專利名稱：二極管激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求I的序言的二極管激光器。
背景技術(shù)：
與具有在幾毫弧度范圍內(nèi)的低光束發(fā)散度的幾個(gè)毫米的光束直徑的傳統(tǒng)激光束光源相比，半導(dǎo)體或二極管激光器(下文中稱作“二極管激光器”)的輻射特征在于沿快軸的具有發(fā)散度> IOOOmrad的高度發(fā)散的光束。這是由受限于< Iiim高度的輸出層引起的，在這一高度產(chǎn)生大角度的發(fā)散，類似于在縫隙形狀開口處的衍射。由于在垂直和平行于有源半導(dǎo)體層的平面中的輸出開口的擴(kuò)展是不同的，所以在垂直和平行于有源層的平面內(nèi)產(chǎn)生不同的光束發(fā)散。
為了獲得20-40W的二極管激光器功率，多個(gè)激光發(fā)射器被組合在所謂的激光條上以形成激光器組件。通常10-50個(gè)單獨(dú)的發(fā)射器組在平行于有源層的平面內(nèi)以一行的形式被布置在此。這樣的條的最終光束在平行于有源層的平面中具有約10°的孔徑角以及約IOmm的光束直徑。在這一平面內(nèi)最終的光束質(zhì)量比前述垂直于有源層的平面內(nèi)的最終光束質(zhì)量低許多倍。即使將來激光芯片的發(fā)散角可能降低，但垂直于和平行于有源層的光束質(zhì)量的完全不同的比率仍將存在。作為前述光束特性的結(jié)果，該光束在垂直和平行于有源層的兩個(gè)方向上的光束質(zhì)量上具有非常大的差異。這一情形中光束質(zhì)量的概念用M2參數(shù)進(jìn)行描述。M2由二極管激光束的光束發(fā)散高于相同直徑的衍射受限光束的光束發(fā)散的倍數(shù)定義。在上面示出的情形中，在平行于有源層的平面中獲得大于垂直平面中的光束直徑10，000倍的光束直徑。光束發(fā)散情形不同，即在平行于有源層的平面中或在慢軸上獲得幾乎低十倍的光束發(fā)散。在平行于有源層的平面中的M2參數(shù)因此大于在垂直于有源層的平面中的M2值的幾個(gè)量級(jí)。光束成形的一個(gè)可能的目標(biāo)是獲得在兩個(gè)平面，即垂直和平行于有源層的平面中具有幾乎相同的M2值的光速。目前，已知以下用于成形光束幾何圖形的方法，通過這些方法在光束的兩個(gè)主平面內(nèi)獲得接近的光束質(zhì)量。使用光纖扎，通過再安排光纖以形成圓形扎可組合出線性的光束截面。這些方法在例如美國專利說明書5127068、4763975、4818062、5268978和5258989中進(jìn)行了描述。此外，存在光束旋轉(zhuǎn)的技術(shù)，其中單獨(dú)發(fā)射器的輻射被旋轉(zhuǎn)90°以由此得到再安排，其中光束被安排在較高光束質(zhì)量的軸的方向上。已知這一方法的以下裝置US5168401、EP0484276、DE4438368。所有這些方法有一個(gè)共同點(diǎn)，即在準(zhǔn)直之后，二極管激光器的輻射在快軸方向上被旋轉(zhuǎn)90°以使用共同的圓柱形光學(xué)部件執(zhí)行慢軸準(zhǔn)直。作為所述方法的一個(gè)改型，連續(xù)線性光源也是可行的(即高表面密度、在快軸方向上準(zhǔn)直的二極管激光器的那種)，其光束輪廓(線)在光學(xué)元件之后被分裂并以再安排的形式存在。此外，可執(zhí)行單獨(dú)發(fā)射器的輻射的再布置而光束沒有任何旋轉(zhuǎn)，其中輻射的再布置例如是使用平行反射鏡通過平行偏移(位移)實(shí)現(xiàn)的(W095/15510)。同樣使用再布置技術(shù)的裝置在DE19544488中進(jìn)行了描述。在這一情形中，二極管激光條的輻射在不同平面中被偏轉(zhuǎn)并在那里被單獨(dú)準(zhǔn)直。這一現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)可特別總結(jié)為在光纖耦合二極管激光器中，在兩個(gè)軸向上具有非常不同的光束質(zhì)量的光束通常被耦合進(jìn)光纖。在圓形光纖的情形中，這意味著在一個(gè)軸向上不使用可能的數(shù)值孔徑或光纖直徑。這導(dǎo)致功率密度的明顯損失，從而實(shí)際中這被限制至約104W/cm2。在所述的已知的方法中，在某些情形中明顯的路徑長度的差異必須被進(jìn)一步補(bǔ)償。這主要通過僅能將缺陷補(bǔ)償至有限程度的校正棱鏡完成。