雷射束交織的製作方法

2023-09-13 02:38:10 1

專利名稱：雷射束交織的製作方法
技術領域：
本發明涉及例如用於大功率二極體雷射系統的束形成單元。
背景技術：
用於高性能固態雷射器的雷射系統能夠基於雷射二極體和雷射二極體條(bar)。 為了向例如盤形(disk)雷射器的固態雷射介質提供高泵浦功率，將多個雷射二極體或者雷射二極體條的發射雷射束組合以形成泵浦雷射束。

發明內容
在此公開的系統提供一種組合例如二極體雷射器的大功率雷射束的簡單而成本經濟的方式。在一些方面，一種雷射系統包括用於分別生成第一雷射束和第二雷射束的第一源和第二源；以及包括第一交織(interleaving)雷射鏡的鏡結構，所述第一交織雷射鏡具有配置為反射所述第一雷射束的高反射區域以及配置為透射所述第二雷射束的第一高透射區域。在其它方面，一種雷射系統包括用於分別生成第一雷射束和第二雷射束的第一源和第二源；以及包括第一交織雷射鏡和第一高透射區域的鏡結構，其中配置所述鏡結構以使得所述第一交織雷射鏡的所述高反射區域反射所述第一雷射束並且所述第一交織雷射鏡的所述第一高透射區域透射所述第二雷射束。在其它方面，一種用於交織至少兩個源的雷射的雷射鏡，所述雷射鏡包括在所述雷射鏡的第一側上的至少兩個反射區域，用於將從第一方向入射的雷射反射至沿第二方向行進；以及至少兩個透射區域，用於朝向所述雷射鏡的第二側透射沿所述第二方向行進的雷射，其中所述反射區域和所述透射區域在交織方向上交替。在另一方面，一種方法包括提供沿第一方向朝向交織雷射鏡行進的第一組雷射束，所述第一組雷射束在交織方向上移位，所述交織方向與所述第一方向正交，使用所述交織雷射鏡偏轉所述第一組雷射束，從而生成沿第二方向行進的偏轉雷射束，提供沿第二方向朝向所述交織雷射鏡行進的第二組雷射束，所述第二組雷射束在所述交織方向上移位， 以及使所述第二組雷射束透射通過所述交織雷射鏡，從而生成透射雷射束，其中所述偏轉雷射束與所述透射雷射束在所述交織方向上交織。在其它方面，一種方法包括在交織方向上交織多組雷射束，從而生成交織束，其中每一組雷射束從一組源中的一個源發射，其中所述交織束內的相鄰雷射束與該組源中的不同源相對應，以及使用該交織束泵浦雷射介質。實施方式可以包括以下特徵中的一個或者多個。雷射鏡的多個反射和透射區域可以在交織方向上交替。高透射區域可以是第一高透射區域並且雷射鏡包括第二高透射區域，其中第一高透射區域和第二高透射區域由高反射區域分隔開。
高反射區域可以是第一高反射區域並且雷射鏡可以包括第二高反射區域，其中第一高反射區域和第二高反射區域可以由高透射區域分隔開。高透射區域可以由位於部分透射的雷射鏡和/或透射特定波長的材料/區域中的通孔來限定。第一雷射束和第二雷射束可以具有細長的束輪廓並且高反射區域和高透射區域適合於該細長的束輪廓或者所述束的其它指定的束輪廓。可以配置所述鏡結構以使得第一和第二雷射束能夠朝向該部分透射的雷射鏡的相對側行進。可以配置所述鏡結構以沿第一方向對準第一雷射束和第二雷射束。第一源和第二源可以包括用於分別生成第一雷射束和第二雷射束的雷射二極體或者雷射二極體條。第一和/或第二源均可以包括在第一方向上移位一間距的若干雷射二極體或者雷射二極體條。所述間距可以例如是至少5mm、IOmm或者15mm。在一些實施例中，所述間距可以至少與雷射二極體或者雷射二極體條的腔長度一樣大。在其它實施例中，所述間距也可以比雷射二極體或者雷射二極體條的腔長度小。雷射鏡可以位於所述鏡結構中以垂直交織第一和第二源的若干雷射束。雷射系統還可以包括安裝件並且第一和第二源在第一方向上以一偏移量安裝到該安裝件。所述雷射系統還可以包括用於生成第三雷射束的第三源以及第二交織雷射鏡，該第二交織雷射鏡具有配置為反射第一雷射束和第二雷射束的高反射區域和配置為透射第三雷射束的高透射區域。雷射系統還可以包括用於生成第四雷射束的第四源以及第三交織雷射鏡，該第三交織雷射鏡具有配置為反射第四雷射束的高反射區域和配置為透射第一雷射束、第二雷射束和第三雷射束的高透射區域。