專利名稱：一種陣列激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及激光器領域，尤其涉及一種陣列激光器領域。
背景技術：
大功率激光器在通信、信息記錄、打印、顯示、材料加工及醫療等許多領域具有廣 泛的應用市場。獲得大功率激光輸出的常用方法是采用閃光燈或LD陣列激光器泵浦激光 增益介質。這種方式通常存在系統體積較大，結構較復雜等問題。如采用高功率半導體二 極管激光器，其散熱及光束質量等問題限制了應用范圍。 半導體泵浦微片式激光介質具有效率高、結構簡單等特點，但單個微片式激光器 輸出光功率有限，難以獲得高功率激光輸出。 美國專利號為"US5115445"的方案提出采用LD陣列泵浦陣列微片激光器設 想。但其輸出功率仍較低，散熱結構亦過于簡單，難以獲得實際應用。中國專利申請號為 "200620069122. 7"的方案提出在陣列微片激光器之間設置可通過冷卻水或冷卻風的孔或 槽結構用于及時散熱，該結構仍較為復雜。
實用新型內容針對以上問題，本實用新型提出采用一組準直透鏡準直陣列半導體激光器各個LD 芯片輸出光，或采用一組自聚焦透鏡或一組反射鏡與會聚透鏡組合將各準直光聚焦到陣列 微片激光器或多個獨立的微片激光器，并同時泵浦微片陣列形成高功率激光輸出的技術方 案來實現。 本實用新型的技術方案是 第一種陣列激光器方式 所述的陣列激光器，包括陣列LD泵浦源，每一路激光經過相應的光學準直系統和 光學會聚系統，泵浦相應的微片激光器，所述的微片激光器除兩個通光面外的四周與高導 熱系數的硅片相互粘結。 進一步的，所述的微片激光器之間可為相互分立結構。 或者進一步的，所述的微片激光器之間可為相互粘結成陣列結構。 更進一步的，所述的微片激光器通用光膠或深化光膠相互粘結成陣列結構。 再進一步的，所述的微片激光器四周的高導熱系數硅片之間直接粘結，或者相鄰
的微片激光器四周的高導熱系數硅片之間留有一定空隙。 所述的微片激光器的激光增益介質結構可為單一薄片結構，或者可為長條形結 構。 進一步的，所述的陣列LD泵浦源的每一路激光經過光學準直透鏡陣列和光學會 聚透鏡陣列，泵浦相應的微片激光器。 更進一步的，所述的陣列LD泵浦源與光學準直透鏡陣列之間還插入柱面透鏡。所 述的柱面透鏡與光學準直透鏡陣列對陣列LD泵浦源輸出光的快軸和慢軸方向準直。[0016] 所述的光學準直透鏡陣列和光學會聚透鏡陣列的每個光路上插入相應的反射鏡
陣列來彎曲光路空間分布。 第二種陣列激光器方式 所述的陣列激光器是陣列LD泵浦源經過自聚焦的微透鏡陣列后，使光束在空間 上發生分離，來泵浦相應的聚焦透鏡后的微片激光器。 進一步的，所述的自聚焦透鏡陣列的軸線相對于陣列LD泵浦源的發光點連線垂 直距離不同，使準直光出射方向不同，以使光束在空間上發生分離。 更進一步的，所述的自聚焦透鏡陣列的自聚焦透鏡數量M小于所述的LD泵浦源的 發光芯片數量N。 第三種陣列激光器方式 所述的陣列激光器是陣列LD泵浦源經過微透鏡陣列后，泵浦陣列微片激光器。 本實用新型采用如上技術方案，提出一種結構更為簡單合理的陣列激光器，并解 決了陣列激光器散熱問題。
圖1是本實用新型的第一種陣列激光器方式的實施例一的示意圖；圖2是本實用新型的第一種陣列激光器方式的實施例二的示意圖；圖3是本實用新型的第一種陣列激光器方式的實施例三的示意圖；圖4是本實用新型的第二種陣列激光器方式的實施例一的示意圖；圖5是本實用新型的第二種陣列激光器方式的實施例二的示意圖；圖6是本實用新型的第三種陣列激光器方式的實施例一的示意圖；圖7(a)是本實用新型的微片激光器的橫截面示意圖；圖7(b)是本實用新型的微片激光器的縱截面示意圖；圖7(c)是本實用新型的微片激光器的另一種實施例的橫截面示意圖。
具體實施方式
現結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進一步說明。 本實用新型采用一組準直透鏡準直陣列半導體激光器各個LD芯片輸出光，或采 用一組自聚焦透鏡或一組反射鏡與會聚透鏡組合將各準直光聚焦到陣列微片激光器或多 個獨立的微片激光器，并同時泵浦微片陣列形成高功率激光輸出。其中在各微片激光增益 介質除兩個通光面外的四周采用高導熱材料如硅片等粘結，各微片激光器為獨立結構或粘 結在同一基片形成陣列。本實用新型主要可以采用三種方案實現。 第一種陣列激光器方式 參閱圖1-圖3所示，所述的陣列激光器，包括陣列LD泵浦源101，每一路激光經過
相應的光學準直系統和光學會聚系統，泵浦相應的微片激光器1041 、 1042........104N。所
述的微片激光器1041、 1042........104N除兩個通光面外的四周與高導熱材料的硅片102
相互粘結。 參閱圖1-圖3所示的實施例，所述的微片激光器1041U042........104N之間可