多次反射在對(duì)準(zhǔn)精度、制造公差以及組件穩(wěn)定性上進(jìn)一步施加增加的要求(W095/15510)。反射光學(xué)部件(例如由銅制成)具有高的吸收值。進(jìn)一步已知的是使用連續(xù)地分布在光束路徑上的至少兩個(gè)光學(xué)再成形元件用于再成形至少一個(gè)激光光束扎的風(fēng)格形成型(genre-forming type)的激光光學(xué)系統(tǒng),其配置成所謂的平板扇形物(DE10012480A1)。迄今已知的二極管激光器中，二極管激光器裝置的輻射功率受到限制并特別受到 可得的具有受限長度的激光條的限制，例如在它們的慢軸(發(fā)射層的平面)上約IOmm的長度以及激光條的典型的光輸出功率例如處于250瓦最大值的范圍內(nèi)。由于在激光二極管裝置中被用作在快軸方向上激光條的支撐的熱沉特別地顯示出的尺寸，其中激光條以類似疊層的方式提供相對(duì)于彼此的偏移，且由于對(duì)必須在單獨(dú)激光條上提供用于快軸準(zhǔn)直的光學(xué)元件的需要，因此在包括這些激光條和附屬支撐或熱交換器的疊層中激光條的疊層密度受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種二極管激光器，其使得實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的光功率而沒有光束質(zhì)量的損失成為可能。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，根據(jù)權(quán)利要求I的二極管激光器被形成。作為激光二極管裝置的至少兩個(gè)疊層的結(jié)果，以相同的尺寸和疊層密度的激光條可獲得幾乎兩倍的光功率且在再成形之后特別地沒有激光輻射的光束質(zhì)量的損失。在本發(fā)明中，產(chǎn)生激光輻射的激光二極管裝置包括在慢軸方向上相對(duì)于彼此偏移的至少兩個(gè)平行疊層，由多個(gè)激光條和附屬支撐或熱沉組成。所有的激光條由此沿著它們的縱向延伸或慢軸彼此平行地被安排。在光束路徑上的激光二極管裝置和/或那里的快軸準(zhǔn)直器之后并用于光束成形的第一平板扇形物裝置被設(shè)計(jì)為快軸平板扇形物裝置并特別地用于將每一個(gè)由激光條產(chǎn)生的光束扎在激光輻射的快軸方向上扇出(fan-out)成為多個(gè)相互偏移的單獨(dú)光束扎，在光束路徑上的之后的慢軸平板扇形物裝置中，各光束扎隨后一起在慢軸方向上被移位或相互堆疊。為了這一目的，快軸平板扇形物裝置在激光輻射的慢軸方向上具有彼此并且間隔開的至少兩個(gè)平行的快軸平板扇形物，每一個(gè)快軸平板扇形物由至少兩個(gè)平板構(gòu)成。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，這些快軸平板扇形物繞平行于激光輻射的慢軸的軸相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)以便由每一個(gè)疊層的激光條產(chǎn)生的光束扎的扇出是相互偏移地扇出的單獨(dú)光束扎的安排，其(該安排)與垂直于激光輻射的光束路徑的軸向上，優(yōu)選為快軸的另一個(gè)疊層的扇出的單獨(dú)光束扎的對(duì)應(yīng)安排相互偏移。通過快軸和慢軸平板扇形物裝置的相應(yīng)的安排和/或形成，光束扎的扇出將被配置以便所有疊層的扇出的單獨(dú)光束扎被提供成在共同平面內(nèi)混合和/或覆蓋或重疊。
優(yōu)選在慢軸平板扇形物裝置之后的光束路徑上提供慢軸準(zhǔn)直光學(xué)部件以便隨后得到平行或基本平行的激光輻射。“平板扇形物”在本發(fā)明的意義上將被理解為被激光或激光束透照或穿過且是通過由導(dǎo)光材料、優(yōu)選為光學(xué)玻璃形成的至少兩個(gè)平板或平板狀元件構(gòu)成的光學(xué)元件，其以類似堆疊的形式彼此鄰近并以類似扇形物的形式相對(duì)于彼此扭轉(zhuǎn)。每一個(gè)平板或每一個(gè)平板狀元件在相互對(duì)置的側(cè)上形成平板的窄側(cè)或平板的邊緣區(qū)域用作光入口或出口。“平板的表面?zhèn)取痹诒景l(fā)明的意義上將被分別理解成大的平板側(cè)。例如考慮在慢軸上發(fā)射器的安排和 激光束顯現(xiàn)出的發(fā)散度來定位并配置平板，以便表面?zhèn)壬系钠桨宓膬?nèi)部不產(chǎn)生相應(yīng)激光束的反射?！