汪 菲，唐霞輝*，鐘理京，許成文，胡 千，姚 巍

(1.華中科技大學(xué) 光學(xué)與電子信息學(xué)院，武漢 430074； 2.深圳華中科技大學(xué)研究院，深圳 518057)

引 言

Al2O3陶瓷由于其高硬度、高熔點(diǎn)、抗氧化、耐高溫、耐磨損和抗腐蝕等優(yōu)異性能[1]，可作為鋼管的內(nèi)襯來(lái)增強(qiáng)運(yùn)輸管道的性能及使用壽命[2]。傳統(tǒng)方法一般采用法蘭盤連接和電弧焊接方法連接陶瓷復(fù)合鋼管，但是由于Al2O3陶瓷焊接性能差，導(dǎo)致接頭處密封性、強(qiáng)度和耐腐蝕性差[3]。激光焊接陶瓷內(nèi)襯管是目前重要的國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)，半導(dǎo)體激光器的輸出光為平頂波光束，焊縫一致性好，非常適合用于作氧化物和非氧化物陶瓷焊接的激光光源[4]。

隨著半導(dǎo)體激光器光束整形、合束技術(shù)以及封裝散熱技術(shù)的發(fā)展，其功率水平和光束質(zhì)量都有了很大提高，已經(jīng)成為金屬表面硬化、聚合物及金屬焊接、薄片切割以及醫(yī)療領(lǐng)域的直接應(yīng)用激光光源[5-9]。德國(guó)的Laserline公司利用“多堆棧模塊”、偏振合束及波長(zhǎng)合束技術(shù)已研制出應(yīng)用于抽運(yùn)源的光纖耦合半導(dǎo)體激光器，輸出功率可達(dá)25kW，耦合光纖芯徑2mm，數(shù)值孔徑(numerical aperture，NA)為0.2，輸出光束的質(zhì)量為200mm·mrad[10]。美國(guó)的Teradiode公司最新利用波長(zhǎng)合束技術(shù)研制出的光纖耦合半導(dǎo)體激光器輸出功率達(dá)到4680W，光纖芯徑為100μm，數(shù)值孔徑小于0.08，輸出光束質(zhì)量為3.5mm·mrad，這是迄今為止報(bào)道的所有千瓦級(jí)直接半導(dǎo)體激光器中最高的光束質(zhì)量，此激光器可應(yīng)用于金屬板的切割焊接等領(lǐng)域，性能可媲美如今廣泛應(yīng)用在切割焊接領(lǐng)域的光纖激光器、CO2激光器等，且相比之下，此半導(dǎo)體激光器具有更高的效率(50%)[11]。Coherent 公司的直接半導(dǎo)體激光器HighLight D 系列具有高的功率和靈活的輸出光斑形狀，且能提供自由空間光束傳輸，是理想的激光熱處理、熔覆和焊接應(yīng)用光源。

作者旨在根據(jù)陶瓷半導(dǎo)體激光焊接工藝以及對(duì)光束特性的要求，設(shè)計(jì)一套基于單管的半導(dǎo)體激光器陶瓷焊接系統(tǒng)，輸出功率可達(dá)800W以上，并且可以輸出不同長(zhǎng)寬比的矩形光斑，滿足陶瓷激光焊接的不同應(yīng)用場(chǎng)合下的需求。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出陶瓷焊接對(duì)半導(dǎo)體激光器的光束特性要求，然后對(duì)半導(dǎo)體激光器單管進(jìn)行快、慢軸準(zhǔn)直，空間重排，偏振合束及波長(zhǎng)合束，設(shè)計(jì)用于半導(dǎo)體激光器直接輸出的菲涅耳聚焦系統(tǒng)，從而得到光強(qiáng)分布均勻的輸出光斑。

1 Al2O3陶瓷焊接對(duì)半導(dǎo)體激光光束的要求

1.1 陶瓷激光焊接實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)中采用由3kW半導(dǎo)體激光器、聚焦鏡頭、激光水冷卻電源及控制系統(tǒng)、焊接機(jī)械手系統(tǒng)及外部控制2自由度變拉機(jī)和控制系統(tǒng)等組成的激光焊接系統(tǒng)對(duì)兩部分Al2O3陶瓷進(jìn)行激光填料焊接，如圖1所示。兩塊Al2O3內(nèi)襯塊中間夾著焊料條，形成“三明治”結(jié)構(gòu)，并將“三明治”固定在夾具上，一起放在激光器正下方，激光束垂直入射于焊料表面，焊接方向與焊料方向平行，確定焊接功率及焊料寬度對(duì)焊縫成形的影響規(guī)律。

