专利名称：一种提高线阵列激光光束空间密度的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于激光技术领域。
二、技术背景半导体激光技术是二十世纪发展快、成果多、学科渗透广、应用范围广的综合性高新技术。它的发展推动了一大批新技术、新产业的出现，使一些产业的面貌发生了革命性的变化。大功率半导体激光线阵、迭阵以其广阔的应用前景和巨大的潜在市场而成为各国竞相追逐的热点。随着激光二极管大功率化发展，除在通信及信息记录领域外，还广泛应用于打印和显示、材料加工、医疗等许多领域。
特别的，在激光显示、打印等数字图象显示领域，近年出现的用一维空间光调制器的线性阵列显示方式，已经被认为具有一些内在的优点，优于使用空间光调制器的二维液晶显示装置(LCD)和数字微镜显示装置(DMD)，其中包括获得更高分辨率、降低成本、简化照明光学部件的能力。该显示方式对阵列激光光束的空间密度提出了更高的需求。参见刘晓东专利申请CN200410028158.6《实现光纤密排线阵列中光点密接的方法及装置》，吴镝专利申请CN200410040208.2《一种LD(激光二极管)线阵列激光投影系统》。
在所有这些应用中，阵列激光光束的空间密度受制于半导体加工技术、散热等问题，而不能做的较高。目前的连续激光二极管阵列的占空因数典型值是30％~50％，典型的在10mm基底上制造19条激光管。
发明内容
本发明的目的即是利用现有的激光二极管线阵列(棒)或使用分离元件的激光二极管构成的阵列，采用光束内插技术，从而成倍的提高线阵列激光光束的空间密度，以满足上述领域中对高空间密度的线阵列激光束的需求。本发明提出的内插方案，其光束的空间密度极限倍增率为L/d，其中L为线阵列中发光源的间距，d为每束激光束的直径；激光束光束能达到的极限空间密度为1/d。
本发明公开了提高线阵列激光光束空间密度的方法和装置，包括至少两个以上同结构的激光二极管线阵列(棒)或使用分离元件的激光二极管构成的共线阵列，至少一个以上的分离式的(或单个集成结构的)光束内插反射镜组。
其特征是(1)利用至少两个以上同结构的激光二极管线阵列(棒)或至少两个以上同结构的分离元件的激光二极管构成的共线阵列；(2)这些线阵列的光束平面之间形成一定的夹角；(3)这些线阵列的光束平面相交于同一条直线上；(4)在沿线阵列方向上每个阵列之间顺序错开一个光束直径d以上的距离；
(5)至少一个以上的分离式的(或单个集成结构的)光束内插反射镜组，将第二组(第N组)阵列光束反射，与第一组阵列光束在同一平面内；且形成平行光束阵列。
本发明的有益效果是(1)以一种较为简单、经济的方法，实现阵列激光光束空间密度的有效提高，避免了半导体加工工艺难度、散热等难题。
(2)避免了使用光纤阵列带来的光强度损耗、散焦、光束扩散等问题。
(3)由于该技术方案光路简单，反射镜的效率可以做的很高(99％以上)，可以最大限度的发挥光源效率。
(4)用本技术方案形成的阵列激光光束质量(平行度、准直性)很高。
(5)本技术方案为阵列激光光束在数字成像、打印、加工的应用开拓了新的前景(大大提高了解析度、精度)。
(6)本技术方案，只需稍加改变，即可用于VCSEL激光光束形成高空间密度的线阵列激光光束。
四
1、图1是激光二极管线阵列(棒)100放大后的示意图，其中101为激光发射区，103是聚焦、准直透镜组，102是准直后的激光光束。L为两相邻发射区的间距，d为聚焦、准直后激光光束的直径。
2、图2是分离式光束内插反射镜组200，其结构是在同一平面内，沿水平方向以L为间距周期排列的宽度为d的平面反射镜(特别的也可以是凹面反射镜)组，其中201是单个平面反射镜(或凹面反射镜)，202是支撑反射镜的平面框架。
3、图3是使用两个激光二极管线阵列(棒)100和一个分离式光束内插反射镜组200形成提高了一倍光束空间密度的合成光束组301的示意图。左边激光二极管线阵列(棒)100发射的光束102直接通过分离式光束内插反射镜组200中的空隙，构成合成平行光束组301的一部分；右边激光二极管线阵列(棒)100发射的光束102照射到分离式光束内插反射镜组200中的反射镜上，入射点在左边激光二极管线阵列(棒)100发射的光束平面与分离式光束内插反射镜组200平面的交线上，并由反射镜反射而与左边激光二极管线阵列(棒)100发射的光束平面共面，形成合成的平行光束组301。根据此原理很容易构成两个以上激光二极管线阵列(棒)的光束合成。