可以設置第一和第二源以及鏡結構以針對第一和第二雷射束提供基本上相同的光學路徑長度。交織雷射鏡可以對於45度的入射角提供高反射率。第一源還可以包括散熱器和偏轉光學器件。而且，可以將第一源的若干雷射二極體或者雷射二極體條在散熱器上設置為扁平以發射與散熱器平行的雷射束，其中快軸與雷射束的疊置方向正交。配置所述偏轉光學器件以沿與散熱器正交的方向偏轉與所述散熱器平行發射的雷射束。散熱器可以經由陶瓷層與雷射二極體或雷射二極體條絕緣。雷射系統還可以包括位於所述鏡結構之後第一和第二雷射束的所述光學路徑中的束形成光學器件。所述鏡結構還可以包括兩個鏡。所述鏡結構可以包括η個源以及至少n-1個交織雷射鏡，其中η為整數。雷射系統還可以包括束形成光學器件，所述束形成光學器件包括選自由用於快軸的準直光學器件、用於慢軸的準直光學器件、用於調節快軸的圓柱光學望遠鏡、以及摺疊鏡構成的組中的光學器件。可以將雷射二極體或者雷射二極體條設置在散熱器上以基於順序流經雷射二極體或者雷射二極體條的電流實現導通操作。雷射系統還可以包括配置為安裝第一和第二源的安裝件。可以配置透射和反射區域以透射或者反射具有細長束輪廓的雷射束。可以配置交織雷射鏡以透射和/反射具有細長束輪廓的雷射束，所述細長束輪廓可以具有2 1、5 UlO 1或者更大的寬長比。交織雷射鏡可以是金屬鏡。交織雷射鏡可以包括基底以及位於所述基底上的高反射率塗層，用以形成反射區域。至少兩個透射區域可以是貫穿所述基底的通孔。交織雷射鏡可以包括位於所述基底上的防反射塗層，用以形成透射區域。在交織方向上，至少兩個透射區域的其中之一的延伸部分可以大致與至少兩個反射區域的其中之一的延伸部分相同。該延伸部分可以例如是至少5mm。交織雷射鏡可以具有類似梯子的結構，其中所述類似梯子的結構的階梯可以與所述反射區域相對應並且位於所述階梯之間的空間可以與所述透射區域相對應。交織雷射鏡可以對於非正交入射角，特別是大約35°、40°、45°、50°或者55° 的入射角，提供高反射率。一些實施例的優點可以包括實現源的安裝容易對準並且直接觸及單獨源的簡單機械結構，從而改善了例如操作性能(例如源的更換)。而且，在一些實施例中，來自單個源的雷射可以對交織束的截面中的各種區域作出貢獻。因而，單個源的故障僅影響那些擴散區域處的束。因此，能夠降低束的非對稱影響， 例如在雷射泵浦束應用中對雷射介質的泵浦體積的非對稱影響。在大功率雷射系統的一些實施例中，源可以提供位於較大距離處的束以增加單獨二極體雷射的冷卻性能。具體地，對於這樣的系統，(例如大功率)雷射束之間的較大的「無輻射」區域可以填充有該系統的剩餘源的雷射束。在附圖和以下描述中闡述了本發明的一個或者多個實施例的細節。通過說明書和附圖以及權利要求書，本發明的其它特徵和優點將變得明顯。


圖1是使用交織束的光學泵浦雷射系統的示意性方框圖。圖2是源的示意性正視圖。圖3是利用如圖2所示的三個源生成的圖1所示的交織束沿著截面III-III提取的截面圖。圖4是雷射鏡的示意性正視圖。圖5是可在圖1的雷射系統中使用的雷射系統的實施方式的透視圖。圖6是圖5的源和鏡結構去除了該鏡結構的頂板和底板的透視圖。圖7是圖6的雷射系統的俯視圖。圖8是圖6的雷射系統沿著圖7所示的截面VIII-VIII的側視圖。圖9是圖6的雷射系統沿著圖7所示的截面IX-IX的側視圖。圖10是圖6的雷射系統的側視圖。
圖11是圖6的雷射系統的第一示例性源的側視圖。圖12是所述源沿著圖11所示的截面XII-XII的放大截面圖。圖13是圖11的源沿如圖11所示的截面XIII的放大透視圖。圖14是可以與圖5-10所示的雷射系統結合使用的第二示例性源的透視圖。
