专利名称：一种防止半导体激光加工机光反馈的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体激光加工机的应用方法，特别涉及一种防止半导体激光加工机光反馈的方法。
背景技术：
由于半导体激光器在输出功率，电光转换效率，可靠性以及耗费等方面持续地改进和提高，使得采用大功率半导体激光器进行材料加工已经成为国际热点。大功率半导体激光加工技术作为一种先进制造技术，在提高产品生产率、加工自动化、环境无污染以及降低成本消耗等方面有着巨大的优势。在激光加工应用中，单个半导体激光叠阵的光功率已 经不能满足实际的需求，为了提高大功率半导体激光器的输出功率，这就要求将多个半导体激光叠阵发出的光进行合束，以提高输出功率和亮度。目前国外主要采用空间合束和偏振合束技术将多个半导体激光叠阵进行合束,开发出多种功率输出的半导体激光加工机，功率可以达到千瓦甚至万瓦级。但是在如此高的功率下对金属工件表面进行激光加工时，工件表面的部分反射光会沿原光路回到半导体激光器的腔内部，会对半导体激光器内部及其腔面膜造成损害，进而使激光器的输出功率下降，寿命缩短。由于目前的半导体激光加工机都采用偏振合束和波长合束，而且反射回来的光束与激光器发出的光的具有相同波长，并沿着原光路返回，所以很难通过光学系统中的光路遮拦等传统方法对其反射光进行处理。现在我国将研究开发新型高可靠性、高光束质量的大功率半导体激光加工系统作为一个重要的研究方向，以满足要求更高激光功率密度的激光材料加工应用的需求。因此如何能有效解决激光加工中的反射光，提高激光器的使用寿命，已经成为了激光加工行业中亟待解决的难题。
发明内容
本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种防止半导体激光加工机光反馈的方法。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下一种防止半导体激光加工机光反馈的方法，该半导体激光加工机包括同向并列设置的两个不同波长、同一偏振态的半导体激光叠阵，两个所述半导体激光叠阵分别发出波长为λ i和λ 2的P或S偏振态激光束；该方法包括以下步骤步骤i :在一个所述半导体激光叠阵前设置与光路成45°设置的反射棱镜；在另外一个所述半导体激光叠阵前分别依次设置与光路成45°设置的波长合束棱镜和偏振分光棱镜，以及与垂直于光路设置的四分之一波片和聚焦镜；步骤ii :一个所述半导体激光叠阵发出的光经过所述反射棱镜后传播方向旋转90° ;另外一个所述半导体激光叠阵发出的光直接入射到所述波长合束棱镜上，两束激光通过波长合束棱镜进行合束；步骤iii :合束后的光束沿半导体激光叠阵的激光发出方向传播，通过偏振分光棱镜和四分之一波片后，经聚焦镜进行聚焦。在上述技术方案中，每个所述半导体激光叠阵的激光出口处，还分别设置用来减小快慢轴的发散角的快慢轴准直镜。在上述技术方案中，所述快慢轴准直镜为快轴准直镜和慢轴准直镜集成的微透镜，或者快轴准直镜和慢轴准直镜分离的柱面透镜。在上述技术方案中，每个所述半导体激光叠阵中的激光器的数量为至少两个。在上述技术方案中，每个所述半导体激光叠阵中的激光器的波长为400nm 2000nm。在上述技术方案中，所述反射棱镜为镀有高反膜的反射平板，或斜边镀有高反膜的三角棱镜。 在上述技术方案中,在所述波长合束棱镜上镀有波长合束膜；λ工< λ 2时，所述波长合束膜为长波通过，短波反射；λ i > λ 2时，所述波长合束膜为长波反射，短波通过。在上述技术方案中，所述波长合束棱镜由斜面上镀有波长合束膜、斜面相互胶合的两个三角棱镜组成；或者由一面镀有增透膜，另外一面镀有波长合束膜的玻璃平板组成。在上述技术方案中，所述偏振分光棱镜由斜面相互胶合的两个三角棱镜组成，斜面上镀有偏振分光膜；或者由一面镀有增透膜，另外一面镀有偏振分光膜的玻璃平板组成。在上述技术方案中，所述聚焦镜为球面透镜、非球面透镜或者两个分离的柱面镜。本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法相对于现有技术具有以下有益效果本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法，在半导体激光加工机内部通过四分之一波片和偏振分光棱镜相结合，可以有效地防止在高功率激光加工时工件表面的反射光回到半导体激光器的腔内部，减少激光器内部及腔面膜的损伤，进而提高激光器的使用寿命。