本發(fā)明涉及光學(xué)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種激光合束光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體激光器具有電光轉(zhuǎn)換效率高、體積小、質(zhì)量輕以及可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，備受業(yè)界關(guān)注，主要應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、國(guó)防等領(lǐng)域。

但目前，激光加工領(lǐng)域中使用到的大功率激光器大部分仍為co2激光器和光纖激光器，主要是由于半導(dǎo)體激光器的輸出功率水平，達(dá)不到工業(yè)要求。但co2激光器和光纖激光器的電光轉(zhuǎn)換效率較低，導(dǎo)致其耗電量大，使用成本偏高，因此如何提高半導(dǎo)體激光器的輸出功率以達(dá)到工業(yè)應(yīng)用要求，已迫在眉睫。

近年來(lái)，為提高半導(dǎo)體激光器的輸出功率水平，空間合束、偏振合束及波長(zhǎng)合束等相關(guān)技術(shù)逐漸應(yīng)用到半導(dǎo)體激光器中，但現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于空間合束和偏振合束，會(huì)限制合束光源的數(shù)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明提供一種激光合束光學(xué)系統(tǒng)，克服了現(xiàn)有技術(shù)對(duì)合束單元數(shù)量限制的問(wèn)題，可有效提高激光輸出功率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種激光合束光學(xué)系統(tǒng)，包括激光合束組件，所述激光合束組件包括n個(gè)激光器和合束鏡，其中n為大于等于2的正整數(shù)；

n個(gè)所述激光器并行排列，分別用于產(chǎn)生不同波長(zhǎng)光；

所述合束鏡包括相互平行的第一鏡面和第二鏡面，各所述激光器產(chǎn)生的光平行傳播，并斜入射至所述合束鏡的第一鏡面，在所述合束鏡的所述第一鏡面和所述第二鏡面上由各激光器產(chǎn)生光的照射位置處分別設(shè)置有光學(xué)膜；

第i激光器產(chǎn)生的光從所述第一鏡面透射入所述合束鏡，并經(jīng)所述合束鏡各鏡面依序多次反射后，從第n激光器產(chǎn)生的光在所述第二鏡面上的照射位置處透射出，1≤i≤n，i為正整數(shù)。

可選地，在所述合束鏡的所述第一鏡面上第i激光器產(chǎn)生光的照射位置處設(shè)置用于增透第i激光器產(chǎn)生光的增透膜以及用于反射第1激光器至第i-1激光器所產(chǎn)生光的反射膜，1≤i≤n；

在所述合束鏡的第二鏡面上第j激光器產(chǎn)生光的照射位置處設(shè)置用于反射第1激光器至第j激光器所產(chǎn)生光的反射膜，1≤j≤n-1；

在所述合束鏡的第二鏡面上第n激光器產(chǎn)生光的照射位置處設(shè)置用于增透所有光的增透膜。

可選地，所述增透膜的光透過(guò)率大于等于99％，所述反射膜的反射率大于等于99％。

可選地，每?jī)蓚€(gè)激光器產(chǎn)生光束的間距l(xiāng)與所述合束鏡的折射率n、厚度d、所述激光器產(chǎn)生光照射到所述合束鏡的入射角θ具有如下關(guān)系：

可選地，在每一所述激光器與所述合束鏡之間光路上設(shè)置反射元件，所述激光器產(chǎn)生光入射至所述反射元件，所述反射元件將光反射至所述合束鏡的所述第一鏡面。

可選地，所述反射元件的反射率大于等于99％。

可選地，還包括匯聚鏡和光纖，所述匯聚鏡用于將由所述合束鏡輸出的合束光匯聚，耦合入所述光纖。

可選地，所述匯聚鏡包括球面透鏡或者非球面透鏡，或者所述匯聚鏡包括兩個(gè)可分離的柱面鏡。

可選地，所述光纖為多模光纖，所述光纖的纖芯直徑的范圍為50μm～1000μm，包括端點(diǎn)值，數(shù)值孔徑的范圍為0.1～0.3，包括端點(diǎn)值。

可選地，至少包括第一激光合束組件和第二激光合束組件，還包括偏振合束器；

由所述第一激光合束組件輸出的合束光、由所述第二激光合束組件輸出的合束光分別入射至所述偏振合束器，所述偏振合束器將兩路光匯合為一束光出射。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明所提供的激光合束光學(xué)系統(tǒng)，包括n個(gè)激光器和合束鏡，其中，n個(gè)激光器并行排列，用于產(chǎn)生不同波長(zhǎng)光；合束鏡包括相互平行的第一鏡面和第二鏡面。各激光器產(chǎn)生的光平行傳播，斜入射至合束鏡的第一鏡面，在合束鏡的第一鏡面和第二鏡面上各激光器產(chǎn)生光的照射位置處分別設(shè)置有光學(xué)膜，使得第i激光器產(chǎn)生的光從第一鏡面透射入合束鏡，經(jīng)過(guò)合束鏡各鏡面依序多次反射后，由第n激光器產(chǎn)生的光在第二鏡面的照射位置處透射出，各激光器產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)光由合束鏡該位置處透射出，形成合束光出射。

