用于激光熔覆的空间叠加高功率半导体激光叠阵系统的制作方法

文档序号:14922250发布日期:2018-07-11 04:37阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于激光熔覆的空间叠加高功率半导体激光叠阵系统,包括第一半导体激光叠阵组、第二半导体激光叠阵组;第一半导体激光叠阵组包括第一半导体叠阵(1)和第二半导体叠阵(2);第二半导体叠阵组包括第三半导体叠阵(1′)和第四半导体叠阵(2′);所述第一半导体叠阵(1)、第二半导体激光叠阵(2)、第三半导体叠阵(1′)和第四半导体叠阵(2′)均由多个半导体激光巴条沿快轴方向叠加而成,且该四个叠阵包含的半导体激光巴条数量相同;其特征在于,还包括第一快轴准直透镜组(3)、第二快轴准直透镜组(4)、第三快轴准直透镜组(3′)、第四快轴准直透镜组(4′);第一慢轴准直透镜列阵组(5)、第二慢轴准直透镜列阵组(6)、第三慢轴准直透镜列阵组(5′)、第四慢轴准直透镜列阵组(6′);第一周期性空间耦合镜(7)、第二周期性空间耦合镜(7′);第一慢轴扩束系统(8)、第二慢轴扩束系统(8′)、积分镜(9);其中:

所述第一快轴准直透镜组(3)、第二快轴准直透镜组(4)、第三快轴准直透镜组(3′)和第四快轴准直透镜组(4′)均由多个准直透镜组成;第一快轴准直透镜组(3)的数量与第一半导体叠阵(1)中半导体激光巴条的数量相同;第二快轴准直透镜组(4)中准直透镜的数量与第二半导体叠阵(2)中半导体激光巴条的数量相同;第三快轴准直透镜组(3′)的数量与第三半导体叠阵(1′)中半导体激光巴条的数量相同;第四快轴准直透镜组(4′)中准直透镜的数量与第四半导体叠阵(2′)中半导体激光巴条的数量相同;第一慢轴准直透镜列阵组(5)、第二慢轴准直透镜列阵组(6)、第三慢轴准直透镜列阵组(5′)和第四慢轴准直透镜列阵组(6′)均由多个准直透镜列阵组成;第一慢轴准直透镜列阵组(5)中准直透镜列阵的数量与第一半导体叠阵(1)中半导体激光巴条的数量相同;第二慢轴准直透镜列阵组(6)中准直透镜列阵的数量与第二半导体叠阵(2)中半导体激光巴条的数量相同;第三慢轴准直透镜列阵组(5′)中准直透镜列阵的数量与第三半导体叠阵(1′)中半导体激光巴条的数量相同;第四慢轴准直透镜列阵组(6′)中准直透镜列阵的数量与第四半导体叠阵(2′)中半导体激光巴条的数量相同;

所述第一快轴准直透镜组(3)中的每个准直透镜相对于第一半导体叠阵(1)中对应的半导体激光巴条平行且同心放置,且两者之间的距离为该准直透镜的焦距;第二快轴准直透镜组(4)中的每个准直透镜与第二半导体叠阵(2)中对应的半导体激光巴条平行且同心放置,且两者之间的距离为快轴准直透镜的焦距;第三快轴准直透镜组(3′)中的每个准直透镜相对于第三半导体叠阵(1′)中对应的半导体激光巴条平行且同心放置,且两者之间的距离为该准直透镜的焦距;第四快轴准直透镜组(4′)中的每个准直透镜与第四半导体叠阵(2′)中对应的半导体激光巴条平行且同心放置,且两者之间的距离为快轴准直透镜的焦距;第一慢轴准直透镜列阵组(5)的每个准直透镜列阵相对于第一半导体叠阵(1)中对应的巴条平行且同心放置,且两者之间的距离为该慢轴准直透镜列阵的焦距;第二慢轴准直透镜列阵组(6)的每一个准直透镜列阵相对于第二半导体叠阵(2)中相对应的巴条平行且同心放置,且两者之间的距离为该慢轴准直透镜列阵的焦距;第三慢轴准直透镜列阵组(5′)的每个准直透镜列阵相对于第三半导体叠阵(1′)中对应的巴条平行且同心放置,且两者之间的距离为该慢轴准直透镜列阵的焦距;第四慢轴准直透镜列阵组(6′)的每一个准直透镜列阵相对于第四半导体叠阵(2′)中相对应的巴条平行且同心放置,且两者之间的距离为该慢轴准直透镜列阵的焦距;

