导体激光器叠阵的输出光束不能直接用于固体激光增益 介质累浦，必须通过特定的匀化禪合装置对其进行光学变换才能获得满足要求的累浦光 斑。在距二维半导体激光器叠阵一定距离放置在快轴方向具有屈光度的柱面透镜，即快轴 柱面镜，其焦距为fP，其与二维半导体激光器叠阵的距离为/f，在快轴柱面镜的像方焦面上 可W获得二维半导体激光器叠阵输出光束的远场分布，该一远场分布往往是非均匀的，无 法实现均匀累浦，但是在具有不同离焦量S P的截面上具有不同光束截面强度分布，并在 特定截面上获得快轴方向较均匀的光斑分布，被累浦光照射的增益介质应放置于该一截面 上。
[0017] 在在慢轴方向上，二维半导体激光器叠阵包括沿若干组半导体激光器垂直叠阵， 且该方向上每组垂直叠阵发光区之间具有一定宽度的非发光区。如果采用成像方式将发光 面成像于增益介质上，发光区和非发光区会在增益介质形成显著的强度非均匀分布，不能 实现均匀累浦；而采用透镜聚焦方式，而将增益介质放置于光束远场焦面上，因为累浦源慢 轴方向角谱呈超高斯分布，也不易获得均匀性较高的累浦光斑。在本实用新型中，采用慢轴 柱面透镜组的方式实现慢轴方向的光束整形。即在累浦源发光面放置一组至发光面距离相 等的在慢轴方向具有相同屈光度的柱面镜，相邻的柱面镜间距为b。该些柱面镜的个数与累 浦源1上半导体激光器垂直叠阵的组数相同。该些柱面镜的光轴分别与半导体激光器各垂 直叠阵的中线重合。该些焦距为fS的柱面镜构成慢轴柱面镜组。当其距累浦源发光面的 距离为在慢轴柱面镜组像方距其处可W获得发光面的像面累浦源的每个垂直叠阵利 用其自身对应的慢轴柱面镜实现成像，具体的_l//f) D通过合理确定fS和f 控制像的尺寸，在像面或像面附近的离焦面上像相互拼接。将被累浦光照射的增益介质放 置于拼接像慢轴方向均匀性最高的截面上。并可W通过调节/f，使增益介质上同时实现快 轴方向和慢轴方向高均匀性累浦。
[0018] 具体而言，本实用新型具有W下优点：
[0019] 1、可W将包含多组垂直叠阵的累浦源匀化禪合到被累浦的增益介质表面，可W实 现高功率累浦禪合，并同时实现较高的累浦均匀性。
[0020] 2、不需要使用成本高昂的光纤禪合输出二极管激光器作为累浦源。使用直接输出 二极管激光器阵列便能实现高效的累浦禪合。
[0021] 3、不需要使用微透镜阵列、衍射光学元件、光束空间搬移组件等难于设计、加工的 精密光学元件，也没有使用波导、匀化椿等影响传输效率的匀化装置。仅需要使用便于设 计、制备的柱面透镜。
[002引 4、传输效率高、体积小、结构简单，成本低，便于调试、维护。
[0023] 5、本实用新型使用元件均为商用元件和便于定制加工的元件，具有很强的可实施 性。
[0024] 由此可见，本实用新型与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其 实施的有益效果也是显而易见的。
【附图说明】
[0025] 图1为本实用新型快轴方向上的结构示意图。
[0026] 图2为本实用新型慢轴方向上的结构示意图。
[0027] 图3为累浦源发光面的结构示意图。
[002引图4为不同离焦量下快轴方向光斑均匀性变化的示意图。
[0029] 图5为不同离焦量下慢轴方向光斑均匀性变化的示意图。
[0030] 图6为匀化后累浦光斑的光强分布示意图。
[0031] 图中，1为累浦源，2为快轴柱面镜，3为慢轴柱面镜，4为激光增益介质，5为累浦激 光，6为快轴柱面镜焦平面，7为快轴方向上均匀性最佳截面，8为慢轴方向成像像面，9为慢 轴方向上均匀性最佳截面。
【具体实施方式】
[0032] 为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个【具体实施方式】，并结合其附图，对 本方案进行阐述。
[0033] 通过附图可W看出，本方案包括有累浦源、快轴柱面镜、慢轴柱面镜组、激光增益 介质；累浦源包括有多个沿快轴方向排列的BAR条组成的多个垂直叠阵；BAR条的宽度为 a ;所述每个垂直叠阵的中线为Li、L2、......Li、Lw，L剧L W的距离为b，3a > b > a ;快轴柱 面镜设置在累浦源快轴方向上的发光路径上；快轴柱面镜仅在快轴方向上具有屈光度；慢 轴柱面镜组设置在累浦源慢轴方向上的发光路径上；慢轴柱面镜组仅在慢轴方向上具有屈 光度；激光增益介质分别设置在累浦源发出的激光在快轴方向上和慢轴方向上均匀性最佳 的界面上。慢轴柱面镜组由多个柱面镜组成；所述柱面镜的数量与累浦源在慢轴方向上发 光的垂直叠阵的数量相同。快轴柱面镜的屈光面尺寸大于累浦源快轴方向发光区的尺寸； 快轴柱面镜的光轴垂直于累浦源的发光面，快轴柱面镜的光轴与发光区的中线相交；快轴 柱面镜的慢轴方向上的尺寸大于发光区的慢轴方向的尺寸。快轴柱面镜的通光孔形状为矩 形。慢轴柱面镜组的快轴方向尺寸大于累浦源的发光区快轴方向尺寸；慢轴柱面镜组的快 轴方向尺寸等于或小于b。慢轴柱面镜组的每个柱面镜的通光孔形状为矩形。
