包括光學(xué)泵浦?jǐn)U展腔激光器的激光設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括擴(kuò)展腔激光器的激光設(shè)備。擴(kuò)展腔激光器優(yōu)選地是光學(xué)栗浦垂直外腔表面發(fā)射激光設(shè)備，其包括至少一個(gè)垂直外腔表面發(fā)射激光器(VECSEL)和若干栗浦激光器，其中所述栗浦激光器布置成通過(guò)在反射鏡元件處反射栗浦輻射來(lái)光學(xué)栗浦VECSEL的有源區(qū)。栗浦激光器中的至少兩個(gè)可以獨(dú)立地開(kāi)關(guān)，使得可以影響所發(fā)射的(多個(gè))激光射束的形狀和/或擴(kuò)展。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)栗浦VECSEL或半導(dǎo)體盤(pán)形激光器(SDL)以高明亮度、窄帶寬和短激光脈沖提供了針對(duì)中等激光功率的緊湊且低成本的解決方案。標(biāo)準(zhǔn)盤(pán)形激光器需要栗浦激光器和栗浦激光器光學(xué)器件關(guān)于激光諧振器的光學(xué)模式的精確對(duì)準(zhǔn)。此外，這樣的光學(xué)栗浦VECSEL或SDL的應(yīng)用，比如計(jì)算機(jī)直接制版打印或選擇性激光熔融，通常要求大量努力以便使得能夠?qū)崿F(xiàn)可以借助于所發(fā)射的激光射束處理的可接受的工作空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因而，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的激光設(shè)備以及包括這樣的激光設(shè)備的改進(jìn)的激光系統(tǒng)。
[0004]根據(jù)第一方面，提供一種激光設(shè)備。激光設(shè)備包括至少兩個(gè)栗浦激光器。栗浦激光器優(yōu)選地是激光二極管，比如邊緣發(fā)射激光二極管或者垂直腔表面發(fā)射激光(VCSEL) 二極管。至少兩個(gè)栗浦激光器中的至少第一個(gè)適配成與至少兩個(gè)栗浦激光器中的至少第二栗浦激光器獨(dú)立地發(fā)射栗浦射束。栗浦激光器中的至少兩個(gè)可以彼此獨(dú)立地接通和關(guān)斷。此外，栗浦射束的功率可以獨(dú)立地控制，使得例如第一栗浦激光器發(fā)射最大功率的栗浦射束，但是第二栗浦激光器發(fā)射可以由第二栗浦激光器發(fā)射的最大功率的50%的獨(dú)立栗浦射束。激光設(shè)備還包括增益元件、栗浦反射鏡和擴(kuò)展腔反射鏡以用于與增益元件一起構(gòu)建擴(kuò)展腔激光器。栗浦反射鏡布置成將第一栗浦激光器的栗浦射束重定向到增益元件上的第一栗浦斑點(diǎn)，并且將第二栗浦激光器的栗浦射束重定向到增益元件上的第二栗浦斑點(diǎn)，其中第二栗浦斑點(diǎn)至少部分地包括與第一栗浦斑點(diǎn)不同的增益元件上的區(qū)域。激光設(shè)備優(yōu)選地適配成發(fā)射至少兩個(gè)獨(dú)立的激光射束。栗浦反射鏡的反射率優(yōu)選地盡可能高(例如>99.9%)以便最小化損失并且避免借助于栗浦射束對(duì)栗浦反射鏡的非必要加熱。擴(kuò)展腔反射鏡的反射率適配成使得啟用與增益元件組合的激光發(fā)射。反射率還取決于由激光設(shè)備發(fā)射的激光射束是否通過(guò)擴(kuò)展腔反射鏡來(lái)發(fā)射。擴(kuò)展腔反射鏡的反射率優(yōu)選地在90%和99.5%之間的范圍中，如果激光射束通過(guò)擴(kuò)展腔反射鏡發(fā)射以便使得能夠?qū)崿F(xiàn)激光發(fā)射的話。