4、图4是集成结构的光束内插反射镜组400放大后的示意图。图中只画出了一个空间周期的结构，完整的结构只是在X方向上周期性的重复。图中401是单个平面反射镜(特别的也可以是凹面反射镜)，每个反射镜的宽度为d，反射镜组以一个确定的角度依次绕X轴偏转，402是所有反射镜平面相交的虚拟直线，激光二极管线阵列(棒)100发射的光束即入射在此线上。
5、图5是使用N个激光二极管线阵列(棒)100和一个集成结构光束内插反射镜组200形成提高了N倍光束空间密度的合成光束组301的示意图。激光二极管线阵列(棒)100发射的光束102平面之间相成一定的夹角，在沿线阵列方向上每个阵列之间错开一个光束直径d的距离；所有光束入射在402上；由反射镜组反射而所有光束平面共面，形成合成的平行光束组301。
五、具体实现方式目前的详细说明涉及本发明设备的组成各部分元件或者更直接地与该设备相配合的元件。需要说明的是，没有特别示出或描述的元件，可以采用本领域技术人员熟知的多种形式。
以基底宽度为10mm，其上有19条激光管的激光二极管线阵列(棒)来合成高密度平行激光束组为例。假设其发射的每根激光束聚焦准直后的直径d为50μm，发光区间距L为400μm1、理论计算可知其光束空间密度极限倍增率为400/50＝8倍，为使光束间保持一定间隔，这里取6倍，即用6个这样的激光二极管线阵列(棒)来合成高密度平行激光束组，2、使用一个集成结构光束内插反射镜组，其结构为每个空间周期400μm上均匀构建6个宽度为50μm的平面反射镜，每个反射镜间隔为20μm；第一个反射镜与X-Z平面成90°夹角，其后的反射镜与X-Z平面的夹角按10°依次递增，并且所有的反射镜有一条共同的交线402；共19个完全一致的空间周期。
3、第一个激光二极管线阵列(棒)的光束平面从与X-Z平面成-60°夹角射入到第一序列平面反射镜的402上，从与X-Z平面成60°夹角平面反射出第二个激光二极管线阵列(棒)在X方向与第一个激光二极管线阵列(棒)错开(位置增加)50+20＝70μm，它的光束平面从与X-Z平面成-40°夹角射入到第二序列平面反射镜的402上，从与X-Z平面成60°夹角平面反射出°。
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第六个激光二极管线阵列(棒)在X方向与第五个激光二极管线阵列(棒)错开(位置增加)70μm，它的光束平面从与X-Z平面成40°夹角射入到第六序列平面反射镜的402上，从与X-Z平面成60°夹角平面反射出4、合成后单根光束直径为50μm，光束间间隔为20μm，光束的空间密度为6X1/L＝15束/mm，相当于每英寸381束光。
5、本技术方案，只需稍加改变，采用本领域技术人员熟知的多种形式即可用于VCSEL激光光束形成高空间密度的线阵列激光光束。
权利要求
1.一种提高线阵列激光光束空间密度的方法和装置，包括(1)至少两个以上同结构的激光二极管共线阵列(棒)；(2)这些线阵列的光束平面之间形成一定的夹角；(3)这些线阵列的光束平面相交于同一条直线上；(4)在沿线阵列方向上每个阵列之间顺序错开一个光束直径d的距离；(5)至少一个以上的分离式的(或单个集成结构的)光束内插反射镜组，将第二组(第N组)阵列光束反射，与第一组阵列光束在同一平面内；且形成平行光束阵列。
2.如权利要求1所述的装置，其中激光二极管共线阵列是由分离元件的激光二极管构成的共线阵列。
3.如权利要求1所述的装置，其中激光二极管共线阵列是由集成的激光二极管共线阵列(棒)。
4.如权利要求1所述的装置，其中光束内插反射镜组是镀有增强反射膜的。
全文摘要
一种提高线阵列激光光束空间密度的方法和装置。本发明属于激光技术领域。激光二极管线阵列广泛应用于通信、信息记录、打印和显示、材料加工、医疗等许多领域。其光束的空间密度受制于半导体加工技术、散热等问题，而不能做的较高。本发明的目的即是利用现有的激光二极管线阵列(棒)或使用分离元件的激光二极管构成的阵列，采用光束内插技术，从而成倍的提高线阵列激光光束的空间密度，以满足上述领域中对高空间密度的线阵列激光束的需求。
文档编号G02F1/35GK101026289SQ20061002033
公开日2007年8月29日 申请日期2006年2月22日 优先权日2006年2月22日
发明者吴镝 申请人:吴镝