo)體激光陣列輸出光的波長(zhǎng)為第二半導(dǎo)體激光陣 列和第三半導(dǎo)體激光陣列輸出光的波長(zhǎng)為λ2。第一半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一直角棱鏡反射偏折后與第二半導(dǎo)體激光 陣列發(fā)出的光通過(guò)第一波長(zhǎng)耦合器進(jìn)行波長(zhǎng)耦合得到包含波長(zhǎng)為λ工和λ2的光束I;同時(shí)第四半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第二直角棱鏡反射偏折后與第三半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出 的光通過(guò)第二波長(zhǎng)耦合器進(jìn)行波長(zhǎng)耦合得到包含波長(zhǎng)為λ工和λ2的光束II;光束I經(jīng)過(guò)第 三直角棱鏡傳播方向偏折90°，光束II垂直經(jīng)過(guò)一個(gè)二分之一波片偏振方向旋轉(zhuǎn)90°， 然后兩束光一同進(jìn)入偏振耦合器合束，輸出一束包含波長(zhǎng)為λ ρ入2的光束。光束整形裝置A是一種將半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出的光進(jìn)行均勻化的裝置，各半導(dǎo) 體激光陣列發(fā)出的光束必須用光束整形裝置A進(jìn)行光束整形，整形過(guò)程可以在波長(zhǎng)耦合 之前，也可以在波長(zhǎng)耦合之后。一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置設(shè)置了表面鍍膜的第一直角棱鏡5、第 二直角棱鏡6、第三直角棱鏡7;其中第一直角棱鏡5、第二直角棱鏡6的直角面所鍍的 膜對(duì)波長(zhǎng)為λ工的激光具有高透射率，斜面所鍍的膜對(duì)波長(zhǎng)為λ工的激光具有高反射率， 第三直角棱鏡7的直角面所鍍的膜對(duì)波長(zhǎng)為λρ λ 2的激光具有高透射率，斜面所鍍的膜 對(duì)波長(zhǎng)為λ ρ λ 2的激光具有高反射率。一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置中所設(shè)置的第一波長(zhǎng)耦合器8、第二波 長(zhǎng)耦合器9是一種分光元件；第一波長(zhǎng)耦合器8與第二波長(zhǎng)耦合器9對(duì)波長(zhǎng)為λ工的激光 具有高透射率、對(duì)波長(zhǎng)為λ 2的激光具有高反射率。一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置中所設(shè)置的偏振耦合器10是一種格 蘭-泰勒棱鏡、薄膜式偏振器件、具有偏振作用的膜或者天然雙折射晶體。一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置所設(shè)置的二分之一波片11也可以沿垂 直光束傳播方向位于第三直角棱鏡7的前面或者第三直角棱鏡7的后面。一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置中所設(shè)置的二分之一波片11，它能改 變線偏振光的偏振方向，使其偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，產(chǎn)生與原來(lái)的偏振方向相垂直的線偏 振光。第二種技術(shù)方案設(shè)置輸出S偏振光的第一半導(dǎo)體激光陣列、第二半導(dǎo)體激光 陣列，輸出P偏振光的第三半導(dǎo)體激光陣列、第四半導(dǎo)體激光陣列，第一波長(zhǎng)耦合器， 第二波長(zhǎng)耦合器，第一直角棱鏡，第二直角棱鏡、第三直角棱鏡，偏振耦合器以及光束 整形裝置。其中，第一半導(dǎo)體激光陣列和第四半導(dǎo)體激光陣列輸出光的波長(zhǎng)為λ”第二 半導(dǎo)體激光陣列和第三半導(dǎo)體激光陣列輸出光的波長(zhǎng)為λ 2。