一种半导体激光器远距离光斑的匀化方法及系统的制作方法

文档序号:9352046
一种半导体激光器远距离光斑的匀化方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体激光器技术领域,具体涉及一种半导体激光器远距离光斑的匀 化方法及系统。
【背景技术】
[0002] 半导体激光器具有体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、功耗低的优点,目前已 经广泛应用于国民经济的各个领域,比如栗浦,医疗以及工业加工领域。但是当前半导体激 光器的推广应用会受到其光束质量的制约,所以提高半导体激光器的输出光斑均匀度、亮 度和功率为当下重要的研究方向。
[0003] 半导体激光器由于发散角大,中心位置光束叠加比边缘位置叠加强,导致输出光 斑能量呈高斯分布,光斑不均匀。为了解决大发散角引起的光斑不均问题,目前可通过加入 微型透镜对半导体激光器的发散角进行控制和压缩,但是这种方法仅在近距离光斑的应用 中有较好的效果,在远距离的光斑应用中,输出光斑能量分布仍为高斯分布,不满足均勾光 斑的应用需求。
[0004] 中国专利201520078168. 4提出了将多个半导体激光器呈一定角度摆放的方法来 提高叠加光斑的均匀性,但是这种方法仅适用于近距离光斑的匀化,在远距离的应用中不 仅没有改善高斯分布的不均匀型,甚至得到均匀性更差的光斑。
[0005] 因此,受半导体激光器的发散角影响,现有的技术方案无法实现远距离的均匀光 斑。