Fig.1 Schematic of Al2O3 ceramic laser filler welding

1.2 工藝參量對(duì)陶瓷焊接的影響

不同的焊料寬度決定了焊料表面受激光輻照的面積不同，從而導(dǎo)致焊料與基材表面不同的溫度場(chǎng)分布。圖2是6組不同寬度的焊料在最佳工藝下的焊接截面圖。在一定的光斑大小(寬度3.0mm)下，當(dāng)焊料寬度較小時(shí)，激光輻照在基材表面的面積較多，即基材表面受到激光熱作用較大，而基材韌性差，快速的升溫和降溫使得基材的剩余熱應(yīng)力過(guò)大，從而產(chǎn)生了裂紋(見圖2a和圖2b中單箭頭處)；繼續(xù)增加焊料寬度，激光輻照在焊料表面的面積增大，輻照在基材表面的面積減少，基材中溫度梯度小，剩余熱應(yīng)力小，所以基材中沒有裂紋形成，然而，在中間層中有氣孔存在(見圖2c和圖2d中單箭頭處)；焊料寬度為3.0mm時(shí)，激光照射光束全部作用于焊料表面，焊料熔融并潤(rùn)濕基材的界面，與基材界面結(jié)合良好，中間層沒有氣孔等缺陷。此外，由于基材不是通過(guò)激光的熱作用加熱，而是通過(guò)焊料傳導(dǎo)而來(lái)的熱量加熱，此熱量比激光直接加熱所致的熱量小很多，因此基材中的熱應(yīng)力小，沒有裂紋形成；焊料寬度為3.5mm時(shí)，焊料中大部分直接接受激光熱作用，并以焊料中間處為中心進(jìn)行橫向和縱向的熱傳導(dǎo)，熱量由中心向外擴(kuò)散，遠(yuǎn)離中心處熱量少，溫度相對(duì)較低。小部分焊料通過(guò)熱傳導(dǎo)來(lái)的溫度熔融，邊緣處的部分焊料因?yàn)闊醾鲗?dǎo)溫度不夠，并未熔融和潤(rùn)濕界面，此時(shí)未熔焊料與基材存在縫隙(見圖2f中單箭頭處)，并且中間層中還存在一些氣孔，該接頭結(jié)合并不牢固。由上可知，當(dāng)焊料寬度與光斑寬度一致時(shí)，基材中無(wú)裂紋形成，焊接質(zhì)量最好。

Fig.2 Cross profiles of different solder widths

a—1.0mm b—1.5mm c—2.0mm d—2.5mm e—3.0mm f—3.5mm

激光功率閾值是指激光熱導(dǎo)焊向深熔焊接轉(zhuǎn)變的臨界值，在此激光功率閾值處，材料對(duì)激光有較高的吸收率，易實(shí)現(xiàn)深熔焊[12]。實(shí)驗(yàn)中設(shè)置焊料寬度為3.0mm，測(cè)量焊接試樣接頭橫截面在不同激光功率作用下的焊縫寬度及熔深尺寸，得到熔深、熔寬隨激光功率變化的曲線圖,如圖3所示。可以看出，當(dāng)功率為400W～600W時(shí)，此時(shí)焊縫的熔深的變化趨勢(shì)比較小，屬于熱導(dǎo)焊。隨著功率增加到700W，焊縫的熔深急劇。原因在于，激光功率達(dá)到閥值時(shí)，焊材部分汽化形成“小孔”，激光直接穿過(guò)“小孔”照射到小孔底部，使得焊件對(duì)激光吸收率增加，從而焊縫的熔深急劇增加。因此，其它參量一定時(shí)，焊件的激光閥值功率為700W，此時(shí)焊件對(duì)激光利用率最大。

Fig.3 Weld depth and weld width with different laser powers

可以得出，當(dāng)光斑尺寸大小與焊料寬度一致，光斑均勻性較好，半導(dǎo)體激光功率在700W以上時(shí)，焊接質(zhì)量最佳。本文中將基于此要求，設(shè)計(jì)輸出功率超過(guò)800W、可靈活改變光斑形狀大小的半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合下的陶瓷焊接需求。

2 基于陶瓷焊接的半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 半導(dǎo)體激光器整形合束結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