捌桨搴穸取痹诒景l(fā)明的意義上將被理解為兩個(gè)表面?zhèn)缺舜酥g的距離。各個(gè)平板扇形物可通過單獨(dú)平板或平板狀元件的組合制造，或者還可以例如作為具有相應(yīng)的光學(xué)分隔或中間層的成形的部件整塊地制造?！翱燧S平板扇形物裝置”或“快軸平板扇形物”在本發(fā)明的意義上為使用其在快軸上完成光束扎的扇出的平板扇形物裝置或平板扇形物?！奥S平板扇形物裝置”或“慢軸平板扇形物”在本發(fā)明的意義上為使用其在慢軸上完成扇出的光束扎的組合的平板扇形物裝置或平板扇形物。表述“基本上”或“約”在本發(fā)明的意義上為表示從各個(gè)精確值偏差+/-10 %，優(yōu)選+/-5%和/或?qū)τ谠摴δ芤苑秋@著變化的形式的偏差。本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展、優(yōu)點(diǎn)和可能的應(yīng)用由以下示例性實(shí)施例的描述以及由附圖得到。在這一情形中，無論在權(quán)利要求中它們的概括或其后面的引用如何，通過它們本身或以任意組合描述和/或形象地示出的所有特征基本上是本發(fā)明的主題。權(quán)利要求的內(nèi)容被作為說明書的一部分。


下面參照用于示例性實(shí)施例的附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明。在圖中圖I示出了一種包括激光二極管裝置和布置在這一激光二極管裝置的光束路徑中用于成形并聚焦激光束的光學(xué)裝置的二極管激光器的簡化視圖，激光二極管裝置包括多個(gè)激光元件或激光芯片(激光條)，其中圖I中的圖平面定向成垂直于激光二極管裝置的有源層。圖2以平面視圖的形式示出了圖I的二極管激光器，其中圖2中圖平面定向成平行于激光二極管裝置的有源層。圖3以單獨(dú)視圖的形式示出了快軸平板扇形物裝置的快軸平板扇形物中的一個(gè)。圖4以平面視圖的形式示出了快軸平極扇形物裝置的兩個(gè)平行并間隔開的快軸平板扇形物。圖5以簡化視圖的形式在位置a_c示出了激光二極管裝置的疊層的光束扎扇出成為單獨(dú)光束扎以及這些單獨(dú)光束扎隨后組合成再成形的光束扎。
具體實(shí)施例方式為了更清楚并為了更好地理解，在圖中，定向成彼此垂直的空間軸的每一個(gè)被表示為X、Y和Z，具體地是表示為X軸、Y軸和Z軸。圖I和3中的圖平面相應(yīng)的為由X軸和Z軸限定的XZ平面，圖2和4中的圖平面為由Y軸和Z軸限定的YZ平面，而圖5中的圖平面為由X軸和Y軸限定的XY平面。圖中示出的二極管激光器I基本上包括激光二極管裝置2，其在示出的實(shí)施例中由兩個(gè)平行的疊層2. I和2. 2構(gòu)成，每一個(gè)疊層包括提供于其上的多個(gè)熱沉3和激光條4。在示出的實(shí)施例中，每一個(gè)疊層2. I和2. 2中熱沉3和激光條4配置成相同。而且，疊層2. I的熱沉3和激光條4與疊層2. 2的熱沉3和激光條4相同。在示出的實(shí)施例中，熱沉3進(jìn)一步每一個(gè)都為正方形并配置為有源熱沉，即配置為優(yōu)選流體傳熱媒質(zhì)或冷卻媒質(zhì)通過其流動(dòng)的熱沉。在每一個(gè)疊層2. I和2. 2中彼此鄰接使之優(yōu)選通過絕緣中間層(例如陶瓷層)彼此倚靠、以上側(cè)和下側(cè)布置在YZ平面中的熱沉3被定向成它們的縱向側(cè)在Z軸上，且每一個(gè)在沿Y軸方向延伸的窄側(cè)上被配備激光條4。此外，疊層2. I和2. 2安排成在Y軸上平行于被此相互偏移，以便在共同的XY平面中或基本上在共同的XY平面中，疊層2. I和2. 2 二者的激光條4被安排有它們的激光發(fā)射的發(fā)射器4. I或激光出口，且例如，分別地Y軸上的 疊層的一個(gè)激光條4被安排成與其它疊層的激光條4共軸。具有約2至4mm的諧振器長度的在Y軸方向上具有例如約IOmm的寬度的每一個(gè)激光條4，包括多個(gè)激光發(fā)射發(fā)射器4. 1，這些發(fā)射器在Y軸方向上連續(xù)地形成并在芯片或激光條4上相互偏移。激光條4典型的光輸出功率為例如約250瓦的最大值。在對(duì)應(yīng)于Y軸的慢軸上，單獨(dú)激光束5的輻射角或激光束發(fā)散度位于5°至10°之間的范圍。