具體實施例方式可以設置一組雷射二極體或者雷射二極體條以提供空間上分離的雷射束。在此， 將這樣的結構稱為空間上分離(疊置)的雷射束的源。因此，疊置的雷射束的源發射具有類似束參數，即對於慢軸和快軸類似的參數，的若干雷射束。通過組合疊置的雷射束的多個源的雷射束，可以形成具有比疊置的雷射束的單個源的輻射率高的輻射率，即可以增加所述束的截面的給定區域內的功率。可以進一步施加合適的束形成元件以對所述束進行整形， 從而例如實現雷射介質的有效光學泵浦。在圖1中，光學泵浦的雷射系統1向諸如雷射切割系統或者雷射焊接系統的雷射處理系統5提供大功率雷射束3。例如，雷射系統1可以是向雷射處理系統5提供幾kW雷射束的例如盤形雷射系統的固態雷射系統。另一示例性雷射系統可以是纖維雷射器。為了生成雷射束3，利用由雷射系統11生成的交織束9對雷射系統1的雷射介質7進行光學泵浦。然而，也可以將雷射系統11配置為用於例如表面處理、硬化、材料處理和焊接的雷射應用的獨立雷射系統。雷射系統11例如包括安裝在結構15中的多個源、鏡結構16和束形成光學器件 17。結構15被配置為提供多個雷射束的雷射束分組13，每一個雷射束沿著被稱為交織方向18的一個維度移位。鏡結構16包括使得雷射束分組13彼此上下重疊從而形成交織束9 的若干交織雷射鏡。束形成光學器件17可以包括用以準直並勻化交織束9內的雷射束的光學器件。將交織束9例如直接或者經由諸如光纖的波導提供為至雷射系統1的泵浦雷射束ο圖2示意性示出了可以在結構15中使用的源19。圖3示出了圖1的交織束9沿視圖III-III提取的截面圖；可以利用圖2的三個源19創建該截面圖。圖4示意性示出了可以在鏡結構16中使用的雷射鏡。結合圖5-13詳細描述能夠例如用作圖1的雷射系統11 的交織雷射系統的實施例。如圖2所示，示例性源19包括安裝在公共散熱器21上的三個雷射二極體條20。 每一個雷射二極體條20包括具有五個相鄰發射區域的半導體結構。單個發射區域的雷射具有橢圓的束輪廓22。束輪廓22的橢圓形狀表明雷射束的快軸和慢軸的不同光學特性。 例如，由於發射區域的稀薄(thinness)，該發射區域的雷射在快軸方向上比在慢軸方向上更發散。五個發射區域的光形成雷射束分組13的雷射束23並且每一個雷射束23具有細長形狀。在一些實施例中，發射區域發射與散熱器21正交的光，而在其它實施例中發射與散熱器21平行並且隨後偏轉例如90°的光。在交織方向18上，三個雷射二極體條20彼此移位間距P並且因此三個雷射束23 也移位間距P。因而，從單個源19發射的雷射束23形成具有其自己截面的束，所述截面包括具有雷射移位間距P的區域以及在具有雷射的區域之間的沒有雷射的區域四。一些大功率源以幾毫米的大間距提供雷射束，例如至少5mm、10mm或者15mm。這樣的大功率源的示例包括具有結合圖11-13描述的扁平安裝的雷射二極體條的源(扁平源)以及具有結合圖 14描述的疊置二極體條(組源)的結構。交織雷射系統能夠尤其適用於具有大間距的源的使用。圖3示出了基於三個源19沿著圖1的交織束9的視圖III-III的簡化截面，每一個源19具有三個雷射二極體條20並且每一個雷射二極體條20產生五個雷射束22(如圖 2所示)。雷射系統11對來自三個雷射二極體條20中的每一個雷射二極體條的三個雷射束23(分組13中總共九個雷射束)進行交織以使得在交織束9的截面內，所述束的相鄰行的光起源於不同的源19。在該截面內，單個雷射二極體條20對由與雷射二極體條20的五個發射區域相關聯的橢圓束輪廓22指示的截面內的行24作出貢獻。在圖3的示例中，三行雷射束起源於三個源19中的每一個源。例如，行24與第一源的雷射輻射A相關，行25與第二源的雷射輻射B相關，並且行26與第三源的雷射輻射C 相關。因此，位於每一個源19的雷射二極體條20的發射光之間的無輻射區域29可以至少部分地填充有起源於結構15的兩個剩餘源19的雷射輻射。因而，源19的雷射輻射並不對交織束9的截面的單個區域作出貢獻而是對交織束9的整個截面內的不同區域作出貢獻。 在具有大量雷射二極體條的源彼此交織時，增加了對來自每一個源19的截面作出貢獻的擴散。