專利名稱：具有激光器陣列的激光器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一個激光器件，該器件至少具有一個激光器陣列和一個光學元件。光學元件可改變由激光器陣列，特別是由多個激光二極管棒條發(fā)出的激光束。激光束至少包括兩根有其自身輻射方向的單激光輻射，其輻射軸基本上相互平行，位于唯一的同一平面內，彼此隔以初始間距，該光學元件在激光器陣列下游的輻射方向上具有一偏轉鏡元件，它可使具有相同旋轉方向的各單激光輻射轉向平行和垂直于公共面。
類似的激光器件可以參考例如DE19511593A1專利。其中描述了一個激光二極管棒條，在其輻射方向下游裝有一塊透明鏡組以改變發(fā)出的輻射光束。鏡組內有一系列鏡子，該鏡列是由許多位于公共平面內且相互平行的反射面構成。反射面垂直于輻射方向，可以設置各單激光輻射彼此之間的距離。反射面傾斜于輻射方向可以使各單激光輻射由平行于公共平面轉向90°，同時可由該平面向大于0°角偏轉。制造這樣一個透明鏡組要求高的精確度，由此需要支付高的技術費用。若在制作反射面時精度不足，鏡組就會產生很高的輻射損耗。
本發(fā)明的目的在于開發(fā)一個如前言所述形式的激光器件，其制作技術簡單同時具有相對較低的輻射損耗。
這一目標是由具有隨后所述特征的激光器件來實現的。對本發(fā)明激光器件有益的改進結構見權利要求2至8。權利要求9的內容為其擇優(yōu)的制造方法。
本發(fā)明設計了引言所述形式的激光器件，其偏轉鏡元件為由平面平行透輻射光波導條拼合組成的光波導條堆垛結構，光波導條的數目與單個激光輻射數目相對應，這些光波導條的厚度小于各單激光輻射之間的初始距離。光波導條相互平行并傾斜于各單激光輻射的公共平面。每一激光輻射分屬于一光波導條，在光波導條的第一端區(qū)，各所屬單激光輻射透過光波導條的輻射耦合面直接耦合。
各光波導條具有與輻射軸相交的反射面，在輻射方向反射面位于輻射耦合面的下游，輻射軸由所屬各單激光輻射構成。反射面是面對著各光波導條第一端區(qū)對面的第二端區(qū)，可使所屬各單激光輻射從而向第二端區(qū)偏轉。第二端區(qū)具有輻射輸出耦合面，通過該耦合面該單激光輻射再次由光波導條射出。
經光波導條內部的輻射引導，本發(fā)明偏轉鏡元件中的輻射損耗比之引言所述形式的傳統器件中的輻射損耗要大為減少。
頂視圖為平行四邊形的各光波導條，其側面作為反射面可以在切割前或切割后為其制作提高反射率的鍍層。上述情況下，利用切割面可將光波導條的短正面制成具有45°角的反射面。
為了改善光波導條的光波導特性，在光波導條之間優(yōu)選具有低折射指數的粘合劑層作原料，將光波導條相互粘合在一起。對玻璃光波導條優(yōu)選硅樹脂粘合劑。
特別推薦的實施方案為，采用激光二極管棒條作為激光器陣列，將其固定在載體板的水平安裝面上。在該安裝面上激光二極管棒條和偏轉鏡元件之間有一例如為圓柱形透鏡的光學準直元件，以使由激光二極管棒條發(fā)出的垂直于公共面的強發(fā)散單激光輻射趨于平行。光波導條形堆垛結構以梯形棱邊安裝在安裝面板上，因此光波導條傾斜于各單激光輻射的公共面。
特別推薦的激光器件為，所有平行平面光波導條的寬度和厚度相同，而且光波導條形堆垛結構的頂視圖為平行四邊形結構，在其長軸方向上有不同的長度。光波導條在波導條型堆垛結構的三個側面整齊地封閉，而在其另一面則設計成相互壘疊的梯形。作為反射面的梯形正面，它是沿著光波導條形堆垛結構的長軸方向設置的，以便于設置各單激光輻射彼此之間的間距。與階梯相對的各個條形正面也是作為反射面設計的。