在對(duì)應(yīng)于X軸的快軸上，單獨(dú)激光束5的輻射角或激光束發(fā)散度位于約25°至50°之間的范圍。為了快軸即X軸上激光束5的準(zhǔn)直，激光條4的每一個(gè)被配備快軸準(zhǔn)直器6，其例如由為每一個(gè)激光條4提供并充當(dāng)快軸準(zhǔn)直器的連續(xù)的光學(xué)元件(例如圓柱形透鏡)構(gòu)成或由充當(dāng)快軸準(zhǔn)直器的單獨(dú)光學(xué)元件構(gòu)成，其每一個(gè)被分配至一組發(fā)射器4. I。通常每個(gè)快軸準(zhǔn)直器6由兩個(gè)元件或透鏡構(gòu)成，每一個(gè)元件或透鏡具有例如在0. 3至I. Omm之間范圍內(nèi)的聚焦寬度，其中所謂的笑臉效應(yīng)(smile effect)可通過這些透鏡的單獨(dú)調(diào)整得到補(bǔ)償，笑臉效應(yīng)是由在二極管激光器I的操作期間相關(guān)激光條4相對(duì)于YZ平面的特定的熱彎曲而產(chǎn)生的。為了對(duì)由激光二極管裝置2發(fā)出的激光輻射進(jìn)行成形并特別地進(jìn)行聚焦，二極管激光器I包括通常由圖中的7表示的光學(xué)裝置(激光光學(xué)部件)，在示出的實(shí)施例中，其由具有兩個(gè)平行的快軸平板扇形物9的快軸平板扇形物裝置8、慢軸平板扇形物10、充當(dāng)慢軸準(zhǔn)直器(例如，以圓柱形透鏡的形式)的光學(xué)元件11以及適于例如以至少一個(gè)聚焦透鏡的形式將激光輻射聚焦至焦點(diǎn)FK上的聚焦光學(xué)部件12構(gòu)成。具體地，光學(xué)裝置7的上述元件以這樣的方式被安排在激光二極管裝置2的激光輻射的光束的路徑上或Z軸上快軸平板扇形物裝置8或其快軸平板扇形物9直接跟著二極管裝置2或那里的快軸準(zhǔn)直器6，慢軸平板扇形物10跟著快軸平板扇形物裝置8，光學(xué)元件11形成慢軸平板扇形物10而聚焦光學(xué)部件12跟著光學(xué)元件11?？燧S平板扇形物9的每一個(gè)由導(dǎo)光材料，例如光學(xué)玻璃制成的多個(gè)平板13構(gòu)成。在每一個(gè)快軸平板扇形物9中等同地設(shè)計(jì)平板13。而且，在示出的實(shí)施例中，一個(gè)快軸平板扇形物9的平板13與平板扇形物裝置8的其它快軸平板扇形物9的平板13相同。
在示出的實(shí)施例中，每一個(gè)快軸平板扇形物9包括5個(gè)平板，其中平板13的數(shù)目可以被不同地選擇。例如，快軸平板扇形物9的每一個(gè)可僅包括2個(gè)平板。平板13被安排成它們的板平面在XZ平面中且它們的板平面彼此緊靠。而且，平板13且因此快軸平板扇形物9也至少在由這一軸上的激光二極管裝置或兩個(gè)疊層2. I和2. 2展示的整個(gè)高度上延伸。每一個(gè)平板13形成兩個(gè)平行的窄側(cè)或平板邊緣區(qū)域13. I和
13.2，它們?cè)赯軸方向上相互偏移，其中面向激光二極管裝置2的窄側(cè)13. I形成入口側(cè)而背對(duì)激光二極管2的窄側(cè)13. 2形成 出口側(cè)用于激光輻射。在示出的實(shí)施例中設(shè)計(jì)成矩形且其中在每一種情形下定向成垂直于相應(yīng)的平板13的表面?zhèn)鹊钠降陌暹吘墔^(qū)域13. I和13. 2形成平板13的縱向側(cè)的平板13，繞定向在Y軸方向上的中心軸以類似扇形物的方式相對(duì)于彼此被轉(zhuǎn)動(dòng)，以便平板13的每一個(gè)平板邊緣區(qū)域13. I或13. 2相對(duì)于相鄰平板13的相應(yīng)平板邊緣區(qū)域13. I或13. 2具有顯著小于90°的角度偏移。優(yōu)選平板13的厚度以便其至少是相同的，但優(yōu)選大于由包括那些透照各個(gè)平板13的單獨(dú)激光束5的那些光束扎的光束扎所展示的發(fā)散度以便在平板13的表面?zhèn)鹊膮^(qū)域中在平板13內(nèi)不會(huì)發(fā)生全反射。特別地如圖2所示，每一個(gè)疊層2. I和2. 2被分配快軸平板扇形物裝置8的一個(gè)快軸平板扇形物9。在Y軸方向上每一個(gè)平板扇形物9的寬度因此等于相關(guān)疊層2. I或2. 2中的激光條4具有的寬度或有效寬度，Y軸上也是如此。有效寬度將被理解為相關(guān)激光條4的兩個(gè)外部發(fā)射器4. I之間的距離。