半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积匀称化装置的制作方法

专利名称：半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积匀称化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光束整形，特别是一种半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积 均匀化装置，属于激光技术应用领域。
技术背景半导体激光一维阵列简称Bar，它由多个发光单元构成，每个发光单元在 平行于有源层和垂直于有源层方向上的尺寸分别为100um-200um和lum，这导 致其快轴上的发散角50 60度，慢轴上的发散角约5 10度。而半导体一维 阵列正是由多个这样的发光单元沿平行于有源层方向集成，长度为10mm。半 导体二维阵列简称半导体堆栈，它由多个Bar沿垂直有源层方向集成，并且 根据Bar间的距离不同可分为密排型堆和非密排型堆。对于半导体激光一维 阵列，其快轴的光束参数乘积BPPy为1 2mra mrad，慢轴的BPPx为100 500醒'mrad。对于Bar数各不相同的半导体堆栈，其慢轴与快轴的光束参数 乘积也相差几十到上百倍。光束参数乘积是衡量激光光束质量的一个重要指 标，它反映了光束的聚焦能力。光束参数乘积的值BPP为束腰半径与远场发 散角的乘积。当经过光学变换系统传输时，总的光束参数乘积是不变的。因此有必要均匀化快慢轴的光束参数乘积。目前较可行的方法是对光束 进行分割、重排，通过增加快轴的光束参数乘积来降低慢轴的光束参数乘积 以达到均匀化的目的。目前国际上将半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积均匀化的方法，例如阶梯反射镜技术，先经过微柱透镜实现快轴的准直，再通过两个对称的阶梯 型反射镜实现输出光场的对称分布。光束经过第一个阶梯镜后被分割成N个 单元，并被反射到快轴方向上，再经过第二个阶梯镜反射后传播方向变成慢 轴方向且光束截面旋转了90度，由此实现了快慢轴的光束质量均匀化。这种 方法是1998年由德国夫朗和费激光技术所发明。其缺点是阶梯镜镜面加工难度大，尤其在国内现有加工水平下难以实现。折/返射整形技术，其思想是利用棱镜组的折反射通过两组棱镜来分割和 重组光束。各片棱镜以斜边为基准依次按一定的距离错位放开。光束经过第 一组棱镜后沿快轴方向成台阶型分布，然后出射光进入第二组棱镜按照同样 的原理将光束在慢轴方向重排，结果使光参数积在慢轴方向上减小了 1/n，在快轴方向上增加了 n倍，由此实现了快慢轴上光束参数乘积的均衡，达到了 整形目的。此方法结构简单，但是棱镜间的精确错位不好控制导致装配困难 不好调节。此方法是由Apllo instrument公司的Peter Y.Wang提出的。与 上述方法类似的还有Laserline公司发明的专利US5986794，同样存在装配困 难、不好调节的缺陷。 发明内容本发明的目的在于克服上述技术缺点，提供了一种半导体激光阵列快慢 轴光束参数乘积均匀化的装置。本装置在能够实现快慢轴的光束质量均匀化 的同时，还具有易加工、易调节、装配简单的优点。 为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。 对于半导体激光一维阵列l，本发明采取的技术方案如下 半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积匀称化装置，包括有半导体激光一维阵列l、准直快慢轴的第一微透镜阵列2和聚焦透镜组；其特征在于还包括有第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B;其中，所述的第一平板玻璃堆A和 第二平板玻璃堆B都是由N对玻璃平板沿玻璃平板厚度方向依次叠加而成，N 是光束被分割的份数，每对玻璃平板均包括两个相同的、置于同一水平面且对应斜边和直角边分别平行并呈上下倒置放置的玻璃板；第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B相互垂直放置，第一平板玻璃堆A的厚度方向平行于半 导体激光阵列的慢轴方向，第二平板玻璃堆B的厚度方向平行于半导体激光 阵列的快轴方向；从半导体激光一维阵列1发出的光经准直快慢轴的第一微 透镜阵列2准直后，通过第一平板玻璃堆A的直角边传入第一平板玻璃堆A，经第一平板玻璃堆A的斜边折射后从第一平板玻璃堆A的另一个直角边输出， 第一平板玻璃堆A使光束产生了不同的偏移形成阶梯行光束，第二平板玻璃堆B使阶梯形光束变换为竖直排列的光束后进入聚焦透镜组。所述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每对玻璃平板的底角 角度不同但总长度L是相同的，各对玻璃平板按照底角角度递增的顺序依次向 两侧叠加，角度最大的玻璃板位于最外侧。所述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每对玻璃平板的底边 大小不同但是底角相同且总长度L是相同的，各对玻璃平板按照底边从大到 小的顺序依次由中间向两侧叠加，底边最小的玻璃板位于最外侧。所述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每对玻璃平板中的各 个玻璃板都完全相同，每对玻璃平板的总长度L是变化的，即每对中两个玻 璃板的相对位移S不同，各对按照位移S从小到大的顺序依次叠加，相对位 移最大的玻璃板位于最外侧。所述的玻璃板的形状为三角形或梯形。