本發(fā)明激光合束光學(xué)系統(tǒng)采用波長(zhǎng)合束方法，采用一個(gè)波長(zhǎng)合束元件，實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)光合束。本激光合束光學(xué)系統(tǒng)對(duì)合束單元的數(shù)量不限制，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，能夠有效提高激光輸出功率。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光合束光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；

圖2為本發(fā)明又一實(shí)施例提供的一種激光合束光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；

圖3為本發(fā)明又一實(shí)施例提供的一種激光合束光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種激光合束光學(xué)系統(tǒng)，包括激光合束組件，請(qǐng)參考圖1，所述激光合束組件包括n個(gè)激光器10和合束鏡11，其中n為大于等于2的正整數(shù)；

n個(gè)所述激光器10并行排列，分別用于產(chǎn)生不同波長(zhǎng)光；

所述合束鏡11包括相互平行的第一鏡面和第二鏡面，各所述激光器10產(chǎn)生的光平行傳播，并斜入射至所述合束鏡11的第一鏡面，在所述合束鏡11的所述第一鏡面和所述第二鏡面上由各激光器產(chǎn)生光的照射位置處分別設(shè)置有光學(xué)膜；

第i激光器10產(chǎn)生的光從所述第一鏡面透射入所述合束鏡11，并經(jīng)所述合束鏡11各鏡面依序多次反射后，從第n激光器10產(chǎn)生的光在所述第二鏡面上的照射位置處透射出，1≤i≤n，i為正整數(shù)。

本光學(xué)系統(tǒng)中，n個(gè)激光器10并行排列，各激光器10產(chǎn)生不同波長(zhǎng)光。各激光器產(chǎn)生的光平行傳播，以相同入射角斜入射至合束鏡11的第一鏡面。

所述合束鏡11包括相互平行的第一鏡面和第二鏡面，在第一鏡面和第二鏡面上各激光器產(chǎn)生光的照射位置處分別設(shè)置有光學(xué)膜，各位置處的光學(xué)膜對(duì)不同波長(zhǎng)光具有特定的反射作用或者增透作用，以引導(dǎo)各波長(zhǎng)光在合束鏡11內(nèi)傳播。

各激光器10產(chǎn)生的各波長(zhǎng)光在合束鏡11內(nèi)的傳播方式具體為：第i激光器10產(chǎn)生的光從第一鏡面透射入合束鏡11，并經(jīng)合束鏡11各鏡面依序多次反射后，從第n激光器10產(chǎn)生的光在第二鏡面上的照射位置處透射出。各激光器10產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)光由合束鏡上第n激光器產(chǎn)生光在第二鏡面上的照射位置處透射出，形成合束光出射。

可以看出，本實(shí)施例激光合束光學(xué)系統(tǒng)，采用波長(zhǎng)合束方法，采用一個(gè)波長(zhǎng)合束元件，實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)光合束。本激光合束光學(xué)系統(tǒng)對(duì)合束單元的數(shù)量不限制，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，能夠有效提高激光輸出功率。

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)施例激光合束光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本實(shí)施例激光合束光學(xué)系統(tǒng)中，包括激光合束組件，所述激光合束組件包括n個(gè)激光器10和合束鏡11，其中n為大于等于2的正整數(shù)。

n個(gè)激光器10并行排列，分別用于產(chǎn)生不同波長(zhǎng)光。所述激光器10可以是單管半導(dǎo)體激光器、線陣半導(dǎo)體激光器或者疊陣半導(dǎo)體激光器，或者也可以是半導(dǎo)體激光器模塊。

所述合束鏡11包括相互平行的第一鏡面和第二鏡面，在第一鏡面和第二鏡面上對(duì)應(yīng)各激光器產(chǎn)生光的照射位置處分別設(shè)置光學(xué)膜。

在一種具體實(shí)施方式中，在合束鏡11的第一鏡面上第i激光器產(chǎn)生光的照射位置處設(shè)置用于增透第i激光器產(chǎn)生光的增透膜以及用于反射第1激光器至第i-1激光器所產(chǎn)生光的反射膜，1≤i≤n；

在所述合束鏡11的第二鏡面上第j激光器產(chǎn)生光的照射位置處設(shè)置用于反射第1激光器至第j激光器所產(chǎn)生光的反射膜，1≤j≤n-1；

在所述合束鏡11的第二鏡面上第n激光器產(chǎn)生光的照射位置處設(shè)置用于增透所有光的增透膜。

其中，所述合束鏡11的折射率n、厚度d、毎兩個(gè)激光器產(chǎn)生光束的間距l(xiāng)，光束入射到合束鏡第一鏡面的入射角θ滿足以下關(guān)系式：