因?yàn)樽鳛榧す鈼l4的配置的結(jié)果以及由于設(shè)計(jì)原因，不可能以下列方式安排疊層2. I和2. 2或它們的激光條4 :每一個(gè)YZ平面中疊層2的一個(gè)激光條4的發(fā)射器4. I以無縫的方式鄰接疊層2. 2的對(duì)應(yīng)的激光條4的發(fā)射器4. I并同時(shí)保持Y軸方向上的激光條4內(nèi)的發(fā)射器展示的柵格間隔(grid spacing)，而是，與Y軸方向上的柵格間隔相比，在相同的YZ平面中的疊層2. I的激光條4和疊層2. 2的激光條4之間擴(kuò)大的偏移是不可避免的，例如約6_的量級(jí)的偏移，所以，快軸平板扇形物裝置8的兩個(gè)平行的且相同配置的快軸平板扇形物9根據(jù)Y軸上這一偏移被偏移或被安排以間隔a。如圖I中所示，相同的快軸平板扇形物9繞定向在Y軸方向上的平板扇形物軸以銳角a相對(duì)于彼此被扭轉(zhuǎn)，并具體地在示出的實(shí)施例中，以這一方式扭轉(zhuǎn)以便每一個(gè)平板扇形物9除了在與YZ平面相反的方向上之外，在每一種情形中傾斜相同的角度。為了解釋平板扇形物9的作用模式，參照?qǐng)D5中的位置4a和4b。在位置4a，由疊層2. I或2. 2的激光條4發(fā)出的激光輻射被再次產(chǎn)生為光束型光束扎14，且特別地為了較簡單的表示，僅僅是對(duì)布置在不同的YZ平面中的3個(gè)激光條4。假設(shè)快軸平板扇形物9的五個(gè)平板13，每一個(gè)光束扎14通過這一平板扇形物被扇出成為五個(gè)單獨(dú)的光束扎14. 1，它們隨后在X軸上以類似階梯的方式相對(duì)于彼此偏移(位置b)。在慢軸平板扇形物10的輔助下，這些單獨(dú)光束扎14. I隨后在慢軸或Y軸方向上在彼此上面移位，以便獲得位置c中示出的再成形的光束扎14. 2。從疊層2. 2的激光條4發(fā)出的光束扎14隨后以相同的方式再次成形成為光束扎14. 2,其隨后與疊層2. I的光束扎14. 2重疊或被安排成平行于疊層2. I的光束扎14. 2，如圖5中位置c的虛線所示。在快軸方向上或在X軸方向上具有的高度至少等于疊層2. I和2. 2中在X軸方向上偏移的最低的激光條和最高的激光條4之間的距離的慢軸平板扇形物10依次包括由導(dǎo)光材料，優(yōu)選光學(xué)玻璃構(gòu)成的多個(gè)平板15，其中平板15被定向成它們的相鄰表面?zhèn)仍赮Z平面中。每一個(gè)平板15又被形成為具有每一個(gè)定向成垂直于平板表面?zhèn)炔⒈舜似叫械膬蓚€(gè)平的平板邊緣區(qū)域或者側(cè)15. I和15. 2,其中平板邊緣側(cè)15. I形成入口側(cè)而平板邊緣側(cè)15. 2形成出口側(cè)用于激光輻射。平板15繞定向在快軸方向上或X軸上的軸以類似扇形物的方式相對(duì)于彼此被扭轉(zhuǎn)以便相鄰平板的平板邊緣表面15. I或15. 2的平面相對(duì)于彼此依次偏移顯著小于90°的角度。而且，慢軸平板扇形物10特別地設(shè)計(jì)成相對(duì)于相鄰平板15之間的角度偏移對(duì)慢軸平板扇形物10的中心平面M是鏡面對(duì)稱的，該平面(中心平面)為YZ平面。為了在Y軸或慢軸方向上將平板扇形物10的尺寸保持為盡可能的小，在示出的實(shí)施例中，平板15具有大致梯形的截面從而特別地使連接平板邊緣側(cè)15. I和15. 2的平板側(cè)15. 3被定向成垂直于或近似垂直于平板邊緣側(cè)15. I和15. 2，而連接平板邊緣側(cè)15. I和15. 2的其它平板側(cè)15. 4與平板邊緣側(cè)15. 2包圍一個(gè)小于90°的角度以便平板邊緣側(cè) 15. I具有比平板邊緣側(cè)15. 2短的長度。從圖2可進(jìn)一步推斷出，疊層中形成平板扇形物10的平板15被以這樣的方式安排使關(guān)于X軸布置在平板扇形物10的中心平面M上方的平板15，被用于使一個(gè)疊層，即疊層2. I的光束扎14. I在彼此上面移位，而安排在中心平面M下的平板15被用于使另一個(gè)疊層，即疊層2. 2的光束扎14. I在彼此上面移位。為了這一目的，較低的平板15被轉(zhuǎn)向較高的平板且在每一種情形中采用這一方式使傾斜平板側(cè)15. I在每一種情形中被布置在平板扇形物10的外側(cè)上。在示出的實(shí)施例中，慢軸平板扇形物10的中心平面M也是激光二極管裝置2的中心平面M并與軸相交，不僅平板扇形物9的平板13圍繞該軸相對(duì)于彼此被扭轉(zhuǎn)而且這些平板扇形物9也圍繞該軸相對(duì)于彼此被轉(zhuǎn)動(dòng)。