除上述優(yōu)點外，本發(fā)明激光器件還具有低的輻射損耗和相比較低的制作費用，首先為其堆砌相互壘疊的具有不同寬度、呈長條型、對激光輻射為透明的平行平面光波導條，其數目對應于各單激光輻射數目，光波導條的長正面在一側平齊，即終止于同一平面，在這一側面對面的則是相互堆砌起來的各長正面，因而這個堆垛結構具有梯形形狀。將這個堆垛結構分割成例如與長正面呈45°角的細長堆垛條，這就基本上說明了在光波導條形堆垛結構中所希望的偏轉鏡元件。
其他優(yōu)點以及有利的制作方法由下列實施例結合

圖1至圖6予以說明圖1為實施例的透視說明圖，圖2為實施例的第一側視說明圖，圖3為實施例的第二側視說明圖，圖4為實施例的頂視說明圖，圖5為實施例的光波導條形堆垛結構的部分截面圖，圖6為光波導條形堆垛結構反射面的另一種實施形式，圖7為利用實施例中的偏轉鏡元件改變激光輻射束的說明圖，圖8a和8b則為依據實施例制作偏轉鏡元件的加工過程說明圖。
在這些圖中相同部分和相同功能的部分都具有相同的參考數字。
在圖1至圖4的說明例子中，載板20的安裝面21上固定了激光二極管棒條2，由其發(fā)出的各輻射軸6位于公共平面5內且相互初始間距為a1，公共平面5實質上平行于載板20的安裝面21。
激光二極管棒條2，例如是一高功率激光二極管棒條，在本例的特殊情況下具有7個條形pn結，pn結位于公共平面5內，每個pn結發(fā)出一條橫截面為橢圓形的激光輻射，其長軸平行于pn結，短軸垂直于pn結，因此，該棒條發(fā)出的激光輻射束橫截面很長。各單激光輻射在垂直于公共平面5時發(fā)散較大而在平行于公共平面5時發(fā)散較小。
在激光二極管棒條2的輻射方向10有一個垂直于公共平面的圓柱長條透鏡22，它可以準直由激光二極管棒條2發(fā)出的各單個激光輻射。在輻射方向10圓柱長條透鏡22的下方是偏轉鏡元件3，其具有的單激光輻射數目對應于平行平面光波導條4的數目，光波導條4可由例如玻璃構成。
光波導條4依其主平面26而上下壘疊，并拼合組成光波導條形堆垛結構9，如圖5放大部分所示，其間利用粘合劑層24相互粘結。粘合劑層24的折射指數最好低于光波導條4的材料，以改善光波導條4的光波導特性，優(yōu)選地是硅樹脂粘合劑。
為了增強光波導條形堆垛結構9的機械穩(wěn)定性，將其作在載體條27上。
光波導條4具有拉長的平行四邊形(內角45°和135°)形狀，整齊地終止于光波導條形堆垛結構9的三個正側面16,17,18，并具有不同的長度。
短正面17,28需用提高反射指數的薄層例如Al層。鍍層可以利用蒸發(fā)、濺射、化學蒸氣淀積(CVD)或其它熟知的半導體技術方法。
光波導條4是以如下的方式相互設置其長度的，即光波導條形堆垛結構9的一個面具有階梯形狀19。光波導條形堆垛結構9位于載板20的安裝面21上，具有階梯形的梯形棱邊23。光波導條4的長軸8實質上垂直于各單激光輻射的輻射方向10，而向安裝面21傾斜。梯形高度和深度是這樣設計的，即在各單激光輻射的輻射軸6的方向上切割各光波導條4，使其相對安裝面21的第一端區(qū)13是一長正面，這樣，光波導條4在耦合時，各單激光輻射會具有盡可能低的損耗。
在光波導條4的第一端區(qū)13，短正面28即階梯形的正面是作為第一反射面7設計的，從而可以與輻射軸6在的公共平面內組成45°角，并且沿公共平面5順序相間設置距離a1。
反射面7面對與光波導條4的第一端區(qū)13相對的第二端區(qū)14，并可使各單激光輻射向第二端區(qū)14轉向。因此在光波導條形堆垛結構9中由公共平面5能見到各單激光輻射，其橫截面長軸相互壘疊，激光輻射束在被反射面7反射之后基本上是矩形橫截面。