一般单只半导体激光叠阵耦合亮度较低，本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法将不同波长的高功率半导体激光叠阵进行波长合束，合束叠阵的数目可以从2个到若干，稱合系统输出光功率密度显著提高。本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法，通过利用防反射装置，可以将99%的反射光反射掉，进而防止光反馈造成的激光器寿命降低。本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法，半导体激光加工机中的四分之一波片和偏振合束棱镜可以胶合也可以分离排放，调试简单。
图I是适用本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法的半导体激光加工机的一种具体实施方式
的结构示意图。
具体实施例方式本发明的发明思想为一种防止半导体激光加工机光反馈的方法，该半导体激光加工机包括同向并列设置的两个不同波长、同一偏振态的半导体激光叠阵，两个所述半导体激光叠阵分别发出波长为X1和入2的P或S偏振态激光束。本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法是利用在一个所述半导体激光叠阵前设置与光路成45°设置的反射棱镜；另外一个所述半导体激光叠阵前分别依次设置，与光路成45°设置的波长合束棱镜和偏振分光棱镜，以及与垂直于光路设置的四分之一波片和聚焦镜；一个所述半导体激光叠阵发出的光经过所述反射棱镜后传播方向旋转90° ;另外一个所述半导体激光叠阵发出的光直接入射到所述波长合束棱镜上，两束激光通过波长合束棱镜进行合束；合束后的光束沿半导体激光叠阵的激光发出方向传播，通过偏振分光棱镜和四分之一波片后，经聚焦镜进行聚焦。每个所述半导体激光叠阵的激光出口处，还分别设有用来减小快慢轴的发散角的快慢轴准直镜。本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法，该半导体激光加工机中包括不同波长同一偏振态半导体激光叠阵、快慢轴准直镜、反射棱镜、波长合束棱镜、偏振分光棱镜、四分之一波片、聚焦镜。所述的两个半导体激光叠阵并列排放并固定在同一平面上，发射出同为P或S偏振态、波长分别为入1和λ 2的激光束。每个叠阵前分别带有快慢轴准直镜以减小快慢轴的发散角。其中一个半导体激光叠阵发出的光通过反射棱镜反射后，传播方向旋转了 90° ;而另外的半导体激光叠阵发出的光直接入射到波长合束棱镜上，波长为入工和λ 2的激光束通过波长合束棱镜进行合束。合束后的光束沿半导体激光叠阵的激光发出方向传播。当光束通过偏振分光棱镜和四分之一波片后，此时激光束由P或S偏振光变为圆偏振，最后经聚焦镜进行聚焦。当半导体激光加工机进行激光加工时，加工工件表面垂直反 射回来的光再次通过四分之一波片，此时光的偏振态由圆偏振变为S或P偏振，当S或P偏振光入射到偏振分光棱镜上时，被偏振分光膜反射，反射率大于99%。因此可以有效地防止反射光回到半导体激光器的腔内部，减少激光器内部损伤及腔面膜的损害，进而提高激光器的使用寿命。以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细说明。图I显示了适用本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法的半导体激光加工机的一种具体实施方式
。参照图1，本发明的适用本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法的半导体激光加工机包括不同波长同一偏振态半导体激光叠阵I和半导体激光叠阵I’、快慢轴准直镜2，和快慢轴准直镜2’、反射棱镜3、波长合束棱镜4、偏振分光棱镜5、四分之一波片6以及聚焦镜7。其中，所使用的半导体激光叠阵I和半导体激光叠阵I’固定在激光加工机的底板上，两个半导体激光叠阵的中心高度相同，均发出P偏振态激光束。所述反射棱镜3为镀有高反膜的反射平板；所述波长合束棱镜4由斜面上镀有波长合束膜、斜面相互胶合的两个三角棱镜组成；所述偏振分光棱镜5由斜面相互胶合的两个三角棱镜组成，斜面上镀有偏振分光膜；所述聚焦镜7为球面透镜。当然，在其他具体实施方式