為相互分立結構。[0038] 或者參閱圖6所示，所述的微片激光器1041 、1042........104N之間可為相互粘
結成陣列結構104。 參閱圖7(a)-圖7(c)所示，所述的微片激光器1041、 1042........104N通用光
膠或深化光膠相互粘結成陣列結構。參閱圖7(a)或圖7(b)所示，圖7(a)為橫截面圖，圖
7(b)為縱截面圖。所述的微片激光器1041、 1042........104N四周的高導熱材料硅片102
之間直接粘結。參閱圖7(c)所示，相鄰的微片激光器1041、1042........104N四周的高
導熱材料硅片102之間留有一定空隙。通過高導熱材料硅片102形成高效散熱、導熱方式
可使微片激光器1041 、1042........104N產生的熱量及時導走，因而可獲得穩定的功率輸出。 所述的微片激光器1041 、1042........104N的激光增益介質結構可為如上所述
的單一薄片結構，或者可為長條形結構。本實用新型由于各泵浦點距離較大，熱相互影響亦 較弱，采用這種微片可使激光器結構更為緊湊、裝備更簡單。 參閱圖1所示，所述的陣列LD泵浦源101的每一路激光經過光學準直透鏡陣列
1021、 1022、......、102N和光學會聚透鏡陣列1031、 1032、......、 103N，泵浦相應的微片
激光器1041 、1042........104N。其中陣列LD泵浦源101的各芯片發光點大小為200 y m，
相鄰芯片間的距離為500iim，光學準直透鏡大小亦為500iim。各LD輸出光經光學準直透
鏡陣歹lj 1021、 1022、......、102N準直、光學會聚透鏡陣列1031、 1032、......、103N聚焦后
泵浦各相應的微片激光器1041 、 1042........104N，從而獲得陣列激光輸出。 參閱圖2所示，所述的陣列LD泵浦源101與光學準直透鏡陣列1021、
1022、......、102N之間還插入柱面透鏡105。所述的柱面透鏡105與光學準直透鏡陣列
1021 、1022........102N對陣列LD泵浦源101輸出光的快軸和慢軸方向準直，以改善光束
的聚焦性能。 參閱圖3所示，所述的光學準直透鏡陣列1021、 1022........102N和光學會聚透
鏡陣列1031、 1032........103N的每個光路上插入相應的反射鏡陣列1051、 1052........
105N來彎曲光路空間分布。方便于調節各準直光間隔，可使各微片激光器之間有足夠空間
調節。其中光學準直透鏡陣列1021U022........102N可用自聚焦透鏡取代。如LD芯片
之間間隔為dl，自聚焦透鏡的厚度為d2，相鄰自聚焦透鏡中心軸之間的距離為d3，當dl = d2 = d3時，可產生接近平行準直光，且光束間隔為d2。 第二種陣列激光器方式 參閱圖4、圖5所示，所述的陣列激光器是陣列LD泵浦源101經過自聚焦的微透 鏡陣列402后，使光束在空間上發生分離，來泵浦相應的聚焦透鏡403后的微片激光器404。 所述的自聚焦透鏡陣列402的軸線相對于陣列LD泵浦源101的發光點連線垂直距離不同， 使準直光出射方向不同，以使光束在空間上發生分離。假設陣列LD泵浦源101的發光芯片 個數為N個，自聚焦透鏡陣列402的自聚焦透鏡數量為M個，則所述的自聚焦透鏡陣列402 的自聚焦透鏡數量M小于所述的LD泵浦源lOl的發光芯片數量N。自聚焦透鏡的側面可以 拋去邊緣以增加自聚焦透鏡密度。如LD為常用的長度為lcm，發光點個數為20條，最大輸 出功率為20W的陣列激光器，則可采用7個微透鏡的陣列對LD輸出光準直。各微透鏡的厚 度為1. 5mm，焦距為1. 2mm，可同時耦合三個LD泵浦光。經過微透鏡后的LD光束分為三束， 并沿三個不同方向傳播，光束間夾角9 = artgO. 5/1. 2 = aetgO. 4 " 25° ，因而可在空間上分開。在各光束后加聚焦透鏡403及微片激光器404即可獲得陣列激光輸出。圖5所示 的結構采用一組透鏡502對陣列LD泵浦源101輸出光的長軸方向準直。透鏡組502中透
鏡502al、502a2、......、502aN中心與陣列LD泵浦源101發光點陣列中心在一條直線上，
透鏡502bl、502b2、......、502bN中心高于發光點陣列，透鏡502cl、502c2、......、502cN
中心低于發光點陣列。陣列LD泵浦源101準直后的輸出光束分為三組，并以不同角度輸出。 各光束經耦合后泵浦微片激光器可獲得陣列激光輸出。即通過自聚焦透鏡軸線相對發光點 陣列連線垂直距離不同而使準直光出射方向不同以拉開準直后光束之間間隔，以給微片之 間增加間隔。 第三種陣列激光器方式 所述的陣列激光器是陣列LD泵浦源101經過微透鏡陣列6021、6022........