第一半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一直角棱鏡反射偏折后與第二半導(dǎo)體激光 陣列發(fā)出的光通過(guò)第一波長(zhǎng)耦合器進(jìn)行波長(zhǎng)耦合得到包含波長(zhǎng)為入工和λ 2的光束I;同 時(shí)第四半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第二直角棱鏡反射偏折后與第三半導(dǎo)體激光陣列發(fā) 出的光通過(guò)第二波長(zhǎng)耦合器進(jìn)行波長(zhǎng)耦合得到包含波長(zhǎng)為X1和λ 2的光束II;光束I經(jīng) 過(guò)第三直角棱鏡傳播方向偏折90°后與光束II 一同進(jìn)入偏振耦合器合束，輸出一束包含 波長(zhǎng)為λ^入2的光束。光束整形裝置A是一種將半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出的光進(jìn)行均勻化的裝置，各半導(dǎo) 體激光陣列發(fā)出的光束必須用光束整形裝置A進(jìn)行光束整形，整形過(guò)程可以在波長(zhǎng)耦合 之前，也可以在波長(zhǎng)耦合之后。一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置設(shè)置了表面鍍膜的第一直角棱鏡5、第 二直角棱鏡6、第三直角棱鏡7;其中第一直角棱鏡5、第二直角棱鏡6的直角面所鍍的 膜對(duì)波長(zhǎng)為λ工的激光具有高透射率，斜面所鍍的膜對(duì)波長(zhǎng)為λ工的激光具有高反射率，第三直角棱鏡7的直角面所鍍的膜對(duì)波長(zhǎng)為λρ λ 2的激光具有高透射率，斜面所鍍的膜 對(duì)波長(zhǎng)為λ ρ λ 2的激光具有高反射率。一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置中所設(shè)置的第一波長(zhǎng)耦合器8、第二波 長(zhǎng)耦合器9是一種分光元件；第一波長(zhǎng)耦合器8與第二波長(zhǎng)耦合器9對(duì)波長(zhǎng)為λ工的激光 具有高透射率、對(duì)波長(zhǎng)為λ 2的激光具有高反射率。一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置中所設(shè)置的偏振耦合器10是一種格 蘭-泰勒棱鏡、薄膜式偏振器件、具有偏振作用的膜或者天然雙折射晶體。第二種技術(shù)方案還可以采用輸出P偏振光的第一半導(dǎo)體激光陣列、第二半導(dǎo)體 激光陣列，輸出S偏振光的第三半導(dǎo)體激光陣列、第四半導(dǎo)體激光陣列。以上兩種技術(shù)方案中半導(dǎo)體激光陣列的個(gè)數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要選擇，進(jìn)入偏振 耦合器之前的兩束光含有η個(gè)波長(zhǎng)的光束λ2，λ3...λη，即在偏振耦合器左右兩 側(cè)各有η個(gè)半導(dǎo)體激光陣列，η = 2，3……。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的裝置，使得各半導(dǎo)體激光陣列線性排列，結(jié)構(gòu)更加合理，降低 了機(jī)械加工難度、提高了裝調(diào)精度，能夠解決背景技術(shù)中所述的方法存在的缺陷；本發(fā) 明所設(shè)計(jì)的裝置擴(kuò)展性好，根據(jù)實(shí)際工作需要增加或減少本裝置的左右兩路的半導(dǎo)體激 光陣列的數(shù)量；有效地減小了系統(tǒng)的體積和重量，降低了成本。


圖1本發(fā)明第一種實(shí)施方式的光路原理圖；圖2本發(fā)明第二種實(shí)施方式的光路原理圖；圖3本發(fā)明第三種實(shí)施方式的光路原理圖；圖4本發(fā)明第四種實(shí)施方式的光路原理圖；圖5本發(fā)明第五種實(shí)施方式的光路原理圖；圖中1、第一半導(dǎo)體激光陣列，2、第二半導(dǎo)體激光陣列，3、第三半導(dǎo)體激光 陣列，4、第四半導(dǎo)體激光陣列，5、第一直角棱鏡，6、第二直角棱鏡，7、第三直角棱 鏡，8、第一波長(zhǎng)耦合器，9、第二波長(zhǎng)耦合器，10、偏振耦合器，11、二分之一波片， 12、第五半導(dǎo)體激光陣列，13、第六半導(dǎo)體激光陣列，14、第七半導(dǎo)體激光陣列，15、 第八半導(dǎo)體激光陣列，16、第三波長(zhǎng)耦合器，17、第四波長(zhǎng)耦合器，18、第五波長(zhǎng)耦合 器，19、第六波長(zhǎng)耦合器，Α、光束整形裝置。