所述第一半导体叠阵(1)发出的光束依次经第一快轴准直透镜组(3)、第一慢轴准直透镜列阵组(5)在快、慢轴方向上进行准直后成为第一平行光,第一平行光中由每个半导体激光巴条发出的光束的尺寸为二分之一巴条间距;第二半导体叠阵(2)发出的光束依次经第二快轴准直透镜组(4)、第二慢轴准直透镜列阵组(6)在快、慢轴方向进行准直后成为第二平行光,第二平行光中由每个半导体激光巴条发出的光束的尺寸为二分之一巴条间距;第一周期性空间耦合镜(7)所在面与第一平行光、第二平行光的夹角均为45°,第一周期性空间耦合镜(7)全部透过,第二平行光以垂直于第一平行光的方向到达周期性空间耦合镜,经第一周期性空间耦合镜(7)进行45°反射后,与通过第一周期性空间耦合镜(7)的第一平行光同向且相互叠加,叠加光束经第一慢轴扩束系统(8)调整慢轴扩束倍数成为第I组合束平行光束;所述第三半导体叠阵(1′)发出的光束依次经第三快轴准直透镜组(3′)、第三慢轴准直透镜列阵组(5′)在快、慢轴方向上进行准直后成为第三平行光,第三平行光中由每个半导体激光巴条发出的光束的尺寸为二分之一巴条间距;第四半导体叠阵(2′)发出的光束依次经第四快轴准直透镜组(4′)、第四慢轴准直透镜列阵组(6′)在快、慢轴方向进行准直后成为第四平行光,第四平行光中由每个半导体激光巴条发出的光束的尺寸为二分之一巴条间距;第二周期性空间耦合镜(7′)所在面与第三平行光、第四平行光的夹角均为45°,第二周期性空间耦合镜(7′)全部透过,第四平行光以垂直于第三平行光的方向到达周期性空间耦合镜,经第二周期性空间耦合镜(7′)进行45°反射后,与通过第二周期性空间耦合镜(7′)的第三平行光同向且相互叠加,叠加光束经第二慢轴扩束系统(8′)调整慢轴扩束倍数成为第II组合束平行光束;第I组合束平行光束和第II组合束平行光束最后经积分镜(9)合成聚焦成条形光斑输出。

2.如权利要求1所述的空间叠加高功率半导体激光叠阵系统,其特征在于,所述第一周期性空间耦合镜(7)和第二周期性空间耦合镜(7′)为周期性装置,其一个周期内的上面1/2周期为45°全透,下面1/2周期45°高反,其一个周期宽度与半导体激光巴条的间距相等。

3.如权利要求2所述的空间叠加高功率半导体激光叠阵系统,其特征在于,所述第一周期性空间耦合镜(7)和第二周期性空间耦合镜(7′)由二分之一巴条间距宽度的多个45°反射镜按二分之一巴条间距排列并固定为一体而成,或采用一整块45°反射镜用激光沿水平方向刻蚀而成。

4.如权利要求1所述的空间叠加高功率半导体激光叠阵系统,其特征在于,还包括由偏振镜(11)、四分之一波片(12)和第一挡光器(13)组成的反馈光隔离保护系统I及由偏振镜(11′)、四分之一波片(12′)和第二挡光器(13′)组成的反馈光隔离保护系统II,所述偏振镜(11)和四分之一波片(12)设置在第一慢轴扩束系统(8)和积分镜(9)之间,偏振镜(11)与第一周期性空间耦合镜(7)平行设置,第一挡光器(13)设置在偏振镜(11)的一侧;经第一慢轴扩束系统(8)后的光束先到达偏振镜(11),偏振镜(11)的水平偏振的光经过四分之一波片(12)偏振方向旋转45度,经过加工工件表面反射回来后再次通过该四分之一波片(12)偏振方向又旋转45度,两次通过该四分之一波片(12)偏振方向工旋转90度,即由水平偏振变成垂直偏振,再次到达偏振镜(11)后被高反至第一档光器(13),第一挡光器(13)将上述光束导出;所述偏振镜(11′)和四分之一波片(12′)设置在第二慢轴扩束系统(8′)和积分镜(9)之间,偏振镜(11′)与周期性空间耦合镜(7′)平行设置,第二挡光器(13′)设置在偏振镜(11′)的一侧;经第二慢轴扩束系统(8′)后的光束先到达偏振镜(11′),偏振镜(11′)的水平偏振的光经过四分之一波片(12′)偏振方向旋转45度,经过加工工件表面反射回来后再次通过该四分之一波片(12′)偏振方向又旋转45度,两次通过该四分之一波片(12′)偏振方向工旋转90度,即由水平偏振变成垂直偏振,再次到达偏振镜(11′)后被高反至第二档光器(13′),第二挡光器(13′)将上述光束导出。

5.如权利要求1所述的空间叠加高功率半导体激光叠阵系统,其特征在于,所述第一半导体叠阵(1)和第二半导体叠阵(2)中每个半导体激光巴条在快轴方向准直后的光束尺寸为二分之一巴条间距,第二半导体叠阵(2)在快轴方向上比第一半导体叠阵(1)高出二分之一巴条间距;第一周期性空间耦合镜(7)比第二半导体叠阵(2)在快轴方向高出四分之一巴条间距,比第一半导体叠阵(1)在快轴方向上高出四分之三巴条间距;所述第三半导体叠阵(1′)和第四半导体叠阵(2′)中每个半导体激光巴条在快轴方向准直后的光束尺寸为二分之一巴条间距,第四半导体叠阵(2′)在快轴方向上比第三半导体叠阵(1′)高出二分之一巴条间距;第二周期性空间耦合镜(7′)比第四半导体叠阵(2′)在快轴方向高出四分之一巴条间距,比第三半导体激光叠阵(1′)在快轴方向上高出四分之三巴条间距。

6.如权利要求4所述的空间叠加高功率半导体激光叠阵系统,其特征在于,所述第一挡光器(13)及第二挡光器(13′)采用设有45度锥形凹面金属块,在其凹面上涂有黑色。

7.如权利要求1所述的空间叠加高功率半导体激光叠阵系统,其特征在于,所述第一半导体叠阵(1)、第二半导体叠阵(2)、第三半导体叠阵(1′)和第四半导体叠阵(2′)均采用由976nm、功率为120W的25个半导体激光巴条沿快轴方向叠加而成的3000瓦的叠阵。

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