圖4示出了例如可以用於交織來自圖2所示的三個源的雷射束的部分反射和部分透射的雷射鏡430。雷射鏡430包括矩形基底428。在安裝在鏡結構16中時，雷射鏡430 的長側沿交織方向18延伸。配置雷射鏡430以與由斜線的束輪廓423指示的一系列雷射束相互作用。該一系列雷射束423包括起源於每一個源並且分隔開間距P的三個雷射束。雷射鏡430包括通孔形式的三個透射區域429，每一個通孔被成形為透射兩個相鄰的雷射束423。透射區域429 通常是至少部分透射。基底428的一側塗覆有高反射率塗層431，從而在通孔之間(並且最終在上方和/或下方)提供反射區域432。反射區域的尺寸適於反射兩個相鄰的雷射束 423。換句話說，雷射鏡430具有類似梯子的結構，其中類似梯子的結構的階梯與反射區域 432相對應並且階梯之間的空間與透射區域429相對應。雷射鏡430的配置和幾何尺寸適合於具有三個源19的結構15 ；然而，其它配置和幾何尺寸也是可能的，並且將取決於結構 15的源19的數量以及源19的相對尺寸和位置。因而，取決於雷射鏡430和源之間在交織方向上的相對位置，該源的雷射束423或者被透射或者被反射。因而，在配置鏡結構16以使得來自第一源的雷射束與來自第二源的雷射束朝向雷射鏡430的相對側行進時，可以選擇入射角度以使得反射雷射束和透射雷射束沿交織方向18交替。在鏡結構16中，可以設置n-1個雷射鏡430以交織η個源的雷射束，η為整數。透射和反射區域429，432可以具有適於透射或者反射具有細長束輪廓的雷射束的尺寸，所述細長束輪廓至少具有例如2 1、5 UlO 1或者更大的寬長比。在圖5-13中，描述了示例性交織雷射系統511，以說明六個源519的雷射束523的幾何交織。在該實施例中，每一個源519包括發射在空間上移位十毫米間距的雷射束523 的十二個雷射二極體條。然而，對於具有更小或者更大間距的更多或者更少的源，也可以執行類似的交織。具體地說，在圖5和圖6中，雷射系統511包括六個源519的結構515以及鏡結構516，所述鏡結構516包括五個交織的雷射鏡530/1-530/5以及安裝在頂板532和底板 533之間的兩個彎曲鏡567和568。源519並排設置並且配置為沿第一方向534發射雷射束 423。雷射系統511包括鏡結構516，用以形成來自在交織方向518上移位的雷射束523 的束509。在鏡結構516的出口處，雷射束523沿交織方向518交織。因而，鏡結構516沿公共方向朝向束形成光學器件517的第一圓柱透鏡535重新導向進入的雷射束523。在圖5的實施例中，束形成光學器件517包括第二圓柱透鏡536、摺疊鏡537、束混合器538和準直光學器件539。第一和第二圓柱透鏡535和536形成望遠鏡M0，用以調節雷射束523的快軸和慢軸的束參數。因而，束形成光學器件517調節交織束509的各種光學參數。為了對於各種源519的雷射束523提供相同的光學路徑長度，鏡結構516基於針對在45°下反射進行優化的交織雷射鏡530並且源519在第一方向534和第二方向541上位於相同距離處(第二方向541與第一方向534和交織方向518正交)。此外，如下面結合圖10描述的，六個源519是相同的並且在交織方向上安裝在不同的位置，以使得每一個雷射束523在其自己特定的「交織」坐標處發射。因此，每一個雷射束523與第一方向534平行地行進並且隨後如結合圖6-9描述的，雷射束523由交織雷射鏡透射或者反射。而且，圖5示出了用於冷卻源519的冷卻劑連接M9。圖6和圖7所示的交織雷射系統511的視圖說明了去除其頂部和底部532和533的鏡結構516。如上所述，結構515 和鏡結構516對於雷射束523/1-523/6提供類似的光學行進。例如，可以認為每一個雷射束523到圓柱透鏡3的光學路徑長度是相同的。然後，雷射束523在交織雷射系統511內經歷大致相同的發散。