與線陣和疊陣半導(dǎo)體激光器相比，單管半導(dǎo)體激光器具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)[13]：首先半導(dǎo)體激光器(laser diode,LD)單管的輸出光束質(zhì)量更好，不會(huì)有線陣和疊陣中會(huì)產(chǎn)生的“smile”效應(yīng)，因此不需要太過(guò)復(fù)雜的光學(xué)整形元件；其次LD單管散熱簡(jiǎn)單，只需通過(guò)風(fēng)冷的方式就可散熱，而半導(dǎo)體激光器疊陣通常需要使用去離子水采用微通道熱沉進(jìn)行散熱，導(dǎo)致微通道易被腐蝕；再者LD單管采用串聯(lián)的方式連接，可以降低驅(qū)動(dòng)電流。

本文中所采用的半導(dǎo)體激光器單管波長(zhǎng)分別為915nm，940nm和980nm，單管輸出功率為10W，快、慢軸方向的光束質(zhì)量(beam parameter product, BPP)B如下：

(1)

式中，BFA，θFA和wFA分別表示快軸方向(fast axis,FA)的光束質(zhì)量、發(fā)散角以及束腰半徑，BSA，θSA和wSA分別表示慢軸方向(slow axis,SA)的光束質(zhì)量、發(fā)散角以及束腰半徑。

可以看出，快軸光束質(zhì)量比慢軸好得多，將20個(gè)半導(dǎo)體激光器單管，采用串聯(lián)方式連接并排布在階梯狀熱沉上，每一個(gè)激光器分別用快、慢軸準(zhǔn)直鏡進(jìn)行準(zhǔn)直，然后通過(guò)反射鏡反射后實(shí)現(xiàn)光束在快軸方向的疊加，達(dá)到提高輸出功率并且勻化光束質(zhì)量的目的。

基于以上20個(gè)單管構(gòu)成的模塊的半導(dǎo)體激光器陶瓷焊接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。通過(guò)測(cè)量半導(dǎo)體激光器偏振特性可知,該半導(dǎo)體激光器均以TE模式輸出，偏振度很高，可以通過(guò)以下公式計(jì)算偏振度：

(2)

式中，D表示半導(dǎo)體激光器偏振度，PTE表示測(cè)得的TE模式功率，PTM表示測(cè)得的TM模式功率。利用偏振合束能達(dá)到成倍提高輸出功率以及亮度的目的，提高程度取決于偏振合束效率，可表示為：

η=Po/(P1+P2)(3)

式中，η表示偏振合束效率，Po表示合束后的功率大小，P1和P2表示被合束的兩個(gè)模塊單元的輸出功率大小。

Fig.4 Designing scheme of diode laser system applied in ceramic welding

焊料對(duì)于波長(zhǎng)范圍在800nm～1000nm內(nèi)的半導(dǎo)體激光的吸收率相差不大，所以可以利用多個(gè)波長(zhǎng)間隔相差不大的模塊提高亮度，通過(guò)選用合適的色散元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)決定合束效率的是波長(zhǎng)耦合器的透射率曲線中兩種待合束波長(zhǎng)的透過(guò)率和反射率，值越接近1則合束效率越高，對(duì)于波長(zhǎng)間隔相距很短的待合束波長(zhǎng)，則需要透射率曲線的上升斜率更陡峭，對(duì)耦合器件的要求更高[14]。

2.2 菲涅耳聚焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)

聚焦透鏡采用自主設(shè)計(jì)的菲涅耳聚焦系統(tǒng)，由一塊菲涅耳透鏡和一塊柱透鏡組成，它能夠在控制輸出光斑形狀的同時(shí)，有效地提高輸出光斑的均勻性?；⌒位娣颇哥R原理如圖5a所示，F(xiàn)處點(diǎn)光源發(fā)出的光線，在弧形基面處產(chǎn)生折射，到達(dá)點(diǎn)F′處，則第i楞的楞高度角θi可表示為[15]：

cosωi′sin(ui+ωi′)-sinui′]/[cosui′-

sinωi′sin(ui+ωi′)]}(4)

式中，n=n1/n2(n1=1為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的空氣折射率，n2為透鏡材料的折射率)，ui為第i楞入射光與光軸FF′的夾角，ui′為第i楞出射光與光軸FF′的夾角，f和f′分別為F和F′到光軸O′點(diǎn)的距離，R為菲涅耳透鏡的圓弧曲率半徑，r為球冠的外廓半徑，ωi′為第i楞透鏡入射面的法線與光軸的夾角。對(duì)于本文中所設(shè)計(jì)的為平板楞朝內(nèi)型菲涅耳透鏡[16](結(jié)構(gòu)如圖5b所示)，楞高角度可表示為：