[0034] 如图1和图2所示，累浦源1发光面有若列垂直叠阵1-1、1-2、……组成，垂直叠 阵的数目m不小于2,每个垂直叠阵有其中线Li、L2、……。每个垂直叠阵1-j由若干根BAR 条……堆叠而成，其数目n大于5且小于60。每根BAR条的宽度a-般为 10mm但不局限于10mm山到L W的距离b满足3a > b > a。每根BAR条输出激光经过微透 镜准直后的快轴方向尺寸AP在10 ym至1000 ym之间，相邻BAR条快轴方向的间距h在 1mm至3mm之间。每根BAR条1-j-p上，周期性间隔分布着发光区和非发光区，其发光区个 数k的个数没有特别要求，即每个发光区1-j-p-i的慢轴方向尺寸为a/k n。
[0035] 在图1中，快轴柱面镜2在且仅在快轴方向具有屈光度，其通光孔径可为但不仅限 为矩形，若为矩形，其快轴方向的镜面尺寸大于发光区快轴方向的发光尺寸nh，且其光轴与 垂直于发光面且与发光区快轴方向中线相交。其慢轴方向尺寸应大于发光区慢轴方向尺寸 (m-l)b+a并使累浦源1输出光束5在传输一段距离后其沿慢轴方向发散致尺寸增大后仍不 超出镜面有效孔径尺寸。快轴柱面镜2为正透镜，若目标需获得的累浦光斑快轴方向尺寸 为Y，其焦距户不大于）V2^/^D从累浦源1的发光面1-a射出的累浦光束5经过快轴柱 面镜2后会聚传输，并可在距快轴柱面镜2后户处的焦面6获得强度分布不均匀的远场焦 斑。而在焦面6前后离焦量为SP的截面上，可获得快轴方向较均匀的光束截面光强分布， 最佳离焦量SP的具体数值可W计算获得，若累浦源快轴方向角向近似高斯分布，不同离焦 截面上不同
[0036] 位置的光强沿快轴方向分布服从：
[0037]
【主权项】
1. 一种半导体激光累浦匀化禪合装置，其特征是；包括有累浦源、快轴柱面镜、慢轴柱 面镜组、激光增益介质；所述累浦源包括有多个沿慢轴方向排列的BAR条组成的多个垂直 叠阵；所述BAR条的宽度为a ;所述每个垂直叠阵的中线为Li、L2、……Li、Lw，L剧L W的 距离为b，3a > b > a ;所述快轴柱面镜设置在累浦源快轴方向上的发光路径上；所述快轴 柱面镜在快轴方向上具有屈光度；所述慢轴柱面镜组设置在累浦源慢轴方向上的发光路径 上；所述慢轴柱面镜组在慢轴方向上具有屈光度；所述激光增益介质分别设置在累浦源发 出的激光在快轴方向上或慢轴方向上均匀性最佳的界面上。
2. 根据权利要求1所述的一种半导体激光累浦匀化禪合装置，其特征是；所述慢轴柱 面镜组由多个柱面镜组成，并且每个柱面镜对应一个垂直叠阵；所述柱面镜的数量与累浦 源在慢轴方向上发光的垂直叠阵的数量相同；每个慢轴柱面镜的快轴方向尺寸大于累浦源 的发光区快轴方向尺寸；每个慢轴柱面镜的慢轴方向尺寸等于或小于b。
3. 根据权利要求1所述的一种半导体激光累浦匀化禪合装置，其特征是；所述累浦源 发出激光均通过同一块快轴柱面镜；所述快轴柱面镜的光轴垂直于累浦源的发光面，快轴 柱面镜的光轴与发光区的中线相交。
4. 根据权利要求1所述的一种半导体激光累浦匀化禪合装置，其特征是；所述快轴柱 面镜在快轴焦平面前后特定位置S P具有快轴方向均匀性最佳平面；所述慢轴柱面镜组在 慢轴方向增益介质多透镜成像像面前后特定位置SS具有慢轴方向均匀性最佳平面；调节 快轴柱面镜和慢轴柱面镜组之间的间距，能使快轴方向均匀性最佳平面和慢轴方向均匀性 最佳平面重合，并将激光增益介质放置在该一平面上。
【专利摘要】本实用新型提供了一种半导体激光泵浦匀化耦合装置的技术方案，该方案可以将多个半导体激光器垂直叠阵组成的二维半导体激光器叠阵输出光束均匀的会聚在固体激光增益介质表面上，介质表面上的泵浦光斑尺寸为几毫米至几十毫米量级。该方案可耦合注入泵浦功率高，并且结构简单，耦合效率高、成本低、调试方便。
【IPC分类】H01S3-02, H01S3-0941
【公开号】CN204290027
【申请号】CN201420783662
【发明人】张卫, 唐淳, 尚建力, 于益, 安向超, 万敏, 高清松
【申请人】中国工程物理研究院应用电子学研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月11日