對於相同的源519，例如利用相對於源519的前側90°的預對準發射角度來配置結構515。每一個源519安裝到交織雷射系統511的殼體(未示出)。殼體包括用於在可重現的位置中安裝源519的對準銷(pin)。因而，可以在不重新對準鏡結構516的情況下更換源519。圖6和圖7示出了交織鏡530/1-5的位置以及鏡結構516內以45°入射角放置的將雷射束彎曲90°的90°彎曲鏡567和568。交織鏡530/1-5的寬度適合於發散雷射束 523的寬度，例如交織鏡530/1-5位於透鏡535的位置越近，該交織鏡530/1-5就在寬度上增加。每一個交織鏡530/1-5包括與每一個源519發射的雷射束523 —樣多的反射區域和透射區域。因而例如，如果每一個源發射十二個雷射束523，則交織鏡530具有至少十二個反射區域和十二個透射區域。反射區域和透射區域在交織方向518上交織。在鏡結構516中，放置交織鏡530/1以使得從源519/1發射的雷射束523/1由90° 彎曲鏡567反射，並且經過交織鏡530/1透射，而從源519/2發射的雷射束523/2由交織鏡 530/1反射。類似地，放置交織鏡530/2以使得從源519/3發射的雷射束523/3經過交織鏡 530/2透射而從源519/4發射的雷射束523/4由交織鏡530/2反射。而且，放置交織鏡530/3以使得雷射束523/3和523/4在交織鏡530/2之後經由交織鏡530/3透射，而從源519/5發射的雷射束523/5由交織鏡530/3反射。類似地，放置交織鏡530/4以使得雷射束523/1和523/2在交織鏡530/1之後由交織鏡530/4反射，而從源519/6發射的雷射束523/6經由交織鏡530/4透射。最後，放置交織鏡530/5以使得在雷射束523/1、523/2和523/5由交織鏡530/5 反射的同時，雷射束523/3、523/4和523/6由交織鏡530/5反射。在圖7的俯視圖中示出了發散雷射束523和交織鏡530/1-5。圖7進一步表明了圖8和圖9的觀點。圖8示出了沿著圖7所示的方向VIII-VIII的截面圖。源519/4、519/5和519/6 在交織方向518上的各種位置向鏡結構516提供分別在交織方向518上具有不同位置的雷射束523/4、523/5和523/6。交織雷射鏡530/3-5的反射和透射區域的位置的合適設定實現了雷射束523/4-6在交織方向518上交替的同時該雷射束523/4-6的對準。圖9示出了沿著圖7所示的方向IX-IX的交織雷射系統511的截面圖。在45°鏡 567和568之間，交織鏡530/1-5以各種高度提供反射和透射區域，從而使交織束509具有十二組交替的雷射束523/16的束輪廓(與結合圖3所表示和解釋的類似)。如圖10所示，六個相同源519/1-6中的每一個相對於殼體的頂部532附接在交織方向上的位置555處。可以例如通過殼體側壁處的對準銷來限定該位置，並且該對準銷適於適配到源519/1-6的對準孔559中。因此，在位於殼體頂部532和殼體底部533之間的交織方向上的不同位置處發射雷射束523。雷射束523，均在交織方向上的其自己位置處行進，在通過其反射雷射束519/35並且經過其透射雷射束523/1、523/2和523/6的最後交織鏡530/5之後進行交織。因而，在交織雷射系統511中，全部源的單獨雷射束523在另一個雷射束的頂部上導向，以使得每一個源的無輻射空間至少部分地填充有剩餘源519的雷射束ο對於大功率應用，可以在結構515中使用例如結合圖11-14描述的大功率源。如圖11-13所示，扁平源1119包括十二個雷射二極體條單元181，並且每一個雷射二極體條單元1181包括雷射二極體條1120、稜鏡1187和電連接1150。二極體雷射條1120的扁平側設置在單片矩形散熱器1121上。因此，可以將源1119 稱為扁平源，其中每一個雷射二極體條1120經過與散熱器1121熱接觸的大面積被有效冷卻。