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 如圖1所示，一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置由第一半導(dǎo)體激光陣列 1、第二半導(dǎo)體激光陣列2、第三半導(dǎo)體激光陣列3、第四半導(dǎo)體激光陣列4、第一直角棱 鏡5、第二直角棱鏡6、第三直角棱鏡7、第一波長(zhǎng)耦合器8、第二波長(zhǎng)耦合器9、偏振耦 合器10、二分之一波片11和四個(gè)整形裝置A組成。四個(gè)整形裝置A分別位于四個(gè)半導(dǎo) 體激光陣列之后，二分之一波片11垂直于光路傳播方向安放在第二波長(zhǎng)耦合器9與偏振 耦合器10之間。第一直角棱鏡5、第二直角棱鏡6、第三直角棱鏡7表面鍍膜，第一波 長(zhǎng)耦合器8、第二波長(zhǎng)耦合器9是一種分光元件，如棱鏡，光柵，干涉儀等。偏振耦合器10是一種格蘭-泰勒棱鏡、薄膜式偏振器件、具有偏振作用的膜或者天然雙折射晶體。本實(shí)施例中的四個(gè)半導(dǎo)體激光陣列均輸出P偏振光或者S偏振光，并且四個(gè)半導(dǎo) 體激光陣列輸出的光首先通過(guò)整形裝置A進(jìn)行整形。第一半導(dǎo)體激光陣列1發(fā)出的光經(jīng) 過(guò)第一直角棱鏡5反射偏折后與第二半導(dǎo)體激光陣列2發(fā)出的光通過(guò)第一波長(zhǎng)耦合器8進(jìn) 行波長(zhǎng)耦合得到包含波長(zhǎng)為入工和λ2的光束I;同時(shí)第四半導(dǎo)體激光陣列4發(fā)出的光經(jīng)過(guò) 第二直角棱鏡6反射偏折后與第三半導(dǎo)體激光陣列3發(fā)出的光通過(guò)第二波長(zhǎng)耦合器9進(jìn)行 波長(zhǎng)耦合得到包含波長(zhǎng)為λ工和λ 2的光束II。光束I經(jīng)過(guò)第三直角棱鏡7傳播方向偏折 90°、光束II經(jīng)過(guò)一個(gè)二分之一波片11偏振方向旋轉(zhuǎn)90°之后，兩束光一同進(jìn)入偏振耦 合器10合束，輸出一束包含波長(zhǎng)為λ ρ λ2光束。二分之一波片11還可以垂直于光束傳播方向安放在第一波長(zhǎng)耦合器8與第三直 角棱鏡7之間，或者垂直于光束傳播方向安放在第三直角棱鏡7與偏振耦合器10之間， 效果等效。實(shí)施例2 如圖2所示，實(shí)施例2與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于實(shí)施例2中半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出 的光先進(jìn)行波長(zhǎng)耦合，然后再進(jìn)行光束整形。即取消位于半導(dǎo)體激光陣列后的4個(gè)光束 整形裝置，僅在第一波長(zhǎng)耦合器8之后以及第二波長(zhǎng)耦合器9之后放置兩個(gè)光束整形裝置。實(shí)施例3 如圖3所示，一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置由第一半導(dǎo)體激光陣列 1、第二半導(dǎo)體激光陣列2、第三半導(dǎo)體激光陣列3、第四半導(dǎo)體激光陣列4、第一直角棱 鏡5、第二直角棱鏡6、第三直角棱鏡7、第一波長(zhǎng)耦合器8、第二波長(zhǎng)耦合器9、偏振耦 合器10和四個(gè)整形裝置A組成。四個(gè)整形裝置A分別位于四個(gè)半導(dǎo)體激光陣列之后。 第一直角棱鏡5、第二直角棱鏡6、第三直角棱鏡7表面鍍膜，第一波長(zhǎng)耦合器8、第二波 長(zhǎng)耦合器9是一種分光元件，如棱鏡，光柵，干涉儀等。偏振耦合器10是一種格蘭-泰 勒棱鏡、薄膜式偏振器件、具有偏振作用的膜或者天然雙折射晶體。本實(shí)施例中第一半導(dǎo)體激光陣列1、第二半導(dǎo)體激光陣列2輸出P偏振光，第三 半導(dǎo)體激光陣列3、第四半導(dǎo)體激光陣列4輸出S偏振光。