(5)

Fig.5 Schematic of Fresnel lens

a—principle of Fresnel lens b—Fresnel lens with flat base and inward ridge

光束聚焦勻化系統(tǒng)的優(yōu)劣一般通過(guò)焦斑的均勻性來(lái)評(píng)價(jià)[17]，焦斑均勻性可通過(guò)對(duì)焦斑強(qiáng)度的所有取樣點(diǎn)取均方根MRMS來(lái)表示：

(Ij≥0.8Imax)(6)

M=1-MRMS(7)

通過(guò)(5)式可計(jì)算出設(shè)計(jì)的菲涅耳透鏡的各楞高角度，在建模軟件中繪制出菲涅耳透鏡的3維模型，并導(dǎo)入到ZEMAX軟件中進(jìn)行系統(tǒng)仿真與優(yōu)化得到最佳的透鏡參量，就能根據(jù)需要靈活地控制輸出光斑的形狀和大小，并且輸出光斑均勻度可達(dá)93.85%。

3 半導(dǎo)體激光器整形實(shí)驗(yàn)裝置

基于多單管的偏振合束實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。分別將20個(gè)LD單管進(jìn)行快、慢軸準(zhǔn)直，并在快軸方向疊加后，通過(guò)半波片改變一個(gè)模塊輸出光的偏振態(tài)，與另一模塊通過(guò)偏振分束立方體進(jìn)行偏振合束。

Fig.6 Experimental device of polarization combination based on single tube

實(shí)驗(yàn)中所用到的偏振耦合器件為THORLABS公司生產(chǎn)的偏振分束立方體PBS201，該分束立方體通過(guò)電介質(zhì)分束膜來(lái)反射s偏振分量，但允許p分量通過(guò)，從而分離s和p偏振光分量。從該器件對(duì)于不同波長(zhǎng)的p偏振和s偏振光的透過(guò)率曲線可以得出，對(duì)于實(shí)驗(yàn)中使用的940nm半導(dǎo)體激光器，此分束立方體對(duì)于p偏振光束的透過(guò)率為98.15%，對(duì)s偏振光束透過(guò)率為0.04%，可以滿足進(jìn)行高效率偏振合束的要求。偏振分束鏡被安裝在水平位移臺(tái)和旋轉(zhuǎn)位移臺(tái)及棱鏡調(diào)整架上，可以調(diào)整偏振分束鏡沿著x,y,z方向的位移以及繞x,y,z軸的旋轉(zhuǎn)6個(gè)方向的自由度。測(cè)試儀器為PRIMES公司的型號(hào)為BeamMonitor BM60的光束分析儀，可準(zhǔn)確測(cè)量光斑直徑和特定位置處光斑能量分布圖/曲線，其主要參量為：響應(yīng)激光波長(zhǎng)0.8μm～1.1μm，所測(cè)功率范圍100W～12kW，最大響應(yīng)功率密度10kW/cm2，超過(guò)最大功率密度，系統(tǒng)會(huì)飽和而無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。

4 光束整形實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

首先測(cè)試由20個(gè)單管組成的模塊在不同驅(qū)動(dòng)電流下的輸出功率，可以得出模塊的P-I特性曲線，如圖7所示。不同位置處的光強(qiáng)分布圖如圖8所示。閾值電流為0.36A，當(dāng)電流為11.91A時(shí)，功率最大可以達(dá)到196.12W。