602N后，泵浦陣列微片激光器104。 本實用新型的微片激光器可輸出基頻光，亦可以輸出倍頻等高次諧波，OPO連續或 脈沖等各種不同形成激光。 盡管結合優選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領域的技術人員應 該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本實用新型的精神和范圍內，在形式上和細節 上可以對本實用新型做出各種變化，均為本實用新型的保護范圍。
權利要求一種陣列激光器，包括陣列LD泵浦源(101)，每一路LD激光經過相應的光學準直系統和光學會聚系統，泵浦相應的微片激光器(1041、1042、......、104N)，其特征在于所述的微片激光器(1041、1042、......、104N)除兩個通光面外的四周與高導熱系數的硅片(102)相互粘結。
2. 根據權利要求1所述的陣列激光器，其特征在于所述的微片激光器(1041、 1042、......、104N)之間可為相互分立結構。
3. 根據權利要求1所述的陣列激光器，其特征在于所述的微片激光器(1041、 1042........104N)之間可為相互粘結成陣列結構。
4. 根據權利要求3所述的陣列激光器，其特征在于所述的微片激光器(1041、 1042........104N)通用光膠或深化光膠相互粘結為陣列結構。
5. 根據權利要求4所述的陣列激光器，其特征在于所述的微片激光器(1041、1042........104N)四周的高導熱系數硅片(102)之間直接粘結，或者相鄰的微片激光器(1041、 1042........104N)四周的高導熱系數硅片(102)之間留有一定空隙。
6. 根據權利要求l-5任一所述的陣列激光器，其特征在于所述的微片激光器(1041、 1042........104N)的激光增益介質結構可為單一薄片結構，或者可為長條形結構。
7. 根據權利要求1所述的陣列激光器，其特征在于所述的陣列LD泵浦源(101)的每一路激光經過光學準直透鏡陣列(1021、 1022........102N)和光學會聚透鏡陣列(1031、1032、......、103N)，泵浦相應的微片激光器(1041、 1042、......、104N)。
8. 根據權利要求7所述的陣列激光器，其特征在于所述的陣列LD泵浦源(101)與光 學準直透鏡陣列(1021、1022、......、102N)之間還插入柱面透鏡(105)。
9. 根據權利要求7或8所述的陣列激光器，其特征在于所述的光學準直透鏡陣列(1021、 1022、......、102N)和光學會聚透鏡陣列(1031、 1032、......、103N)的每個光路上插入相應的反射鏡陣列(1051、1052、......、105N)。
10. —種陣列激光器，其特征在于陣列LD泵浦源(101)經過自聚焦的微透鏡陣列 (402)后，使光束在空間上發生分離，來泵浦相應的聚焦透鏡(403)后的微片激光器(404)。
11. 根據權利要求10所述的陣列激光器，其特征在于所述的自聚焦透鏡陣列(402) 的軸線相對于陣列LD泵浦源(101)的發光點連線垂直距離不同，使準直光出射方向不同， 以使光束在空間上發生分離。
12. 根據權利要求10或11所述的陣列激光器，其特征在于所述的自聚焦透鏡陣列 (402)的自聚焦透鏡數量M小于所述的LD泵浦源(101)的發光芯片數量N。
13. —種陣列激光器，其特征在于陣列LD泵浦源(101)經過微透鏡陣列(6021、 6022........602N)后，泵浦陣列微片激光器(104)。
專利摘要本實用新型涉及激光器領域，尤其涉及一種陣列激光器領域。所述的陣列激光器，包括陣列LD泵浦源，每一路LD激光經過相應的光學準直系統和光學會聚系統，泵浦相應的微片激光器，所述的微片激光器除兩個通光面外的四周與高導熱系數的硅片相互粘結。或者，所述的陣列激光器是陣列LD泵浦源經過自聚焦的微透鏡陣列后，使光束在空間上發生分離，來泵浦相應的聚焦透鏡后的微片激光器。或者，所述的陣列激光器是陣列LD泵浦源經過微透鏡陣列后，泵浦陣列微片激光器。本實用新型采用如上技術方案，提出一種結構更為簡單合理的陣列激光器，并解決了陣列激光器散熱問題。
文檔編號H01S3/042GK201478684SQ200920182500
公開日2010年5月19日 申請日期2009年8月10日 優先權日2009年8月10日
發明者凌吉武, 吳礪, 楊建陽, 陳衛民, 陳燕平, 黃順寧 申請人:福州高意通訊有限公司