由于兩個(gè)快軸平板扇形物9的每一個(gè)被整體安排以便它們圍繞其定向在Y軸上的軸轉(zhuǎn)動(dòng)并關(guān)于中心平面M以及相對(duì)于彼此位于中心平面M中，在示出的實(shí)施例中，一個(gè)疊層，例如選擇用于圖I的視圖中的疊層2. I的光束扎14. I在中心平面M上方傳輸，而其它疊層例如疊層2. 2的光束扎14. I在中心平面M下面?zhèn)鬏?。利用元?1，慢軸準(zhǔn)直的光束扎14. 2跟隨慢軸平板扇形物10并且此后利用聚焦光學(xué)部件12聚焦光束扎14. 2在由圖中FK表示的焦點(diǎn)。使用在二極管激光器I的緊湊設(shè)計(jì)中描述的配置，對(duì)于這種二極管激光器增加的光功率是可能的。前面假設(shè)激光二極管裝置2包括兩個(gè)疊層2. I和2. 2。原理上，可使用多于兩個(gè)的疊層，例如三個(gè)疊層，其中每一個(gè)疊層又分配有快軸平板扇形物9，且這些平板扇形物在有關(guān)的快軸平板扇形物裝置8中在Y軸方向上或慢軸方向上被間隔開量a。前面假設(shè)兩個(gè)疊層2. I和2. 2的一起移位的光束扎14. 2在快軸(X軸)上相互偏移以便每一個(gè)疊層的所有的光束扎14. 2彼此直接相鄰。自然能夠再次成形兩個(gè)疊層2. I和2. 2的發(fā)射器的光束扎14以便在通過慢軸平板扇形物10之后，兩個(gè)疊層2. I和2. 2的光束扎14. 2在快軸(X軸)方向上總輻射交替，即在X軸方向上偏移以便疊層2. I的光束扎14. 2被疊層2. 2的光束扎14. 2跟隨且疊層2. 2的光束扎14. 2又被疊層2. I的光束扎
14.2跟隨等等，一個(gè)疊層例如疊層2. I的光束扎14. 2因此在慢軸平板扇形物10之后的總輻射被提供在其它疊層例如疊層2. 2的光束扎14. 2的間隙之間。前面還假設(shè)快軸平板扇形物裝置8的兩個(gè)快軸平板扇形物9被相同地形成。然而，原理上也能夠不同地形成平板扇形物，特別是對(duì)于平板13的尺寸、對(duì)于平板16相對(duì)于彼此的旋轉(zhuǎn)角等等，以便由此獲得激光輻射或光束扎14. I和14. 2的期望的匹配。特別地，高度透明的專用材料或石英玻璃適于作為平板扇形物9和10或它們的平板13和15的材料，其中所有的表面被配備適合的抗反射涂(AR涂層)。在覆蓋整個(gè)輻射的慢軸準(zhǔn)直器11之后，存在高度平行的輻射，其可在較大的路徑長度上例如在達(dá)到一米的路徑長度上傳輸，而光束直徑?jīng)]有任何明顯變化。在焦點(diǎn)FK，激光輻射例如通過光纖耦合裝置被耦合進(jìn)光纖系統(tǒng)或激光輻射例如利用元件12被直接聚焦至激光輻射將作用在上面的表面上，例如一種材料上，以由此獲得直接的激光材料處理。而且，聚焦光學(xué)部件12能夠具有其它光學(xué)元件例如透鏡陣列，以產(chǎn)生具有廣泛擴(kuò)展的均勻的輻射場。對(duì)于至少兩個(gè)激光條疊層2. I和2. 2，前面描述的根據(jù)本發(fā)明的激光光學(xué)元件的 光學(xué)原理使得二極管激光器的總功率能夠大大增加。僅具有一個(gè)疊層的二極管激光器允許高達(dá)最多13個(gè)激光條和最多8個(gè)疊層單元，其光束被組合以形成公共輸出光束以便能夠獲得高達(dá)15kW的輸出功率。由于必要的有效冷卻，每一個(gè)疊層更大數(shù)目的激光條是不可能的。需要具有約3. 5_的最小安裝高度的熱沉或有源冷卻器用于冷卻。然而，在快軸方向上典型的激光束的高度僅為0. 5至1mm，從而在這一疊層的快軸準(zhǔn)直器之后的光束路徑上的疊層的最終的激光束具有相對(duì)較大的、非發(fā)射的區(qū)域。通過在慢軸方向上使用至少兩個(gè)相互偏移的疊層2. I和2. 2，系統(tǒng)中激光條和發(fā)射器的數(shù)目可翻倍從而能夠獲得達(dá)到30kW的輸出功率。由于前面描述的二極管激光器及其激光光學(xué)部件的配置，一個(gè)疊層的輻射與其它疊層的輻射疊加并特別地通過將其它疊層2. 2的輻射插入第一疊層2. I的輻射的間隙中。對(duì)于前面描述的二極管激光器全新的是至少兩個(gè)疊層2. I和2. 2的輻射被獨(dú)立地分開，即通過在快軸中動(dòng)作的兩個(gè)分開的平板扇形物被扇出且每一個(gè)疊層的扇出的輻射隨后通過慢軸上的慢軸平板扇形物10在彼此上面移位。