Fig.7 Relationship of power and current of diode laser module

對(duì)于單個(gè)半導(dǎo)體激光器單元，一般采用寬增益區(qū)結(jié)構(gòu)的矩形或錐形諧振腔。在垂直于P-N結(jié)(快軸)方向，強(qiáng)波導(dǎo)作用只允許最低階本征模式存在，遠(yuǎn)場(chǎng)分布近似為基模高斯分布；在平行于P-N結(jié)(慢軸)方向，弱波導(dǎo)作用使得多個(gè)波導(dǎo)本征模式同時(shí)存在，遠(yuǎn)場(chǎng)分布近似認(rèn)為是“頂帽型”分布或超高斯分布[14]。本文中使用的半導(dǎo)體激光合束模塊是由20個(gè)單管在快軸方向疊加而成，因此模塊的慢軸方向與單管的慢軸相同，呈現(xiàn)出超高斯及平頂高斯分布，如圖8所示。由于單管經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直后的快軸發(fā)散角較小，在傳播距離不夠遠(yuǎn)時(shí)(z=0cm)，可以看到快軸方向光強(qiáng)分布呈現(xiàn)多個(gè)尖峰。隨著光束傳播足夠遠(yuǎn)后，在測(cè)量位置z=130cm處，各半導(dǎo)體激光單元發(fā)出的光束在快軸方向相互充分疊加，呈現(xiàn)出與單個(gè)半導(dǎo)體激光器的快軸方向相同的基模高斯分布形式?？梢杂?jì)算出經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直后的模塊剩余發(fā)散角為：θSA=6.50mrad，θFA=7.34mrad。

Fig.8 Spot profiles of diode laser module on different positionsa—z=0cm b—z=130cm

Fig.9 Light intensity distribution after polarization combinationa—before adjusting b—after adjusting

使用光束分析儀測(cè)量到的偏振合束后的光場(chǎng)分布特性如圖9所示。其中圖9a為校準(zhǔn)前在測(cè)試平面測(cè)得的光斑分布圖，通過(guò)位移臺(tái)以及棱鏡支架調(diào)整偏振分束鏡的位置與傾斜角度，使得兩個(gè)半導(dǎo)體激光器模塊的光束在傳播方向上完全重合，保證光束質(zhì)量不受損失，圖9b為經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后的偏振合束輸出光斑。使用功率計(jì)分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)激光器在不同的驅(qū)動(dòng)電流下合束后的功率以及損失的功率，并且計(jì)算其合束效率，結(jié)果見表1。

Table 1 Output power of polarization combination and the combining efficiency under different drive currents

currentofLD1/AcurrentofLD2/Aoutputpoweraftercombination/Wlossofpower/Wcombiningefficiency/%1．040．9819．030．3498．241．661．4938．190．6798．282．912．5077．311．3798．264．913．57117．402．1298．235．374．59157．102．8498．226．645．62195．903．6698．178．217．43291．207．8597．3711．9611．85384．1013．4296．62

從表1中可以看出，合束效率平均在96%～98%之間，當(dāng)單個(gè)激光器輸出功率為200W時(shí)，合束后總的輸出功率為384.10W，損耗的功率為13.42W，合束效率為96.62%，實(shí)現(xiàn)了高效率的偏振合束。隨著電流的增加，單個(gè)激光器的輸出功率的增長(zhǎng)，合束效率有輕微的下降，這是因?yàn)槠骷钠裣嚓P(guān)損耗和偏振相關(guān)增益(包括材料特性、波導(dǎo)作用和腔面反射率的因素)在激光振蕩的作用下被不同程度地反復(fù)放大，導(dǎo)致偏振度有波動(dòng)，從而使偏振合束效率有略微下降的趨勢(shì)，但是總體的合束效率依然可以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

對(duì)楞間距為1mm的菲涅耳透鏡聚焦系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，利用光束分析儀測(cè)量其焦點(diǎn)處的光場(chǎng)分布如圖10所示。可以看出,光斑在x軸方向由于只通過(guò)一個(gè)柱透鏡進(jìn)行聚焦，光束被聚焦得較窄，y軸方向是通過(guò)菲涅耳透鏡聚焦，光場(chǎng)分布均勻性較好，光斑的上升沿很短。該聚焦光斑應(yīng)用于陶瓷焊接時(shí)可以使得焊縫的一致性更好，焊接質(zhì)量更佳。

Fig.10 Light field distribution on the focal plane

使用色散元件將偏振合束后的915nm模塊、940nm模塊以及980nm模塊進(jìn)行波長(zhǎng)合束，輸出功率能夠超過(guò)800W，聚焦光斑均勻性較好，并且可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)菲涅耳聚焦透鏡的參量，從而獲得不同形狀尺寸的矩形光斑，使得該系統(tǒng)可以成功應(yīng)用于不同場(chǎng)合下的Al2O3陶瓷焊接生產(chǎn)中。

5 結(jié) 論

本文中通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了陶瓷激光焊接對(duì)半導(dǎo)體激光光束特性的參量要求，從而設(shè)計(jì)了一套基于半導(dǎo)體激光器單管的陶瓷焊接系統(tǒng)。

