一种半导体激光器系统的制作方法

1.本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种半导体激光器系统。


背景技术：

2.半导体激光器材料加工中，当高能激光束照射到对激光吸收率较低的材料或是表面光洁度较高的材料时，工件会反射大量激光能量，部分反射光会沿原光路回射到半导体激光发光芯片。由于激光束的功率密度很高，回射到半导体激光发光芯片的反射光短时间内会产生大量的热能，引发性能的不稳定性，甚至导致半导体激光发光芯片的损坏，使得激光器功率下降，严重时将会彻底损坏半导体激光器。为了保证半导体激光器正常工作，提高半导体激光器的工作稳定性和寿命，就需要提高半导体激光器抗反射光损伤的能力。目前半导体激光器防止反射光损伤的装置，主要是光隔离器，结构由两个起偏器和一个法拉第磁旋光元件构成，对反射光的隔离效果较好，但是光隔离器的结构复杂，体积较大，成本较高。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中半导体激光器系统在提高抗反馈光损伤的能力的同时无法兼顾结构简单、体积小和成本低的问题，进而提供一种半导体激光器系统。
4.本发明提供一种半导体激光器系统，包括：半导体激光器芯片，所述半导体激光器芯片适于发射线偏振光；聚焦耦合透镜单元；光阑，所述光阑位于所述聚焦耦合透镜单元和所述半导体激光器芯片之间；光束退偏单元，所述光束退偏单元位于所述聚焦耦合透镜单元背向所述光阑的一侧。
5.可选的，所述光束退偏单元为长度范围1m～30m的光纤。
6.可选的，所述光纤包括第一传输区、第二传输区和第三传输区，所述第二传输区的一端与所述第一传输区连接，所述第二传输区的另一端与所述第三传输区连接，所述第二传输区盘绕一圈或者若干圈。
7.可选的，所述第二传输区的各圈的半径相等。
8.可选的，所述第二传输区的各圈的半径小于或等于所述光纤的直径的200倍。
9.可选的，还包括分光单元，所述分光单元设置在所述半导体激光器芯片与所述光阑之间，所述分光单元将自所述光阑反馈至所述分光单元的光分离并出射主反馈光束和副反馈光束，所述主反馈光束的传输路径与自所述半导体激光器芯片出射至分光单元的光路重合，所述副反馈光束的传输路径与自所述半导体激光器芯片出射至分光单元的光路不重合。
10.可选的，所述分光单元包括双折射晶体、偏振片或偏振分光棱镜。
11.可选的，所述半导体激光器系统还包括光路监测单元，所述光路监测单元设置在所述副反馈光束的路径上；所述光路监测单元适于监测所述副反馈光束的光强度。
12.可选的，所述光阑包括通光孔径可调谐的光阑或固定通光孔径的光阑。
13.可选的，所述半导体激光器系统还包括整形单元，所述整形单元设置在所述半导体激光器芯片与所述分光单元之间，所述整形单元适于将所述半导体激光器芯片输出的激光在快轴和慢轴方向进行准直。
14.本发明技术方案，具有如下优点：
15.本发明提供的半导体激光器系统，包括：半导体激光器芯片；聚焦耦合透镜单元；光阑，所述光阑位于所述聚焦耦合透镜单元和所述半导体激光器芯片之间；光束退偏单元，所述光束退偏单元位于所述聚焦耦合透镜单元背向所述光阑的一侧。所述光束退偏单元具有能使激光模式退化的特性，可以改变激光的偏振方向，使得进入光束退偏单元的线偏振光退化为非偏振光或者部分偏振光，从而增大反馈光的发散角，通过光阑即可截止部分反馈光，达到衰减反馈光能量的目的，提高半导体激光器芯片抗反馈光损伤的能力。本发明的半导体激光器系统引入光束退偏单元和光阑，具有结构简单，空间占用率低，成本低廉，易于生产的优点。
16.进一步，所述光束退偏单元为长度范围1m～30m的光纤。利用长距离的光纤能够使激光模式退化的特性，可以改变激光的偏振方向，使得进入光束退偏单元的线偏振光退化为非偏振光或者部分偏振光。
17.进一步，光纤进行弯曲盘绕，进一步改变光纤内的传输模式分布。其次，光纤进行弯曲盘绕，使得光纤占用的空间减小，使得半导体激光器系统的集成度提高。
18.进一步，通过将所述分光单元设置在所述半导体激光器芯片与所述光阑之间，利用所述分光单元可以将进入所述分光单元的非偏振光或部分偏振光分离为两束不同方向的线偏振光的特性，将自所述光阑反馈至所述分光单元的光分离并出射偏振方向垂直的主反馈光束和副反馈光束，所述主反馈光束沿原光路返回所述半导体激光器芯片，所述副反馈光束的传播方向发生偏折，不会返回所述半导体激光器芯片，达到了进一步衰减反馈光的能量的目的。