這被完成以便快軸上所有不存在輻射的區(qū)域被完全填充，從而在慢軸平板扇形物9的出口處，在快軸上存在激光輻射的無間隙或基本無間隙的分布。使用根據(jù)本發(fā)明的配置，特別是通過快軸平板扇形物8獲得改進(jìn)的光束質(zhì)量，以便尤其可將激光輻射耦合進(jìn)光纖系統(tǒng)的具有I. 2至2. Omm直徑的圓形光纖。實(shí)際中，例如能夠具有一種裝置，有兩個(gè)疊層(雙疊層裝置)并且在快軸平板扇形物8中每一個(gè)疊層2. I和2. I的輻射三倍分裂或扇出(具有最大26個(gè)激光條的雙疊層裝置；雙疊層裝置的八重安排產(chǎn)生30kW的最大輸出功率)；或可替換地具有一種裝置，有三個(gè)疊層(三疊層裝置)，對(duì)于三疊層的每一個(gè)疊層，在快軸平板扇形物8中的每一個(gè)疊層的輻射雙倍分裂或扇出(具有最大39個(gè)組件的三個(gè)疊層；三疊層裝置的八重安排產(chǎn)生45kW的最大輸出功率)。參考標(biāo)記列表
權(quán)利要求
1.ニ極管激光器，包括具有多個(gè)激光條(4)的激光二極管裝置(2)，基中每ー個(gè)激光條(4)被布置在支持體(3)的前側(cè)上并具有產(chǎn)生激光束(5)的多個(gè)發(fā)射器(4. 1)，激光束(5)被安排成在對(duì)應(yīng)于激光束(5)慢軸(Y軸)的第一軸向(Y軸)上相對(duì)于彼此偏移，其中激光條(4)連同它們的支持體(3)被以至少兩個(gè)疊層堆疊的方式提供相對(duì)于彼此的偏移以在對(duì)應(yīng)于激光束(5)的快軸并定向成垂直于第一軸向(Y軸)的第二軸向(X軸)上形成激光二極管裝置(2);包括快軸準(zhǔn)直器出)，該快軸準(zhǔn)直器中的至少ー個(gè)被分配至彼此平行布置的每ー個(gè)激光條(4);并且包括用于形成由通過發(fā)射器(4. I)產(chǎn)生的激光束(5)構(gòu)成的激光束扎的光學(xué)裝置(7)，其中光學(xué)裝置(7)包括用于在快軸(X軸)上扇出激光束扎的至少ー個(gè)快軸平板扇形物裝置(8)以及在光束路徑上跟隨快軸平板扇形物裝置(8)、用于在慢軸(Y軸)上組合扇出的激光束扎的慢軸平板扇形物裝置(10)，其中在激光二極管裝置(2)中的激光條(4)連同它們的支持體(3)在慢軸(Y軸)上形成至少兩個(gè)相互偏移的疊層 (2.1,2. 2)，每ー個(gè)疊層具有在快軸(X軸)上以類似疊層的方式相互偏移的帶有它們的支持體(3)的多個(gè)激光條(4)， 其特征在于快軸平板扇形物裝置(8)包括至少兩個(gè)快軸平板扇形物(9)，被安排成在激光輻射的慢軸(Y軸)方向上彼此平行并彼此隔開ー距離以及相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)一定角度的幅度或量以形成至少ー個(gè)分離的扇出激光束扎(14. I)，每ー個(gè)疊層有ー個(gè)激光束扎(14. I)，并且該至少兩個(gè)疊層的激光束扎(14. I)在快軸(X軸)上是分離的并相互偏移。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ニ極管激光器，其特征在于快軸平板扇形物裝置(8)的快軸平板扇形物(9)的數(shù)目等于激光二極管裝置⑵的疊層(2. 1,2. 2)的數(shù)目。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ニ極管激光器，其特征在于在激光輻射的慢軸(Y軸)方向上的快軸平板扇形物裝置(8)的各個(gè)快軸平板扇形物(9)的寬度等于慢軸(X軸)方向上的激光條(4)的寬度或等于激光條(4)上的兩個(gè)發(fā)射器(4. I)之間的最大距離。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的ニ極管激光器，其特征在于快軸平板扇形物裝置(8)的至少兩個(gè)快軸平板扇形物(9)的每ー個(gè)由導(dǎo)光材料制成的多個(gè)平板(13)構(gòu)成，其表面?zhèn)认嗷ヒ锌康钠桨?13)定向成垂直于激光輻射的慢軸(Y軸)并在定向成垂直于平板表面?zhèn)鹊膬蓚€(gè)互相相対的平板邊緣區(qū)域(13.1,13. 