(1)當(dāng)半導(dǎo)體激光器光斑尺寸與焊料寬度一致，光斑均勻性較高，激光功率在700W以上時(shí)，此時(shí)基材中不會(huì)出現(xiàn)裂紋，中間層無(wú)氣孔，焊接質(zhì)量最佳，對(duì)激光的利用率最高。

(2)將20個(gè)單管經(jīng)過(guò)整形重排后進(jìn)行偏振合束實(shí)驗(yàn)，整形后慢軸方向剩余發(fā)散角為6.50mrad，快軸方向?yàn)?.34mrad，得到最大合束功率384W，合束效率為96.62%，實(shí)現(xiàn)了高效的偏振耦合輸出。使3個(gè)不同波長(zhǎng)的經(jīng)過(guò)偏振合束后的模塊進(jìn)行波長(zhǎng)合束，輸出功率可達(dá)800W以上。

(3)設(shè)計(jì)的菲涅耳聚焦系統(tǒng)可以根據(jù)要求靈活改變光斑的形狀大小，輸出光斑均勻度可達(dá)93.85%，能夠滿足陶瓷焊接在不同場(chǎng)合下的需求。

[1] WANG X Zh, WANG J, WANG H. Performance and structural evolution of high-temperature organic adhesive for joining Al2O3ceramics[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2013, 45(2): 1-6.

[2] LE M T, KIM D J, LEE J R,etal. Properties of ceramic layer formed by centrifugal thermit reaction with silicon sludge replacement[J].Materials Transactions, 2008, 49(8): 1868-1873.

[3] ZHENG X J. Investigation on laser welding technology of Al2O3-lined ceramic[D]. Wuhan: Huazhong Univerisity of Science and Technology, 2016: 1-11(in Chinese).

[4] BORNER F D, LIPPMANN W, HURTADO A. Laser-joined Al2O3, and ZrO2ceramics for high-temperature applications[J]. Journal of Nuclear Materials, 2010, 405(1): 1-8.

[5] HUANG R K, CHANN B, TAYEBATI P. Direct diode lasers for industrial sheet metal cutting and welding[C]//Photonics Conference (IPC), 2014 IEEE. New York,USA: IEEE, 2014: 232-233.

[6] HUANG R K, CHANN B, BURGESS J,etal. Direct diode lasers with comparable beam quality to fiber, CO2, and solid state lasers[J]. Proceedings of the SPIE, 2012, 8241: 824102.

[7] DORSCH F, DAIMINGER F X, HENNEG P,etal. 2kW CW fiber-coupled diode laser system[J]. Proceedings of the SPIE, 2000, 3889: 45-53.

[8] WU Zh N, XIE J R, YANG Y N. Design and implementation of beam array shaping for high power semiconductor lasers[J]. Laser Technology, 2017, 41(3): 416-420(in Chinese).

[9] ZHU H B, ZHANG J Sh, MA J,etal. 10kW CW diode laser cladding sources[J]. Optics and Precision Engineering, 2013, 21(4): 829-834(in Chinese).

[10] MALCHUS J, KRAUSE V, KOESTERS A,etal. A 25kW fiber-coupled diode laser for pumping applications[J]. Proceedings of the SPIE, 2014, 8965: 89650B.

[11] HUANG R K, CHANN B, BURGESS J,etal. Teradiode’s high brightness semiconductor lasers[J]. Proceedings of the SPIE, 2016, 9730: 97300C.

[12] AVILOV V V, GUMENYUK A, LAMMERS M,etal. PA position full penetration high power laser beam welding of up to 30mm thick AlMg3plates using electromagnetic weld pool support[J]. Science and technology of Welding & Joining, 2012, 17(2): 128-133.

[13] ZHU H B. Study on high power single emitter diode laser combination and fiber coupling[D]. Changchun:Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, 2012: 37-47(in Chinese).

[14] BACHMANN F. High power diode lasers-technology and applications[M]. New York,USA: Springer Science, 2007: 1-180.

[15] LI P, WU H L, YANG P H,etal. General design method and optical efficiency of the solar concentrator by Fresnel lens[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2010, 32(6): 62-66(in Chinese).

[16] ZHANG L. Design of Fresnel concentrating optical system with high homogeneity of energy distribution[D]. Hangzhou: China Jiliang University, 2013: 6-11(in Chinese).

[17] LIU Zh H, SHI Zh D, YANG H,etal. Homogenization of semiconductor laser using diffractive micro-lens array[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(7): 2092-2096(in Chinese).