19.进一步，通过将光路监测单元设置在所述副反馈光束的路径上，实时监测所述副反馈光束的光强度，根据所述光路监测单元接收到的副反馈光束的光强度调节所述半导体激光器芯片的功率，当光强度超过阈值时，则关停半导体激光器芯片，实现了对半导体激光器系统的保护。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明一个实施例的半导体激光器系统结构示意图；
22.图2为图1中光束退偏单元为光纤时的一种示意图；
23.图3为本发明一个实施例中从半导体激光器系统输出激光照射物体的光路示意图；
24.图4为本发明一个实施例中从物体表面反射激光进入半导体激光器系统的光路示
意图；
25.图5为本发明另一个实施例中从半导体激光器系统输出激光照射物体的光路示意图；
26.图6为本发明另一个实施例中从物体表面反射激光进入半导体激光器系统的光路示意图。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
31.本实施例提供一种半导体激光器系统，如图1所示，包括：
32.半导体激光器芯片1，所述半导体激光器芯片1适于发射线偏振光；
33.聚焦耦合透镜单元2；
34.光阑3，所述光阑3位于所述聚焦耦合透镜单元2和所述半导体激光器芯片1之间；
35.光束退偏单元4，所述光束退偏单元4位于所述聚焦耦合透镜2单元背向所述光阑3的一侧。
36.所述半导体激光器芯片1发射的线偏振激光为高功率线偏振激光，照射在物体7表面以对物体7进行激光加工。
37.所述光束退偏单元4具有能使激光模式退化的特性，可以改变激光的偏振方向，使得进入光束退偏单元4的线偏振光退化为非偏振光或者部分偏振光，从而增大反馈光的发散角，通过光阑3即可截止部分反馈光，达到衰减反馈光能量的目的，提高半导体激光器芯片抗反馈光损伤的能力。本发明的半导体激光器系统引入光束退偏单元和光阑，具有结构简单，空间占用率低，成本低廉，易于生产的优点。
38.本实施例中，所述光束退偏单元4为长度范围1m～30m的光纤，例如5m、10m或25m。在一个具体的实施例中，所述光束退偏单元4为阶跃折射率光纤。利用长距离的光纤能够使激光模式退化的特性，可以改变激光的偏振方向，使得进入光束退偏单元的线偏振光退化为非偏振光或者部分偏振光。
39.本实施例中，如图2所示，光纤进行弯曲盘绕，光纤包括第一传输区41、第二传输区42和第三传输区43，所述第二传输区42的一端与所述第一传输区41连接，所述第二传输区42的另一端与所述第三传输区43连接，所述第二传输区42盘绕一圈或者若干圈。光纤进行弯曲盘绕，进一步改变光纤内的传输模式分布。其次，光纤进行弯曲盘绕，使得光纤占用的空间减小，使得半导体激光器系统的集成度提高。
40.在一个实施例中，所述第二传输区42的各圈的半径相等，所述第二传输区42的各圈的半径小于或等于所述光纤的直径的200倍，例如所述光纤的直径的10倍、50倍、100倍或150倍。
41.光束经过聚焦耦合透镜单元2聚焦后的汇聚角度所对应的数值孔径小于光纤的数值孔径。
42.本实施例中，还包括分光单元5，所述分光单元5设置在所述半导体激光器芯片1与所述光阑3之间，所述分光单元5适于将自所述光阑3反馈至所述分光单元5的光分离为两束线偏振光。具体的，所述分光单元5将自所述光阑3反馈至所述分光单元5的光分离并出射偏振方向垂直的主反馈光束和副反馈光束，所述主反馈光束的传输路径与自所述半导体激光器芯片1出射至分光单元5的光路重合，所述副反馈光束的传输路径与自所述半导体激光器芯片1出射至分光单元5的光路不重合。所述主反馈光束沿原光路返回半导体激光器芯片1，所述副反馈光束的传播方向发生偏折，不会返回半导体激光器芯片1，达到了进一步衰减反馈光的能量的目的。
43.本实施例中，所述分光单元5包括双折射晶体、偏振片或偏振分光棱镜；所述双折射晶体包括平晶或胶合三角棱镜；所述平晶的光轴与进入所述平晶的激光的方向垂直。在一个具体的实施例中，如图3和图4所示，所述分光单元5采用双折射晶体。在另一个具体的实施例中，如图5和图6所示，所述分光单元5采用偏振分光棱镜。