四個(gè)半導(dǎo)體激光陣列輸出的光 首先通過(guò)整形裝置A進(jìn)行整形。第一半導(dǎo)體激光陣列1發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一直角棱鏡5反 射偏折后與第二半導(dǎo)體激光陣列2發(fā)出的光通過(guò)第一波長(zhǎng)耦合器8進(jìn)行波長(zhǎng)耦合得到包含 波長(zhǎng)為入工和λ2的光束I;同時(shí)第四半導(dǎo)體激光陣列4發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第二直角棱鏡6反 射偏折后與第三半導(dǎo)體激光陣列3發(fā)出的光通過(guò)第二波長(zhǎng)耦合器9進(jìn)行波長(zhǎng)耦合得到包含 波長(zhǎng)為λ工和λ 2的光束II。光束I經(jīng)過(guò)第三直角棱鏡7傳播方向偏折90°之后與光束II 一同進(jìn)入偏振耦合器10合束，輸出一束包含波長(zhǎng)為λ ρ λ2光束。第一半導(dǎo)體激光陣列1、第二半導(dǎo)體激光陣列2輸出S偏振態(tài)光，第三半導(dǎo)體激 光陣列3、第四半導(dǎo)體激光陣列4輸出P偏振態(tài)光，效果等效。實(shí)施例4 如圖4所示，實(shí)施例4與實(shí)施例3的區(qū)別僅在于實(shí)施例4中半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出 的光先進(jìn)行波長(zhǎng)耦合，然后再進(jìn)行光束整形。即取消位于半導(dǎo)體激光陣列后的4個(gè)光束 整形裝置，僅在第一波長(zhǎng)耦合器8之后以及第二波長(zhǎng)耦合器9之后放置兩個(gè)光束整形裝置。實(shí)施例5 如圖5所示一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置由第一半導(dǎo)體激光陣列 1、第二半導(dǎo)體激光陣列2、第三半導(dǎo)體激光陣列3、第四半導(dǎo)體激光陣列4、第一直角棱 鏡5、第二直角棱鏡6、第三直角棱鏡7、第一波長(zhǎng)耦合器8、第二波長(zhǎng)耦合器9、偏振耦 合器10、二分之一波片11、第五半導(dǎo)體激光陣列12、第六半導(dǎo)體激光陣列13、第七半導(dǎo) 體激光陣列14、第八半導(dǎo)體激光陣列15、第三波長(zhǎng)耦合器16、第四波長(zhǎng)耦合器17、第五 波長(zhǎng)耦合器18、第六波長(zhǎng)耦合器19、和八個(gè)整形裝置A組成。八個(gè)整形裝置A分別位 于八個(gè)半導(dǎo)體激光陣列之后，二分之一波片11垂直于光束傳播方向安放在第四波長(zhǎng)耦合 器17與第三直角棱鏡7之間。第一直角棱鏡5、第二直角棱鏡6、第三直角棱鏡7表面 鍍膜，第一波長(zhǎng)耦合器8、第二波長(zhǎng)耦合器9、第三波長(zhǎng)耦合器16、第四波長(zhǎng)耦合器17、 第五波長(zhǎng)耦合器18、第六波長(zhǎng)耦合器19是一種分光元件，如棱鏡，光柵，干涉儀等。偏 振耦合器10是一種格蘭-泰勒棱鏡、薄膜式偏振器件、具有偏振作用的膜或者天然雙折 射晶體。本實(shí)施例中的八個(gè)半導(dǎo)體激光陣列均輸出P偏振光或者S偏振光，其中第一半導(dǎo) 體激光陣列1和第四半導(dǎo)體激光陣列4輸出的激光波長(zhǎng)為λ ”第二半導(dǎo)體激光陣列2和 第三半導(dǎo)體激光陣列3輸出的激光波長(zhǎng)為λ2，第五半導(dǎo)體激光陣列12和第八半導(dǎo)體激光 陣列15輸出的激光波長(zhǎng)為λ 3,第六半導(dǎo)體激光陣列13和第七半導(dǎo)體激光陣列14輸出的 激光波長(zhǎng)為λ4;并且八個(gè)半導(dǎo)體激光陣列輸出的光首先通過(guò)整形裝置A進(jìn)行整形。