【发明内容】

[0006] 本发明提出一种半导体激光器远距离光斑的匀化方法及系统,能够简便、有效地 实现远距离大功率均匀光斑。
[0007] 本发明的方案如下: 一种半导体激光器远距离光斑的匀化方法为: 沿半导体激光器A的快轴方向设置半导体激光器组B,所述的半导体激光器组B中包括 至少2个半导体激光器且个数为偶数;半导体激光器组B中的半导体激光器沿半导体激光 器A的快轴方向对称设置在半导体激光器A的两侧(即半导体激光器A的快轴方向的两侧 至少各有一个半导体激光器组B中的半导体激光器,对称位置上的半导体激光器组B中的 半导体激光器参数相同),半导体激光组B中的半导体激光器的发散角均小于半导体激光 器A的发散角且半导体激光器组B中的半导体激光器的发散角随远离半导体激光器A而减 小。半导体激光器组B中的半导体激光器所发出的激光光束可以对半导体激光器A在远距 离工作平面上形成的光斑分布进行补偿,以实现远距离工作平面的均匀光斑。
[0008] 根据上述方法所得到的远距离光斑匀化的半导体激光器系统,包括半导体激光器 A和半导体激光器组B,以及沿半导体激光器A和半导体激光器组B的出光方向上依次设置 的微透镜和整形镜组。
[0009] 所述的半导体激光器组B包括至少2个半导体激光器,且个数为偶数,半导体激光 器组B中的半导体激光器沿半导体激光器A的快轴方向对称设置于半导体激光器A的两侧 (即在半导体激光器A快轴方向上至少各有1个半导体激光器组B中的半导体激光器,对称 位置上的半导体激光器组B中的半导体激光器参数相同);所述的半导体激光器组B中的半 导体激光器的发散角均小于半导体激光器A的发散角,并且其发散角随着远离半导体激光 器A而依次减小。
[0010] 所述的微透镜为D型透镜,用于调整半导体激光器A和半导体激光器组B发出的 激光光束的发散角度。
[0011] 所述的整形镜组为非球面柱面镜或负透镜,用于匀化半导体激光器A和半导体激 光器组B慢轴方向的光斑;非球面柱面镜包括入射面和出射面,其中入射面为中间为凹面、 两侧为凸面的结构,出射面为平面,用于将激光光束中间能量较强的部分发散,两侧能量较 弱的部分聚焦。
[0012] 所述的半导体激光器A为半导体激光器叠阵,包括n个半导体激光器巴条(即巴 条),n为自然数且n多2 ;所述的半导体激光器组B中的半导体激光器为半导体激光器叠 阵,每个半导体激光器包括的半导体激光器巴条个数均满足以下关系:
N为半导体激光器组B中任意一个半导体激光器的巴条个数。
[0013] 半导体激光器组B中的每个半导体激光器距半导体激光器A的距离均满足:
/为半导体激光器组B中任意一个半导体激光器距半导体激光器A的 距离。
[0014] 半导体激光器组B中的每个半导体激光器的发散角均满足:
0为半导体激光器组B中任意一个半导体激光器的发散 角; 其中,s为工作距离,H为工作平面的光斑直径。
[0015] 需要说明的是,上述公式是在半导体激光器A和半导体激光器组B中的半导体激 光器视为点光源的条件下得出的,并且半导体激光器组B中的半导体激光器在半导体激光 器A的快轴方向同一侧的多个半导体激光器参数是不同的,半导体激光器组B中的半导体 激光器随着远离半导体激光器A,其发散角依次减小,所包含的巴条个数依次增加。
[0016] 为了得到最优的效果,对半导体激光器组B中的每个半导体激光器包括的巴条个 数做进一步限定,此时可以在远距离工作平面得到均匀度较高的光斑:
N为自然数。
[0017] 所述的半导体激光器A可以为一个半导体激光器叠阵,也可以为多个半导体激光 器叠阵沿快轴方向依次排列。
[0018] 本发明具有以下有益效果: 1)采用了本发明的半导体激光器远距离光斑匀化方法的半导体激光器系统可以实现 在远距离工作平面的均匀光斑,系统结构简单,不需要增加复杂的光学整形装置,提高了系 统的效率和可靠性,节省了成本。
[0019] 2)本发明的半导体激光器系统适应性强,可通过调节半导体激光器B的参数来实 现不用的应用场合,在工程应用中灵活度高。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的半导体激光器的远距离光斑的匀化方法的光路原理图。
[0021] 图2为采用了本发明远距离光斑匀化方法的半导体激光器系统。
[0022] 图3为本发明的远距离光斑匀化的半导体激光器系统慢轴光斑匀化示意图。
[0023] 图4为本发明的远距离光斑匀化的半导体激光器系统的实施例一。
[0024] 图5a为本发明的远距离光斑匀化的半导体激光器系统的实施例二。
[0025] 图5b为实施例二在远距离工作平面的光斑的光强分布示意图。
[0026] 附图标号说明:1为半导体激光器A,2为半导体激光器组B,3为远距离工作平面, 4为半导体激光器A在远距离工作平面的光强分布,5为半导体激光器B在远距离工作平面 的光强分布,6为经过光强补偿后的均匀光斑,7为微透镜,8为整形透镜。
【具体实施方式】
[0027] 图1为本发明的半导体激光器的远距离光斑的匀化方法的光路原理图。沿半导体 激光器A 1的快轴方向设置半导体激光器组B 2,所述的半导体激光器组B 2中包括至少2 个半导体激光器且个数为偶数;半导体激光器组B 2中的半导体激光器沿半导体激光器A 1的快轴方向对称设置在半导体激光器A 1的两侧,半导体激光器组B2中的半导体激光器 的发散角均小于半导体激光器A 1的发散角且半导体激光器组B 2中的半导体激光器的发 散角随远离半导体激光器A 1而减小。参考图1中的半导体激光器组B和半导体激光器A 在远距离工作面上的光强分布(4和5),半导体激光器组B 2中的半导体激光器在远距离工 作平面上形成光斑可以对半导体激光器A的光斑进行补偿,以实现远距离工作平面的均匀 光斑6。
[0028] 图2为采用了本发明远距离光斑匀化方法的半导体激光器系统。所述的半导体激 光器组B 2包括至少2个半导体激光器,且个数为偶数,半导体激光器组B 2中的半导体激 光器沿半导体激光器A 1的快轴方向对称设置于半导体激光
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