44.本实施例中，所述光阑3包括通光孔径可调谐的光阑3或固定通光孔径的光阑3。所述光阑3能使得半导体激光器芯片1至物体7传输的光通过，并阻挡部分自物体7反馈的光。
45.本实施例中，如图1所示，还包括整形单元6，所述整形单元6设置在所述半导体激光器芯片1与所述分光单元5之间，所述整形单元6适于将所述半导体激光器芯片1输出的激光在快轴和慢轴方向准直。所述整形单元6包括快轴准直镜和慢轴准直镜。
46.参考图3和图5，展示出从半导体激光器系统输出激光照射物体7的光路。所述半导体激光器芯片1输出的线偏振光经过所述整形单元6，所述整形单元6在快轴和慢轴方向对半导体激光器芯片1输出的线偏振光进行准直后进入所述分光单元5，线偏振光无衰减通过所述分光单元5；设置所述光阑3的通光孔径，使激光恰能通过半导体激光器芯片至物体7传输的光。线偏振光经过所述光阑3与所述聚焦耦合透镜单元2后耦合进入所述光束退偏单元4，在所述光束退偏单元4中传输时，激光的偏振度下降，激光的数值孔径增大；从所述光束退偏单元4出射的激光照射在物体7上，对物体7进行加工；在对物体7进行加工的过程中，物体7反射的部分反馈光返回所述光束退偏单元4，物体7反射的其余反馈光被环境吸收。
47.具体的，参考图3，分光单元5为平晶，所述平晶的光轴与进入所述平晶的激光的方向垂直。由于半导体激光器芯片1输出的线偏振光与所述平晶设置的偏振方向一致，所以线偏振激光无衰减通过所述分光单元5。参考图5，分光单元5偏振分光棱镜，由于半导体激光器芯片1输出的线偏振光与偏振分光棱镜的透射光的偏振方向一致，所以线偏振光无衰减
通过分光单元5。
48.参考图4和图6，展示出从物体7表面反射激光进入半导体激光器系统的光路。激光照射在物体7表面产生的部分反馈光沿原出射光路返回所述光束退偏单元4，在所述光束退偏单元4中传输时，反馈光的偏振度下降，反馈光的数值孔径增大至光纤的数值孔径，此时从所述半导体激光器芯片1输出的线偏振光已经退化为非偏振光；所述光束退偏单元4传输的反馈光经过所述聚焦耦合透镜单元2进入所述光阑3时，发散角增大的部分反馈光被所述光阑3截止，反馈光的强度得到衰减。通过所述光阑3的反馈光经过所述分光单元5时，被分光单元5分离为偏振方向垂直的主反馈光束和副反馈光束，所述主反馈光束的传输路径与自所述半导体激光器芯片1出射至分光单元5的光路重合，所述副反馈光束的传输路径与自所述半导体激光器芯片1出射至分光单元5的光路不重合。所述主反馈光束沿原光路返回半导体激光器芯片1，所述副反馈光束的传播方向发生偏折，不会返回所述半导体激光器芯片1，经过分光单元5的反馈光再次得到衰减，衰减后的主反馈光束经过整形单元6后返回半导体激光器芯片1，降低了对所述半导体激光器芯片1的损伤。
49.如图6所示，所述半导体激光器系统还包括：光路监测单元8，所述光路监测单元8设置在所述副反馈光束的路径上。所述光路监测单元8适于监测所述副反馈光束的光强度，并根据所述光路监测单元8接收到的副反馈光束的光强度调节所述半导体激光器芯片1的功率。当光路监测单元8接收到的光强度超过阈值时，关停所述半导体激光器芯片1，实现了对半导体激光器系统的保护。
50.所述光路监测单元8包括光吸收体或光电探测器。
51.需要说明的是，图6仅为了示例光路监测单元8，在图1中也可以设置光路监测单元8。
52.在一个实施例中，半导体激光器系统中的半导体激光器芯片1的数量为一个。在另一个实施例中，半导体激光器系统中的半导体激光器芯片1的数量为多个，多个半导体激光器芯片1呈阵列排布。半导体激光器芯片1可以是单管半导体激光器芯片，多个单管半导体激光器芯片组成阵列。或者，多个半导体激光器芯片1构成巴条阵列。
53.在一个实施例中，半导体激光器系统中的半导体激光器芯片1的数量为多
54.个时，整形单元6中的快轴准直镜的数量为多个，整形单元6中的慢轴准直镜为多个，一个快轴准直镜对应一个半导体激光器芯片1，一个慢轴准直镜对应一个半导体激光器芯片1。半导体激光器系统还包括若干个45度反射镜，一个45度反射镜对应一个半导体激光器芯片。快轴准直镜对半导体激光器芯片发出的光进行快轴准直后再由慢轴准直镜进行准直，从慢轴准直镜出射的光照射至45度反射镜。若干个45度反射镜反射的光合束在一起形成合束光，合束光再经过分光单元5。
55.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。