第 一波長(zhǎng)耦合器8與第二波長(zhǎng)耦合9器對(duì)波長(zhǎng)為λ工的激光具有高透射率、對(duì)波長(zhǎng)為入2的 激光具有高反射率，第三波長(zhǎng)耦合器16與第六波長(zhǎng)耦合器19對(duì)波長(zhǎng)為λ工和λ 2的激光 具有高透射率、對(duì)波長(zhǎng)為λ 3的激光具有高反射率，第四波長(zhǎng)耦合器17與第五波長(zhǎng)耦合 器18對(duì)波長(zhǎng)為λ ρ λ2、λ 3的激光具有高透射率、對(duì)波長(zhǎng)為λ 4的激光具有高反射率。第一半導(dǎo)體激光陣列1發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一直角棱鏡5反射偏折后與第二半導(dǎo)體激 光陣列2發(fā)出的光通過(guò)第一波長(zhǎng)耦合器8進(jìn)行波長(zhǎng)耦合得到包含波長(zhǎng)為λ工和λ 2的光束， 此光束再與第五半導(dǎo)體激光陣列12發(fā)出的光通過(guò)第三波長(zhǎng)耦合器16進(jìn)行波長(zhǎng)耦合得到包 含波長(zhǎng)為λ” λ2、入3的光束，此光束再與第六半導(dǎo)體激光陣列13發(fā)出的光通過(guò)第四波 長(zhǎng)耦合器17進(jìn)行波長(zhǎng)耦合得到包含波長(zhǎng)為λ ρ λ2、λ3、λ 4的光束I;同時(shí)第四半導(dǎo) 體激光陣列4發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第二直角棱鏡6反射偏折后與第三半導(dǎo)體激光陣列3發(fā)出的光 通過(guò)第二波長(zhǎng)耦合器9進(jìn)行波長(zhǎng)耦合得到包含波長(zhǎng)為入工和入2的光束，此光束再與第八 半導(dǎo)體激光陣列15發(fā)出的光通過(guò)第六波長(zhǎng)耦合器19進(jìn)行波長(zhǎng)耦合得到包含波長(zhǎng)為λ ρ λ 2、λ 3的光束，此光束再與第七半導(dǎo)體激光陣列14發(fā)出的光通過(guò)第五波長(zhǎng)耦合器18進(jìn) 行波長(zhǎng)耦合得到包含波長(zhǎng)為λ ρ λ2、λ3、λ 4的光束II。光束I經(jīng)過(guò)一個(gè)二分之一波片 11偏振方向旋轉(zhuǎn)90°之后，到達(dá)第三直角棱鏡7。光束I經(jīng)過(guò)第三直角棱鏡7之后傳播 方向偏折90°，與光束II 一同進(jìn)入偏振耦合器10合束，輸出一束包含波長(zhǎng)為λ” λ2、 入3、入4的光束。圖5中二分之一波片11垂直于光束傳播方向安放在第四波長(zhǎng)耦合器17 與第三直角棱鏡7之間。二分之一波片11還可以垂直于光路方向安放在第三直角棱鏡7 與偏振耦合器10之間，或者垂直于光束傳播方向安放在第五波長(zhǎng)耦合器18與偏振耦合器 10之間，效果等效。
權(quán)利要求
1.一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置，其特征在于設(shè)置了第一半導(dǎo)體激光 陣列(1)、第二半導(dǎo)體激光陣列(2)、第三半導(dǎo)體激光陣列(3)、第四半導(dǎo)體激光陣列 (4)、第一直角棱鏡(5)、第二直角棱鏡(6)、第三直角棱鏡(7)、第一波長(zhǎng)耦合器(8)、 第二波長(zhǎng)耦合器(9)、偏振耦合器(10)、光束整形裝置(A)和二分之一波片(11)；所述 的四個(gè)半導(dǎo)體激光陣列均輸出P偏振光或S偏振光，其中第一半導(dǎo)體激光陣列(1)和第四 半導(dǎo)體激光陣列(4)的波長(zhǎng)為第二半導(dǎo)體激光陣列(2)和第三半導(dǎo)體激光陣列(3) 的波長(zhǎng)為入2;第一半導(dǎo)體激光陣列(1)發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一直角棱鏡(5)反射偏折后與第二半導(dǎo)體激 光陣列(2)發(fā)出的光通過(guò)第一波長(zhǎng)耦合器(8)進(jìn)行波長(zhǎng)耦合得到包含波長(zhǎng)為入工和入2的 光束⑴；同時(shí)第四半導(dǎo)體激光陣列(4)發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第二直角棱鏡(6)反射偏折后與第 三半導(dǎo)體激光陣列(3)發(fā)出的光通過(guò)第二波長(zhǎng)耦合器(9)進(jìn)行波長(zhǎng)耦合得到包含波長(zhǎng)為 入和λ2的光束(II)；光束⑴經(jīng)過(guò)第三直角棱鏡(7)傳播方向偏折90°，光束II垂直 經(jīng)過(guò)一個(gè)二分之一波片(11)偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，光束⑴和光束(II) 一同進(jìn)入偏振耦合 器(10)合束，輸出一束包含波長(zhǎng)為λ ρ λ 2的光束；設(shè)置的光束整形裝置(A)可以在波長(zhǎng)耦合之前，也可以在波長(zhǎng)耦合之后。