通過經由例如圖5所示的位於背側的冷卻劑連接的散熱器1121泵浦的冷卻劑從所述源消除所生成的熱。安裝孔1191位於每一個拐角並且對準孔1159位於矩形散熱器1121 的短側。沿著矩形散熱器1121的長度方向1137設置十二個雷射二極體條1120，該矩形散熱器1121在圖5中沿著軸向方向537設置。散熱器1121具有作為頂層的絕緣陶瓷層1195， 用以將雷射二極體條1120與散熱器1121電絕緣。每一個雷射二極體條1120包括半導體結構1110，該半導體結構1110的有源區域具有多個發射區域。半導體結構1110附接到P-觸點1130。例如絲焊(wire bond)的電連接1150將半導體結構1110與η-觸點1170電連接並且該η-觸點1170電連接到相鄰二極體雷射單元的ρ-觸點。因而，在操作源1119時， (相同的)電流串行流經全部雷射二極體條1120。此外，利用晶片元件1190能夠控制每一個二極體雷射條1120。每一個半導體結構1110具有細長的發射表面1112，例如均勻分布在大約IOmm長度上的30-45個相鄰有源區域。每一個發射表面1112與散熱器1121垂直取向並且具有沿著方向1137的發射方向。因而，雷射二極體條1120基本上在相同平面中發射雷射束1123， 該平面與散熱器1121的平坦表面1124平行。每一個雷射束1123具有細長的束輪廓，其慢軸沿雷射二極體條1120的發射表面1112的細長方向取向，即沿散熱器1121的寬度方向 1139 (如上面參照圖2和圖3討論的)，並且初始時快軸沿與散熱器1121的平坦表面1124 垂直的方向取向。所發射的雷射束1123由稜鏡1187在內部反射並且從稜鏡1187離開的束沿著與散熱器1121的表面1124正交的方向遠離散熱器1121行進。因而，在離開稜鏡1187之後， 雷射束1123的快軸在沿著散熱器1121的長度的方向1137上，而雷射二極體條1120的慢軸未改變並且保持沿著方向1139。此外，稜鏡1187準直在快軸方向上強烈發散的雷射束 1123。稜鏡1187的取向由公共玻璃安裝件1199確定。扁平源1119可以具有以下參數。每一個源1119可以基於十二個雷射二極體條 1120來提供大約1700W的輸出功率。雷射二極體條1120在慢軸方向上的寬度可以是大約 10mm。雷射束1123在慢軸方向上的全角度發散可以大致為6° -10°。經過具有大致1 μ m 高度的發射表面1112實現來自單獨雷射二極體條1120在快軸方向上的發射。初始時，雷射束1123具有大致40° -70°的全角度發散。使用稜鏡1187在快軸方向上對從每一個雷射二極體條1120發射的每一個雷射束1123進行準直。準直的雷射束1123通常在快軸方向上延伸0.6-1. 2mm。準直束在通過稜鏡之後的全角度發散在快軸方向上大致為0.5° -2°。 稜鏡1187的質量、透鏡對準的精度、以及雷射二極體條1120的直度決定發散角度。在圖5-10的結構15的實施例中應用扁平源1119的情況下，所發射的雷射束1123 的快軸在初始時，即在離開半導體結構時，沿與扁平源1119正交的方向取向。在稜鏡1187 內反射之後，發射雷射束1123的快軸沿交織方向518導向。再次參照圖11-13的扁平源1119，兩個發射的雷射束1123之間的間距大約比離開稜鏡1187時雷射束1123的尺寸大十倍。因而，扁平源的束截面的大約9/10沒有任何雷射輻射。例如利用鏡結構516，該截面的無輻射部分可以填充有來自其它扁平源1119的雷射束 1123。圖14示出了組源1419形式的可選大功率源，其中將多個雷射二極體條單元1481 一起分組。在圖14中，例如，組源1149包括十二個雷射二極體條單元1481，每一個單元包括二極體條1420、透鏡1490和電連接。每一個二極體雷射條1420設置在銅塊1430的表面上並且經由組源1419的前側1440處的透鏡1490發射雷射束。