反射率還可以取決于例如半導(dǎo)體激光器中的有源層周圍的反射鏡層(所謂的內(nèi)腔)的反射率而低于90%。反射率優(yōu)選地高于99.9%，如果激光射束不是通過(guò)擴(kuò)展腔反射鏡發(fā)射的話。第一和第二栗浦激光器的栗浦射束借助于栗浦反射鏡而重定向，使得栗浦斑點(diǎn)不重疊或者栗浦斑點(diǎn)中的至少一個(gè)與另一栗浦斑點(diǎn)不相同。后者意味著例如在兩個(gè)栗浦斑點(diǎn)的情況下 -栗浦斑點(diǎn)重疊，但是兩個(gè)栗浦斑點(diǎn)包括僅借助于一個(gè)栗浦激光器來(lái)栗浦的區(qū)域，或者
-第一栗浦斑點(diǎn)由第二栗浦斑點(diǎn)所包括，但是第二栗浦斑點(diǎn)包括不被第一栗浦激光器栗浦的區(qū)域。
[0005]該原理可以推廣到三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或者眾多獨(dú)立的栗浦射束。栗浦斑點(diǎn)在這方面意味著增益元件的有源層的限定體積在光學(xué)上借助于對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)栗浦激光器所發(fā)射的相應(yīng)栗浦射束來(lái)栗浦。
[0006]第一和第二栗浦斑點(diǎn)優(yōu)選地包括增益元件上的不同區(qū)域使得激光設(shè)備適配成發(fā)射至少兩個(gè)激光射束，所述激光射束不重疊。由激光設(shè)備發(fā)射的兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或者更多獨(dú)立的激光射束可以用于擴(kuò)展激光設(shè)備的工作空間。常規(guī)激光模塊通常必須對(duì)工作空間進(jìn)行尋址，該工作空間隨著激光模塊的擴(kuò)展而更大得多。激光模塊因而必須移動(dòng)以便對(duì)工作空間進(jìn)行尋址，或者必須提供掃描儀系統(tǒng)以便將激光射束重定向到所意圖的工作空間。移動(dòng)激光模塊或者提供掃描儀系統(tǒng)增加總體系統(tǒng)的尺寸。提供可以獨(dú)立操縱的獨(dú)立激光射束因而可以降低關(guān)于用于移動(dòng)激光設(shè)備的機(jī)械系統(tǒng)或者關(guān)于掃描儀系統(tǒng)的需求，或者甚至完全避免這樣的系統(tǒng)或掃描儀。此外，由激光設(shè)備發(fā)射的獨(dú)立激光射束之間的間距可以取決于增益元件的尺寸而小于Imm或者甚至小于ΙΟΟμπι。因而可以可能的是借助于具有高分辨率的激光設(shè)備來(lái)提供可單獨(dú)尋址的平行激光射束，這可以減少關(guān)于機(jī)械支持系統(tǒng)或掃描儀的需求。在可單獨(dú)尋址但是發(fā)散的激光射束的情況下，可以可能的是輻照工作空間的寬廣區(qū)域而不需要機(jī)械支持系統(tǒng)或掃描儀。
[0007]在可替換方案中，第一栗浦斑點(diǎn)與第二栗浦斑點(diǎn)重疊。由激光設(shè)備發(fā)射的兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或者更多獨(dú)立的激光射束可以用于適配由激光設(shè)備發(fā)射的激光射束的形狀和/或射束輪廓。若干栗浦斑點(diǎn)的行可以重疊使得激光射束輻照線條?？商鎿Q地，第一圓形栗浦斑點(diǎn)可以是第二更大的圓形栗浦斑點(diǎn)的部分，使得可以將激光射束的射束輪廓從例如高斯型影響成頂帽型(top-hat)或者反之亦然。在具有重疊栗浦斑點(diǎn)的栗浦射束的接連或者交替激勵(lì)的情況下，能量可以借助于激光輻照而以精細(xì)分辨率沉積。每一個(gè)激光射束的絕對(duì)激光功率可以借助于相應(yīng)栗浦射束的功率來(lái)適配，并且此外，每一個(gè)栗浦射束的脈沖持續(xù)時(shí)間可以用于提供重疊輻照區(qū)域使得每個(gè)區(qū)域和時(shí)間的能量沉積可以以精確方式來(lái)調(diào)節(jié)。后者對(duì)于打印應(yīng)用可能是有利的，比如計(jì)算機(jī)直接制版打印和3D打印(例如快速原型制作)。