合束鏡11根據(jù)上述方式在第一鏡面和第二鏡面上進(jìn)行分段鍍膜，使第i激光器產(chǎn)生的光從第一鏡面透射入合束鏡，并經(jīng)合束鏡各鏡面依序多次反射后，從第n激光器產(chǎn)生的光在第二鏡面上的照射位置處透射出，各激光器產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)光最終都從第n激光器10產(chǎn)生光在第二鏡面上的照射位置處透射出，使各不同波長(zhǎng)光匯合為一束，形成合束光出射。

優(yōu)選的，在合束鏡11上設(shè)置的增透膜的光透過(guò)率大于等于99％，設(shè)置的反射膜的反射率大于等于99％，這樣減少各波長(zhǎng)光在傳播過(guò)程中的能量損失。各光學(xué)膜可通過(guò)鍍制的方式在鏡面上形成。

在本光學(xué)系統(tǒng)中，請(qǐng)參考圖2，還可在每一所述激光器10與所述合束鏡11之間光路上設(shè)置反射元件12，所述激光器10產(chǎn)生光入射至所述反射元件12，所述反射元件12將光反射至所述合束鏡11的所述第一鏡面。由于激光器位置受空間約束的影響，在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)需要在光路中對(duì)光傳播方向進(jìn)行調(diào)整，因此通過(guò)反射元件來(lái)調(diào)整激光器產(chǎn)生光的傳播方向。

優(yōu)選的，所述反射元件12的反射率大于等于99％，所述反射元件鍍制有反射膜，反射膜的反射率大于等于99％，以降低光在傳播過(guò)程中的能量損失，保證光通量。

進(jìn)一步的，請(qǐng)參考圖2，本光學(xué)系統(tǒng)還包括匯聚鏡13和光纖14，所述匯聚鏡13用于將由所述合束鏡輸出的合束光匯聚，耦合入所述光纖14。匯合后的合束光匯聚入光纖，由光纖輸出高功率激光。

所述匯聚鏡13可以是球面透鏡或者非球面透鏡，或者匯聚鏡可以是由兩個(gè)可分離的柱面鏡構(gòu)成，或者也可以是其它類型的對(duì)光具有匯聚作用的光學(xué)鏡。

可選的，所述光纖14可采用多模光纖，示例性的，所述光纖的纖芯直徑的范圍為50μm～1000μm，包括端點(diǎn)值，數(shù)值孔徑的范圍為0.1～0.3，包括端點(diǎn)值。

本實(shí)施例激光合束光學(xué)系統(tǒng)采用波長(zhǎng)合束方法，采用一個(gè)分段鍍膜的波長(zhǎng)合束元件，實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)光合束。本激光合束光學(xué)系統(tǒng)解決了空間合束和偏振合束技術(shù)中對(duì)合束單元數(shù)量的限制問(wèn)題，采用激光器并行排列方式節(jié)省更多空間，能夠大幅度提高激光輸出功率。另外，使散熱系統(tǒng)安排更集中方便。

在本發(fā)明激光合束光學(xué)系統(tǒng)的另一實(shí)施例中，所述激光合束光學(xué)系統(tǒng)至少包括第一激光合束組件和第二激光合束組件，還包括偏振合束器；由所述第一激光合束組件輸出的合束光、由所述第二激光合束組件輸出的合束光分別入射至所述偏振合束器，所述偏振合束器將兩路光匯合為一束光出射。

可參考圖3，為本實(shí)施例提供的一種激光合束光學(xué)系統(tǒng)的示意圖，在圖3所示光學(xué)系統(tǒng)中，包括第一激光合束組件20和第二激光合束組件21，由第一激光合束組件20和第二激光合束組件21分別輸出一路合束光，分別輸入偏振合束器22，偏振合束器22將兩路合束光匯合為一束光出射。

本實(shí)施例激光合束光學(xué)系統(tǒng)中，激光合束組件采用波長(zhǎng)合束方法，實(shí)現(xiàn)將不同波長(zhǎng)光匯合為一束光，并結(jié)合偏振合束方法，采用偏振合束器對(duì)光進(jìn)行合束，更有益于提高輸出功率及光束質(zhì)量。

具體本實(shí)施例中，由第一激光合束組件20和第二激光合束組件21輸出相同偏振態(tài)光，偏振合束器22將由第一激光合束組件20輸入的合束光透射出，將由第二激光合束組件21輸入的合束光反射出，兩路光匯合為一束光出射。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例激光合束光學(xué)系統(tǒng)還包括匯聚鏡23和光纖24，所述匯聚鏡23用于將由所述偏振合束器輸出的合束光匯聚，耦合入所述光纖24，由光纖24輸出高功率激光。

本實(shí)施例激光合束光學(xué)系統(tǒng)中，通過(guò)光路設(shè)計(jì)，可以靈活設(shè)置更多數(shù)量的激光合束組件和偏振合束元件，實(shí)現(xiàn)激光合束，提高激光輸出功率。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種激光合束光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。