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置，其特征在于 一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置設(shè)置了表面鍍膜的第一直角棱鏡(5)、第二直 角棱鏡(6)、第三直角棱鏡(7)；其中第一直角棱鏡(5)、第二直角棱鏡(6)的直角面所 鍍的膜對(duì)波長(zhǎng)為λ工的激光具有高透射率，斜面所鍍的膜對(duì)波長(zhǎng)為λ工的激光具有高反射 率，第三直角棱鏡(7)的直角面所鍍的膜對(duì)波長(zhǎng)為λ ρ λ 2的激光具有高透射率，斜面所 鍍的膜對(duì)波長(zhǎng)為λ ρ λ 2的激光具有高反射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置，其特征在于 所設(shè)置的第一波長(zhǎng)耦合器(8)、第二波長(zhǎng)耦合器(9)是一種分光元件；第一波長(zhǎng)耦合器 (8)與第二波長(zhǎng)耦合器(9)對(duì)波長(zhǎng)為X1的激光具有高透射率、對(duì)波長(zhǎng)為λ 2的激光具有 高反射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置，其特征在于 所設(shè)置的偏振耦合器(10)是一種格蘭-泰勒棱鏡、薄膜式偏振器件、具有偏振作用的膜 或者天然雙折射晶體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置，其特征在于 一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置所設(shè)置的二分之一波片(11)也可以沿垂直光束 傳播方向位于第三直角棱鏡(7)的前面或者第三直角棱鏡(7)的后面。
6.—種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置，其特征在于設(shè)置了輸出S偏振光的 第一半導(dǎo)體激光陣列(1)和第二半導(dǎo)體激光陣列(2)，輸出P偏振光的第三半導(dǎo)體激光陣 列(3)和第四半導(dǎo)體激光陣列(4)，第一直角棱鏡(5)、第二直角棱鏡(6)、第三直角棱鏡 (7)、第一波長(zhǎng)耦合器(8)、第二波長(zhǎng)耦合器(9)、偏振耦合器(10)、光束整形裝置(A)； 其中第一半導(dǎo)體激光陣列(1)和第四半導(dǎo)體激光陣列(4)的波長(zhǎng)為第二半導(dǎo)體激光 陣列(2)和第三半導(dǎo)體激光陣列(3)的波長(zhǎng)為λ2 ；第一半導(dǎo)體激光陣列(1)發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一直角棱鏡(5)反射偏折后與第二半導(dǎo)體激 光陣列(2)發(fā)出的光通過(guò)第一波長(zhǎng)耦合器(8)進(jìn)行波長(zhǎng)耦合得到包含波長(zhǎng)為λ工和λ 2的光束⑴；同時(shí)第四半導(dǎo)體激光陣列(4)發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第二直角棱鏡(6)反射偏折后與第三 半導(dǎo)體激光陣列(3)發(fā)出的光通過(guò)第二波長(zhǎng)耦合器(9)進(jìn)行波長(zhǎng)耦合得到包含波長(zhǎng)為A1 和λ2的光束(II)；光束⑴經(jīng)過(guò)第三直角棱鏡(7)傳播方向偏折90°，光束⑴和光束 (II) 一同進(jìn)入偏振耦合器(10)合束，輸出一束包含波長(zhǎng)為λ” λ2的光束；設(shè)置的光束整形裝置(A)可以在波長(zhǎng)耦合之前，也可以在波長(zhǎng)耦合之后；設(shè)置的第一半導(dǎo)體激光陣列(1)和第二半導(dǎo)體激光陣列(2)也可以輸出P偏振光，同時(shí)設(shè)置的第三半導(dǎo)體激光陣列(3)和第四半導(dǎo)體激光陣列(4)輸出S偏振光。