[0008]栗浦激光器的部分可以分組在一起使得經(jīng)分組的栗浦激光器適配成同時(shí)發(fā)射栗浦射束。兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或者更多的栗浦激光器可以通過(guò)耦合使得栗浦射束被同時(shí)發(fā)射。栗浦斑點(diǎn)可以重疊。在該情況下，例如，重疊的栗浦斑點(diǎn)的環(huán)可以用于發(fā)射管狀激光射束。獨(dú)立的激光射束可以布置在管狀激光射束的中心。栗浦射束的分組還可以用于通過(guò)提供單個(gè)栗浦激光器可以提供的功率的兩倍、三倍或者例如四倍的功率來(lái)增加栗浦功率。相同原理可以使用在非重疊栗浦斑點(diǎn)的情況下。栗浦激光器和栗浦反射鏡可以例如布置成使得提供棋盤(pán)圖案，其中“白色”栗浦斑點(diǎn)分組在一起并且“黑色”栗浦斑點(diǎn)分組在一起。“白色”栗浦斑點(diǎn)和“黑色”栗浦斑點(diǎn)在該情況下可以用于以小的間距提供同時(shí)發(fā)射的激光射束的兩個(gè)獨(dú)立的子圖案。可以例如在打印應(yīng)用中提供的每個(gè)區(qū)域的能量因而可以以容易的方式可適配。
[0009]栗浦反射鏡和擴(kuò)展腔反射鏡是一個(gè)第一光學(xué)元件的部分。栗浦反射鏡和擴(kuò)展腔反射鏡在機(jī)械上耦合使得二者關(guān)于彼此自動(dòng)調(diào)節(jié)。栗浦激光器和增益元件圍繞第一光軸對(duì)稱地布置在具有增益元件的公共熱沉上，所述第一光軸延伸穿過(guò)增益元件的中心。第一光學(xué)元件包括延伸到擴(kuò)展腔反射鏡的中心的第二光軸。第一和第二光軸之間的小傾斜角可能不會(huì)造成問(wèn)題，因?yàn)閮A斜角對(duì)于擴(kuò)展腔反射鏡和栗浦反射鏡是相同的。此外，不可能存在擴(kuò)展腔反射鏡與栗浦反射鏡之間的橫向偏移，因?yàn)槎呤且粋€(gè)第一光學(xué)元件的部分。
[0010]擴(kuò)展腔反射鏡可以包括子反射鏡，其中每一個(gè)子反射鏡對(duì)應(yīng)于一個(gè)栗浦斑點(diǎn)使得每一個(gè)子反射鏡適配成使諧振射束聚焦于相應(yīng)栗浦斑點(diǎn)。子反射鏡可以是拋物面的或者可以是球體的部分。彎曲的子反射鏡可以在該情況下用于使諧振射束聚焦于增益元件上的相應(yīng)栗浦斑點(diǎn)以便以栗浦斑點(diǎn)之間的小間距提供獨(dú)立并且優(yōu)選地平行的激光射束。
[0011]擴(kuò)展腔反射鏡在可替換方案中可以是平坦的。增益元件在該情況下可以以使得栗浦斑點(diǎn)對(duì)應(yīng)于熱學(xué)透鏡的方式來(lái)布置，使得諧振射束聚焦于平坦的擴(kuò)展腔反射鏡。替代于彎曲的子反射鏡，可以使用熱學(xué)透鏡來(lái)聚焦諧振射束以便以栗浦斑點(diǎn)之間的小間距提供獨(dú)立并且優(yōu)選地平行的激光射束。
[0012]第一光學(xué)元件可以在面向增益元件的第一光學(xué)元件的側(cè)面上包括聚焦透鏡的陣列并且在從增益元件移開(kāi)的第一光學(xué)元件的側(cè)面上包括平坦的擴(kuò)展腔反射鏡。諧振射束在該情況下可以借助