2)處形成用于激光輻射的入口側(cè)或出口偵牝且在每ー個(gè)快軸平板扇形物(9)中的平板(13)被以類似扇形物的方式提供相對(duì)于彼此的扭轉(zhuǎn)，每ー個(gè)平板(13)的入口側(cè)和出口側(cè)均具有與相鄰平板的入口側(cè)或出口側(cè)形成鋭角的角度偏移。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的ニ極管激光器，其特征在于形成快軸平板扇形物裝置(8)的至少兩個(gè)快軸平板扇形物(9)被提供圍繞慢軸(Y軸)相對(duì)于彼此的扭轉(zhuǎn)，慢軸(Y軸)還是每一個(gè)快軸平板扇形物(9)的単獨(dú)平板(13)圍繞其以類似扇形物的方式彼此扭轉(zhuǎn)的軸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的ニ極管激光器，其特征在于慢軸平板扇形物裝置包括至少兩個(gè)慢軸平板扇形物(10)，慢軸平板扇形物裝置的每ー個(gè)慢軸平板扇形物(10)由導(dǎo)光材料制成的多個(gè)平板(15)構(gòu)成，其定向成它們的相鄰表面?zhèn)却怪庇诩す廨椛涞目燧S(X軸)并在兩個(gè)互相相対的平板邊緣區(qū)域(15. 1，15. 2)處形成用于激光輻射的入口側(cè)和出ロ側(cè)，且其圍繞平行于快軸(X軸)的軸以類似扇形物的方式相對(duì)于彼此扭轉(zhuǎn)以便平板(15) 的每ー個(gè)入口側(cè)和出口側(cè)具有相對(duì)于相鄰平板(15)的相鄰入口側(cè)和出口側(cè)形成鋭角的角度偏移，且至少兩個(gè)慢軸平板扇形物(10)對(duì)于它們的平板(15)的形狀和/或安排被配置成關(guān)于定向成垂直于激光輻射的快軸(X軸)的慢軸平板扇形物裝置的中心平面(M)鏡面對(duì)稱。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的ニ極管激光器，其特征在于布置在跟隨慢軸平板扇形物裝置(10)的激光輻射的光束路徑上井覆蓋整個(gè)激光輻射的慢軸準(zhǔn)直器光學(xué)部件(11)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的ニ極管激光器，其特征在于用于將激光輻射聚焦至待使用激光輻射處理的表面上或用于耦合進(jìn)光纖光學(xué)元件的光纖耦合裝置上的焦點(diǎn)(FK)的聚焦光學(xué)部件(12)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的ニ極管激光器，其特征在于聚焦光學(xué)部件(12)進(jìn)一歩包括光學(xué)元件以產(chǎn)生具有廣泛擴(kuò)展的均勻的輻射場。
10.根據(jù)權(quán)利要求4-9所述的ニ極管激光器,其特征在于導(dǎo)光材料為光學(xué)玻璃。
11.根據(jù)權(quán)利要求4-10任一項(xiàng)所述的ニ極管激光器，其特征在于用于激光輻射的入口側(cè)和出ロ側(cè)通過彼此平行延伸的平板(13，15)的平板邊緣區(qū)域(13. 1，13. 2 ；15. 1，15. 2)形成。
全文摘要
二極管激光器，包括具有多個(gè)激光條的激光二極管裝置，其中每一個(gè)激光條分布在優(yōu)選配置成熱交換器的支持體的前側(cè)上并具有產(chǎn)生激光束的多個(gè)發(fā)射器，激光束布置成在第一軸向上彼此偏移，其中激光條連同它們的支持體被以堆疊的方式提供相對(duì)于彼此的偏移以在對(duì)應(yīng)于激光束的快軸并定向成垂直于第一軸向的第二軸向上形成激光二極管裝置；包括快軸準(zhǔn)直器，該快軸準(zhǔn)直器的至少一個(gè)被分配至分布成彼此平行的激光條的每一個(gè)；并包括用于形成由通過發(fā)射器產(chǎn)生的激光束構(gòu)成的激光束扎的光學(xué)裝置，其中光學(xué)裝置包括用于在快軸上扇出激光束扎的至少一個(gè)快軸平板扇形物裝置以及在光束路徑上位于快軸平板扇形物裝置之后、用于在慢軸上組合扇出的激光束扎的慢軸平板扇形物裝置。
文檔編號(hào)G02B6/42GK102738705SQ20121016907
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者A·考爾斯特斯, D·都恩瓦爾德, G·萊赫曼, J·瑪爾徹斯, M·鮑曼, V·克勞斯 申請(qǐng)人:二極管激光器激光線發(fā)展與銷售有限公司