中，所述反射棱镜3还可以为斜边镀有高反膜的三角棱镜；所述波长合束棱镜4还可以由一面镀有增透膜，另外一面镀有波长合束膜的玻璃平板组成；所述偏振分光棱镜5还可以由一面镀有增透膜，另外一面镀有偏振分光膜的玻璃平板组成；所述聚焦镜7也可以为非球面透镜或者两个分离的柱面镜。
本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法，利用半导体激光叠阵I发出的光经过反射棱镜后传播方向旋转90°，半导体激光叠阵I’发出的光直接入射到波长合束棱镜4上，两束激光通过波长合束棱镜4进行合束。合束后的光束沿z轴半导体激光叠阵的激光发出方向传播，通过偏振分光棱镜5和四分之一波片6后，经聚焦镜7进行聚焦。当半导体激光加工机进行激光加工时,加工工件表面垂直反射回来的光再次通过四分之一波片
6,由于光束先后两次通过四分之一波片6,偏振方向旋转了 90° ,光束的偏振态由P偏振变为S偏振，当S偏振光入射到偏振分光棱镜5上时，发生反射，因此可以有效地防止反射光沿原光路回到半导体激光器的腔内部，减少激光器内部及腔面膜的损伤，进而提高激光器的使用寿命。适用本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法的半导体激光加工机，通过六轴精密调整架和夹具对快慢轴准直镜2和快慢轴准直镜2’进行夹持，分别对半导体激光叠阵I和半导体激光叠阵I’中的每一层bar条进行快慢轴准直。在装调的过程中应保证每一层的bar条准直后在快轴方向叠加成平行等距的组合光束，慢轴方向中心位置一致。调整好后用紫外胶将其分别与半导体激光叠阵I和半导体激光叠阵I’进行固定。 适用本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法的半导体激光加工机，对反射棱镜3表面镀有高反射膜，反射率达到99. 7%—99. 9%。通过对反射棱镜3进行调节，使得半导体激光叠阵I发出的光传播方向旋转90°。适用本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法的半导体激光加工机，波长合束棱镜4是将两个三角棱镜斜面相互胶合而成，波长合束膜为长波段透过，短波段反射，半导体激光叠阵I的激射波长要小于叠阵I’的激射波长λ i < λ2。透过率达到95% — 99%，反射率为99%以上；在对波长合束棱镜4进行装调的过程中，需要检查通过波长合束镜4后两只半导体激光叠阵的远场光斑是否重叠。当然，在其他的具体实施方式
中，也可以为长波反射，短波通过，此时要求半导体激光叠阵I的激射波长要大于叠阵I’的激射波长X1 >入2。适用本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法的半导体激光加工机，偏振分光棱镜5是将两个三角棱镜斜面相互胶合而成,偏振分光膜为P光透过S光反射,P光透过率为95% — 99%，S光反射率为99%以上。在其他的具体实施方式
中，半导体激光叠阵I和半导体激光叠阵I’也可以是分别发出S偏振态激光束，则偏振分光膜为S光透过P光反射。适用本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法的半导体激光加工机，四分之一波片6两面镀有增透膜，和偏振分光棱镜5可以进行胶合固定，当然在其他的具体实施方式
中也可以分离排放。四分之一波片6的主轴应该与两只半导体激光叠阵的快轴方向和慢轴方向呈45°角放置。适用本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法的半导体激光加工机，半导体激光叠阵中的激光器的数目根据合束后的功率要求、半导体激光器光谱间隔及波长合束膜的曲线陡度决定，数量可以从2到若干。适用本发明的防止半导体激光加工机光反馈的方法的半导体激光加工机，内部通过四分之一波片和偏振分光棱镜相结合，可以有效地防止在高功率激光加工时工件表面的反射光回到半导体激光器的腔内部，减少激光器内部及腔面膜的损伤，进而提高激光器的使用寿命。
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。