在反射面7對面的光波導條4的短正面，可利用例如反射鍍層作為另一反射面25來設計。這些反射面位于同一平面并與光波導條4的長軸8相交成實質為一45°角，因此未耦合出光波導條形堆垛結構9之前激光輻射束再次被反射，而偏轉進入由激光二極管棒條2所發(fā)出的各激光輻射的原始輻射方向10中。
圖6為光波導條形堆垛結構9的頂視實施結構說明圖，作為反射面7設計的梯形正面不是平的而是彎曲形的，可同時使準直的各單激光輻射實現轉向。另外，光波導條4在其第二端區(qū)14沒有另外的反射面。此處在反射面7對面的光波導條的正面是光波導條形堆垛結構9的輻射輸出耦合面15。因此，激光輻射束改變后的輻射方向基本上垂直于激光二極管棒條原始的輻射方向10。
圖7為激光輻射束11的改變圖示。依據實施例和圖6的實施結構，采用了偏轉鏡元件3。激光二極管棒條2發(fā)出的激光輻射28經準直后具有條形橫截面，包括7個激光輻射28的激光輻射束11被改變進入一具有矩形橫截面的輸出激光輻射束29，激光輻射束29包括7個相互平行的具有矩形橫截面的激光輻射28，這些激光輻射就能耦合進入例如光導纖維中，或/和用于泵浦固體激光器。
圖8a和圖8b為根據實施例設計的偏轉鏡元件3的加工過程說明圖。首先在矩尺32的硅載體30上壘疊安裝7個不同寬度的玻璃條31，玻璃條31的寬度從底至上越來越小，利用硅樹脂粘合劑將玻璃條相互粘合。在矩尺32的垂直面、平行于玻璃條31的長軸方向上，玻璃條31整齊地終止，在其對面的側面就形成了梯形33(見圖8a)。
作為反射面設計的玻璃條31的正面可以在這一步驟之前或之后通過鍍反射層來完成。
然后沿圖8b所示的切割線37，與玻璃條的長軸成45°角34。切割玻璃條堆垛結構為細長的光波導條形堆垛結構9(見圖8b)，此后，最好將切割面拋光并附鍍以比玻璃的折射指數低的鍍層。
梯形的正面如圖8a的虛線35所示，最好作成細小的斜切面，即可以與玻璃條主平面的準直面成一個幾度的角度，以便在光波導條4的延伸方向獲得對單激光輻射精確的偏轉反射。
光波導條4可以包括例如玻璃、透明塑料或者某種對激光二極管棒條2發(fā)出的輻射波長λ是透明的半導體材料。對波長λ＞400nm，適宜用例如SiC；對波長λ＞550nm，適宜用例如GaP；對波長λ＞900nm，適宜用例如GaAs而對波長λ＞1100nm，適宜用例如Si材料。
符號數字表1．光學元件2．激光器陣列3．偏轉鏡元件4．光波導條5．公共平面6．輻射軸7．反射面8．長軸9．光波導條形堆垛結構10．初始輻射方向11．發(fā)出的激光輻射束12．輻射輸入耦合面13．第一端區(qū)14．第二端區(qū)15．輻射輸出耦合面16．正面17．正面18．正面19．梯形20．載板21．安裝面22．輻射準直光學元件23．梯形棱邊24．粘合劑層25．另一反射面26．主平面27．載條28．單激光輻射30．硅載體31．玻璃條
32．矩尺33．階梯34．角35．傾斜反射面36．玻璃條堆垛結構37．切割線a1．初始間距a2．第二間距
權利要求
1．激光器件，包括一個激光器陣列(2)和一個光學元件(1)以變換由激光器陣列(2)發(fā)出的激光輻射束(11)，激光輻射束至少具有兩根單激光輻射在其初始輻射方向(10)上，其輻射軸(6)基本上相互平行，位于唯一的同一平面內，彼此隔以初始間距(a1)，其中光學元件(1)在激光陣列(2)下游的輻射方向(10)具有一偏轉鏡元件(3)，它可使所發(fā)出的激光輻射束(11)的各單激光輻射以相同旋轉方向轉向平行和垂直于公共平面(5)，其特征在于，偏轉鏡元件(3)具有拼合組成光波導條形堆垛結構(9)的平面平行透射輻射光的波導條(4)，其數目與激光輻射數目相對應，光波導條(4)的厚度比初始間距(a1)薄，光波導條(4)相互平行并傾斜于所發(fā)出的各單激光輻射的公共平面(5)，為每一激光輻射分配一光波導條(