在雷射二極體條1420背面的區域中，相鄰的銅塊1430保持緊密接觸以使得能夠利用公共的冷卻劑系統冷卻該銅塊 1430。十二個雷射二極體條1420沿著組源1419的長度方向1437設置。每一個雷射二極體條1420包括具有有源區域半導體結構，有源區域具有形成細長發射表面的多個發射區域。每一個發射表面與組源1419的前側1440平行並且具有與前側1440垂直的發射方向。每一個雷射束具有細長的束輪廓，其慢軸沿雷射二極體條1420的發射表面的細長方向取向，並且快軸沿方向1437取向。透鏡1490準直沿快軸方向強烈發散的雷射束。透鏡1490的取向由銅塊1430的延伸部分1431或者附接到銅塊1430的玻璃塊確定。組源1419可以具有與扁平源919類似的束參數。
11
對於圖11-13中的扁平源1119，對於組源1419而言兩個發射的雷射束之間的間距例如可以比離開透鏡1490時雷射束的尺寸大十倍。因而，組源1419的束截面的大約9/10 沒有任何雷射輻射。使用結構15和束形成光學器件17，無雷射輻射的部分可以填充有來自其它組源1419的雷射束。在所描述的結構515中，源1119能夠進一步在幾何上良好對準，由於相關聯的安裝件和散熱器1121之間的接觸表面或者接觸點能夠在源1119的整個長度上延伸，從而提供快軸對準的高角度精度。各種配置可以使用所描述的概念，具有更大或者更小數量的源和交織雷射鏡。交織雷射鏡530可以具有適於雷射束523的特定入射角的反射塗層。可選地，所涉及透鏡中的一些或者全部可以是金屬鏡(例如具有銀塗層)。可以向例如由玻璃或者石英基底製造的透射或者非透射基底施加反射塗層。對於透射基底，對於上述通孔實施例的可選實施例， 包括塗覆或未塗覆防反射塗層的透射區域。在一些實施例中，光的反射率和透射率至少為80%、85%、90%、95%、98%、99% 或者99.8%。所述鏡結構可選地或者除了入射角45°之外還包括針對例如35°、40°、 50°或者55°的其它入射角設計的交織雷射鏡。此外或者可選地，雷射系統11可以包括摺疊鏡，用以在束形成光學器件17內提供更加緊湊的望遠鏡和/或準直光學系統。例如，圓柱鏡可以用作摺疊鏡。此外或者可選地， 在束形成光學器件17中，慢軸和/或快軸的準直可以包括一個或者多個圓柱透鏡、扁平鏡、 拋物線鏡、拋物線摺疊鏡、以及具有凹面拋物線形狀表面的透鏡。如圖1所示，在光纖或者雷射介質之前的光束路徑中，可以使用附加的光學部件來適應和改善各種束參數，例如束髮散度、束輪廓的平滑度。因此，其它實施例落入下面權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種雷射系統，包括用於分別生成第一雷射束和第二雷射束的第一源和第二源；以及包括第一交織雷射鏡的鏡結構，所述第一交織雷射鏡具有配置為反射所述第一雷射束的高反射區域以及配置為透射所述第二雷射束的第一高透射區域。
2.如權利要求1所述的雷射系統，其中，所述第一交織雷射鏡的多個反射和透射區域在交織方向上交替。
3.如權利要求1所述的雷射系統，其中，所述高透射區域是第一高透射區域並且所述第一交織雷射鏡包括第二高透射區域，其中所述第一高透射區域和所述第二高透射區域由所述高反射區域分隔開。
4.如權利要求1所述的雷射系統，其中，所述高反射區域是第一高反射區域並且所述第一交織雷射鏡包括第二高反射區域，其中所述第一高反射區域和所述第二高反射區域由所述高透射區域分隔開。
5.如權利要求1所述的雷射系統，其中，所述鏡結構配置為使得所述第一和第二雷射束朝向所述第一交織雷射鏡的相對側行進。
6.如權利要求1所述的雷射系統，其中，所述鏡結構配置為沿第一方向對準所述第一雷射束和所述第二雷射束。
7.如權利要求1所述的雷射系統，其中，所述第一源和所述第二源包括用於分別生成所述第一雷射束和所述第二雷射束的至少一個雷射二極體或者雷射二極體條。