权利要求
1.一种防止半导体激光加工机光反馈的方法，该半导体激光加工机包括同向并列设置的两个不同波长、同一偏振态的半导体激光叠阵(1，I’)，两个所述半导体激光叠阵(1，Γ)分别发出波长为入1和入2的？或S偏振态激光束；其特征在于，该方法包括以下步骤 步骤i :在一个所述半导体激光叠阵(I)前设置与光路成45°设置的反射棱镜(3);在另外一个所述半导体激光叠阵(I’)前分别依次设置与光路成45°设置的波长合束棱镜(4)和偏振分光棱镜(5),以及与垂直于光路设置的四分之一波片(6)和聚焦镜(7)； 步骤ii : 一个所述半导体激光叠阵(I)发出的光经过所述反射棱镜(3)后传播方向旋转90° ;另外一个所述半导体激光叠阵(Γ)发出的光直接入射到所述波长合束棱镜(4)上，两束激光通过波长合束棱镜(4)进行合束； 步骤iii :合束后的光束沿半导体激光叠阵(1，1’)的激光发出方向传播，通过偏振分光棱镜(5)和四分之一波片(6)后，经聚焦镜(7)进行聚焦。
2.根据权利要求I所述的防止半导体激光加工机光反馈的方法，其特征在于，每个所述半导体激光叠阵(I，I’)的激光出口处，还分别设置用来减小快慢轴的发散角的快慢轴准直镜(2，2’)。
3.根据权利要求2所述的防止半导体激光加工机光反馈的方法，其特征在于，所述快慢轴准直镜(2，2’)为快轴准直镜和慢轴准直镜集成的微透镜，或者快轴准直镜和慢轴准直镜分离的柱面透镜。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的防止半导体激光加工机光反馈的方法，其特征在于，每个所述半导体激光叠阵(I，I’)中的激光器的数量为至少两个。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的防止半导体激光加工机光反馈的方法，其特征在于，每个所述半导体激光叠阵中的激光器的波长为400nm 2000nm。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的防止半导体激光加工机光反馈的方法，其特征在于，所述反射棱镜(3)为镀有高反膜的反射平板，或斜边镀有高反膜的三角棱镜。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的防止半导体激光加工机光反馈的方法，其特征在于，在所述波长合束棱镜(4)上镀有波长合束膜；λ λ 2时，所述波长合束膜为长波通过，短波反射；λ i > λ 2时，所述波长合束膜为长波反射，短波通过。
8.根据权利要求1-3任意一项所述的防止半导体激光加工机光反馈的方法，其特征在于，所述波长合束棱镜(4)由斜面上镀有波长合束膜、斜面相互胶合的两个三角棱镜组成；或者由一面镀有增透膜，另外一面镀有波长合束膜的玻璃平板组成。
9.根据权利要求1-3任意一项所述的防止半导体激光加工机光反馈的方法，其特征在于，所述偏振分光棱镜(5)由斜面相互胶合的两个三角棱镜组成,斜面上镀有偏振分光膜；或者由一面镀有增透膜，另外一面镀有偏振分光膜的玻璃平板组成。
10.根据权利要求1-3任意一项所述的防止半导体激光加工机光反馈的方法，其特征在于，所述聚焦镜(7)为球面透镜、非球面透镜或者两个分离的柱面镜。
全文摘要
本发明涉及一种防止半导体激光加工机光反馈的方法，包括以下步骤在一个半导体激光叠阵前设置与光路成45°设置的反射棱镜； 在另外一个半导体激光叠阵前分别依次设置与光路成45°设置的波长合束棱镜和偏振分光棱镜，以及与垂直于光路设置的四分之一波片和聚焦镜；一个半导体激光叠阵发出的光经过所述反射棱镜后传播方向旋转90°；另外一个半导体激光叠阵发出的光直接入射到所述波长合束棱镜上，两束激光通过波长合束棱镜进行合束；合束后的光束沿半导体激光叠阵的激光发出方向传播，通过偏振分光棱镜和四分之一波片后，经聚焦镜进行聚焦。本发明的方法可以有效地减少激光器内部及腔面膜的损伤，提高激光器的使用寿命。
文档编号B23K26/06GK102962582SQ20121048701
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者朱洪波, 郝明明, 秦莉, 王立军 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所