4)，在其第一端區(qū)(13)，通過光波導條(4)的輻射輸入耦合面(12)耦合入該所屬單激光輻射，各光波導條(4)具有一個在輻射方向(10)在輻射輸入耦合面(12)的下游串接的與各所屬單激光輻射的輻射軸(6)相交的反射面(7)，該反射面(7)面向所屬的光波導條(4)的一個與第一端區(qū)相對的第二端區(qū)(14)，并且可使所屬單激光輻射向第二端區(qū)(14)偏轉，以及第二端區(qū)(14)具有輻射輸出耦合面(15)，通過該耦合面該單激光輻射再次由光波導條(4)射出。
2．按權利要求1的激光器件，其特征在于所發(fā)出的激光輻射束(11)的所有單激光輻射具有基本上為條形的橫截面，在所發(fā)出的激光輻射束(11)的橫截面的長中軸基本上位于公共平面(5)內，光波導條(4)的所有正面(16,17,18)除反射面(7)外均在同一平面封閉，以及反射面(7)垂直于輻射方向(10)而平行于公共平面(5)，相互間錯開初始間距(a1)，因而光波導條形堆垛結構(9)的一側為梯形(19)。
3．按權利要求1或2的激光器件，其特征在于光波導條形堆垛結構(9)的縱軸(8)接近與發(fā)出的激光輻射束(11)的輻射方向(10)垂直而傾斜于公共平面(5)，以及各反射面(7)相互平行并與輻射軸(6)組成約45°角。
4．按權利要求2或按權利要求2和3的激光器件，其特征在于激光器陣列(2)為一激光二極管棒條，固定于載板(20)的平面安裝面(21)上，在安裝面(21)上，于激光二極管棒條和偏轉鏡元件(3)之間安裝有一輻射準直光學元件(22)，它可以使激光二極管棒條發(fā)出的各個激光輻射平行排列，并且光波導條形堆垛結構(9)以其梯形棱邊(23)置于安裝面(21)上。
5．按權利要求1至4之一的激光器件，其特征在于兩相鄰的光波導條(4)各利用粘合劑層(24)相互粘結，粘合劑層(24)的折射率指數比光波導條(4)材料的折射率指數低。
6．按權利要求5的激光器件，其特征在于粘合劑層(24)為硅樹脂粘合劑。
7．按權利要求1至6之一的激光器件，其特征在于每一光波導條(4)在第二端區(qū)(14)具有另一反射面(25)，它又將所屬的單激光輻射在離開光波導條(4)之前偏轉到所發(fā)射各單激光輻射的輻射方向(10)。
8．按權利要求7的激光器件，其特征在于平行平面的透光的光波導條(4)具有相同的寬度和厚度，其頂視為平行四邊形，在光波導條形堆垛結構(9)的長軸(8)的方向上具有不同的長度，在反射面(7)的對面，光波導條(4)的正面構成另一反射面(25)。
9．按權利要求1至8之一的應用于激光器件的光波導條形堆垛結構(9)的制造方法，其特征在于首先一層一層堆砌與單激光輻射數目相應的具有不同寬度的長條形對單激光輻射透光的平行平面玻璃條(31)，使這些玻璃條(31)的長正面在至少在一側這樣相互錯位使玻璃條堆垛結構(36)為梯形，然后切割玻璃條堆垛結構(36)，使之成為與長正面成約45°角(34)的細長堆垛條(9)。
全文摘要
本激光器件具有一激光器陣列(2)和一個光學元件(1)以變換由激光器陣列(2)發(fā)出的激光輻射束(!1)。該光學元件(1)在激光器陣列(2)下游的輻射方向(10)上具有一偏轉鏡元件(3),它可使所發(fā)出的激光輻射束(11)的各單激光輻射從輻射方向上同時分別以相同旋轉方向轉向平行或垂直于公共平面(5),偏轉鏡元件包括一梯形光波導條形堆垛結構(9)。
文檔編號H01S5/40GK1212489SQ9811956
公開日1999年3月31日 申請日期1998年9月22日 優(yōu)先權日1997年9月22日
發(fā)明者S·格羅特斯, M·威克, B·阿克林, W·斯帕 申請人:西門子公司