8.如權利要求1所述的雷射系統，其中，所述第一和第二源各包括在第一方向上移位一間距的若干雷射二極體或者雷射二極體條。
9.如權利要求1所述的雷射系統，還包括安裝件並且所述第一和第二源在第一方向上以一偏移量安裝到所述安裝件。
10.如權利要求1所述的雷射系統，還包括用於生成第三雷射束的第三源以及第二交織雷射鏡，該第二交織雷射鏡具有配置為反射所述第一雷射束和所述第二雷射束的高反射區域和配置為透射所述第三雷射束的高透射區域。
11.如權利要求1所述的雷射系統，其中，所述第一和第二源以及所述鏡結構設置為針對所述第一和第二雷射束提供基本上相同的光學路徑長度。
12.如權利要求1所述的雷射系統，還包括束形成光學器件，該束形成光學器件位於所述鏡結構之後所述第一和第二雷射束的所述光學路徑中。
13.如權利要求1所述的雷射系統，其中，所述鏡結構包括η個源以及至少η-1個交織雷射鏡，其中η為整數。
14.如權利要求1所述的泵浦雷射系統，還包括束形成光學器件，所述束形成光學器件包括選自由以下光學器件構成的組中的光學器件用於所述快軸的準直光學器件、用於所述慢軸的準直光學器件、用於調節所述快軸的圓柱光學望遠鏡、以及摺疊鏡。
15.如權利要求1所述的雷射系統，還包括配置為安裝所述第一和第二源的安裝件。
16.一種用於交織至少兩個源的雷射的雷射鏡，所述雷射鏡包括位於所述雷射鏡的第一側上的至少兩個反射區域，用於將從第一方向入射的雷射反射至沿第二方向行進；以及至少兩個透射區域，用於朝向所述雷射鏡的第二側透射沿所述第二方向行進的雷射， 其中所述反射區域和所述透射區域在交織方向上交替。
17.如權利要求16所述的雷射鏡，其中，所述透射和反射區域配置為透射或者反射具有細長束輪廓的雷射束。
18.如權利要求16所述的雷射鏡，其中，所述雷射鏡是金屬鏡。
19.如權利要求16所述的雷射鏡，其中，所述雷射鏡包括基底。
20.如權利要求19所述的雷射鏡，其中，所述雷射鏡包括位於所述基底上的高反射率塗層，用以形成所述反射區域。
21.如權利要求19所述的雷射鏡，其中，所述兩個透射區域中的至少一個透射區域是貫穿所述基底的通孔。
22.如權利要求19所述的雷射鏡，其中，所述雷射鏡包括位於所述基底上的防反射塗層，用以形成所述透射區域中的至少一個透射區域。
23.如權利要求16所述的雷射鏡，其中，所述雷射鏡具有類似梯子的結構，其中所述類似梯子的結構的階梯與所述反射區域相對應並且所述階梯之間的空間與所述透射區域相對應。
24.一種方法，包括提供沿第一方向朝向交織雷射鏡行進的第一組雷射束，所述第一組雷射束在交織方向上移位，所述交織方向與所述第一方向正交；使用所述交織雷射鏡偏轉所述第一組雷射束，從而生成沿第二方向行進的偏轉雷射束；提供沿第二方向朝向所述交織雷射鏡行進的第二組雷射束，所述第二組雷射束在所述交織方向上移位；以及使所述第二組雷射束透射通過所述交織雷射鏡，從而生成透射雷射束， 其中，所述偏轉雷射束與所述透射雷射束在所述交織方向上交織。
25.一種方法，包括在交織方向上交織多組雷射束，從而生成交織束，其中從一組源中的一個源發射每一組雷射束，其中所述交織束內的相鄰雷射束與該組源中的不同源相對應。
26.如權利要求25所述的方法，還包括 利用所述交織的泵浦束泵浦雷射介質。
全文摘要
本發明公開一種雷射系統(511)，包括用於分別生成第一雷射束(523/2)和第二雷射束(523/1)的第一源(519/2)和第二源(519/1)，以及包括第一交織雷射鏡(531/1)的鏡結構(530/1，567)，該第一交織雷射鏡(531/1)具有配置為反射第一雷射束(523/2)的高反射區域以及配置為透射第二雷射束(523/1)的第一高透射區域。
文檔編號H01S5/022GK102227670SQ200980147824
公開日2011年10月26日 申請日期2009年10月21日 優先權日2008年10月27日
發明者T·維特哈克, U·邦納, V·C·內戈伊塔 申請人:通快光子學公司