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置，其特征在于 一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置設(shè)置了表面鍍膜的第一直角棱鏡(5)、第二直 角棱鏡(6)、第三直角棱鏡(7)；其中第一直角棱鏡(5)、第二直角棱鏡(6)的直角面所 鍍的膜對(duì)波長(zhǎng)為λ工的激光具有高透射率，斜面所鍍的膜對(duì)波長(zhǎng)為λ工的激光具有高反射 率，第三直角棱鏡(7)的直角面所鍍的膜對(duì)波長(zhǎng)為λ ρ λ 2的激光具有高透射率，斜面所 鍍的膜對(duì)波長(zhǎng)為λ ρ λ 2的激光具有高反射率。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置，其特征在于 所設(shè)置的第一波長(zhǎng)耦合器(8)、第二波長(zhǎng)耦合器(9)是一種分光元件；第一波長(zhǎng)耦合器 (8)與第二波長(zhǎng)耦合器(9)對(duì)波長(zhǎng)為X1的激光具有高透射率、對(duì)波長(zhǎng)為λ 2的激光具有 高反射率。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種大功率半導(dǎo)體激光光束耦合輸出裝置，其特征在于 所設(shè)置的偏振耦合器(10)是一種格蘭-泰勒棱鏡、薄膜式偏振器件、具有偏振作用的膜 或者天然雙折射晶體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求6所述的一種大功率半導(dǎo)體激光光束復(fù)合輸出裝置， 其特征在于所述的半導(dǎo)體激光陣列的個(gè)數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要選擇，進(jìn)入偏振耦合器之 前的兩束光含有η個(gè)波長(zhǎng)的光束λ” λ2，λ3...λη，即在偏振耦合器左右兩側(cè)各有η個(gè) 半導(dǎo)體激光陣列，η = 2，3……。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大功率半導(dǎo)體激光系統(tǒng)中的多光束耦合輸出裝置，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。本裝置將第一半導(dǎo)體激光陣列、第二半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出的兩束兩種波長(zhǎng)的光首先利用波長(zhǎng)耦合器進(jìn)行波長(zhǎng)耦合，得到一束含有兩種波長(zhǎng)的光束；將第三半導(dǎo)體激光陣列、第四半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出的兩束兩種波長(zhǎng)的光首先利用波長(zhǎng)耦合器進(jìn)行波長(zhǎng)耦合，得到一束含有兩種波長(zhǎng)的光束；此兩束光再利用一個(gè)偏振耦合器進(jìn)行合束，最后將得到一合束光輸出。半導(dǎo)體激光陣列數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需求增加。本裝置的結(jié)構(gòu)更加合理、體積更小、可控性好、容易進(jìn)行機(jī)械加工、成本更低。
文檔編號(hào)G02B27/09GK102012567SQ20101059786
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者劉友強(qiáng), 曹銀花, 王智勇, 高靜 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)