所述的平板玻璃堆，其中三角形玻璃板对的数量，即光束被分割的份数 按照光束参数乘积在快、慢轴相似的原理来确定。若为奇数，中间的三角形 玻璃板对的空隙S=0，可直接用矩形玻璃板替代；若为偶数，中间的三角形 玻璃板对的空隙SX)。所述的平板玻璃堆A和平板玻璃堆B之间的距离应尽量减小以减小光束 发散和能量损耗，范围是0 10mm。所述的玻璃平板可以直接堆积，也可以为了防止直接堆积造成平板玻璃 之间的接触而导致光在各平板间传输串扰从而增加光功率损耗，以及为了能 固定各个玻璃板，玻璃板之间可使用一种光学粘合剂。所述的光学粘合剂，其特征在于光学粘合剂的折射率应小于玻璃的折射 率，以便使光在玻璃板内发生全反射，加强其波导效应。对于半导体激光二维阵列的密排型堆栈，本发明采取的技术方案如下半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积匀称化装置，包括有半导体激光二 维阵列的密排型堆栈18、准直快慢轴的第二微透镜阵列20、准直快慢轴的第 一柱面透镜22、第二柱面透镜23和聚焦透镜组；其特征在于还包括有第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B;其中，所述的第一平板玻璃堆A和第二 平板玻璃堆B都是由N对玻璃平板沿玻璃板厚度方向依次叠加而成，N是光束被分割的份数，每对玻璃平板均包括两个相同的、置于同一水平面且对应斜边和直角边分别平行并呈上下倒置放置的玻璃板；第一平板玻璃堆A和第二 平板玻璃堆B相互垂直放置，第一平板玻璃堆A的厚度方向平行于半导体激 光阵列的慢轴方向，第二平板玻璃堆B的厚度方向平行于半导体激光阵列的 快轴方向；从半导体激光二维阵列的密排型堆栈18发出的光依次经准直快慢 轴的第二微透镜阵列20、第一柱面透镜22、第二柱面透镜23后通过第一平 板玻璃堆A的直角边传入第一平板玻璃堆A，经第一平板玻璃堆A的斜边折射 后从第一平板玻璃堆A的另一个直角边输出，第一平板玻璃堆A使光束产生 了不同的偏移形成阶梯行光束，第二平板玻璃堆B使阶梯形光束变换为竖直 排列的光束后进入聚焦透镜组。所述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每对玻璃平板的底角 角度不同但总长度L相同，各对玻璃平板按照底角角度递增的顺序依次向两侧 叠加，角度最大的玻璃板位于最外侧。所述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每对玻璃平板的底边 大小不同但是底角相同且总长度L是相同的，各对玻璃平板按照底边从大到 小的顺序依次由中间向两侧叠加，底边最小的玻璃板位于最外侧。述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每对玻璃平板中的各个 玻璃板都完全相同，每对玻璃平板的总长度L是变化的，即每对中两个玻璃 板的相对位移S不同，各对按照位移S从小到大的顺序依次叠加，相对位移 最大的玻璃板位于最外侧。所述的玻璃板的形状为三角形或梯形。所述的平板玻璃堆，其中三角形玻璃板对的数量，即光束被分割的份数 按照光束参数乘积在快、慢轴相似的原理来确定。若为奇数，中间的三角形 玻璃板对的空隙S = 0，可直接用矩形玻璃板替代；若为偶数，中间的三角形 玻璃板对的空隙S〉0。所述的平板玻璃堆A和平板玻璃堆B之间的距离应尽量减小以减小光束 发散和能量损耗，范围是0 10腿。所述的玻璃平板可以直接堆积，也可以为了防止直接堆积造成平板玻璃 之间的接触而导致光在各平板间传输串扰从而增加光功率损耗，以及为了能 固定各个玻璃板，玻璃板之间可使用一种光学粘合剂。所述的光学粘合剂，其特征在于光学粘合剂的折射率应小于玻璃的折射 率，以便使光在玻璃板内发生全反射，加强其波导效应。对于半导体激光二维阵列的非密排型堆栈，本发明采取了如下技术方案 半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积匀称化装置，包括有半导体激光二 维阵列的非密排型堆栈19、准直快慢轴的第三微透镜阵列21和聚焦透镜组； 其特征在于还包括有第一平板玻璃堆A和第三平板玻璃堆B〃 ；其中，所述的第一平板玻璃堆A由N对玻璃平板沿玻璃板厚度方向依次叠加而成，第 三平板玻璃堆B〃由M组玻璃平板沿玻璃板厚度方向依次叠加而成，每组玻 璃平板又包括有N对沿玻璃板厚度方向依次叠加的玻璃板，M为非密排型堆栈 的Bar条数，N是光束被分割的份数；每对玻璃平板均包括两个相同的、置于 同一水平面且对应斜边和直角边分别平行的并呈上下倒置放置的玻璃板；第 一平板玻璃堆A和第三平板玻璃堆B 〃相互垂直放置，第一平板玻璃堆A的 厚度方向平行于半导体激光阵列的慢轴方向，第三平板玻璃堆B〃的厚度方 向平行于半导体激光阵列的快轴方向；从半导体激光一维阵列1发出的光经 准直快慢轴的微透镜2准直后，入射到第一平板玻璃堆A的直角边，经第一 平板玻璃堆A的斜边折射后从第一平板玻璃堆A的另一个直角边输出，第一 平板玻璃堆A使M个Bar条发出的入射光产生了不同的偏移形成M组阶梯形光束，第三平板玻璃堆B"使M组阶梯形光束变换为竖直排列的线性光束，最后进入聚焦透镜组。所述的第一平板玻璃堆A和第三平板玻璃堆.B"中的每对玻璃平板的底 角角度不同但总长度L相同，各对玻璃平板按照底角角度递增的顺序依次向两 侧叠加，角度最大的玻璃板位于最外侧。所述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每对玻璃平板的底边 大小不同但是底角相同且总长度L是相同的，各对玻璃平板按照底边从大到 小的顺序依次由中间向两侧叠加，底边最小的玻璃板位于最外侧。所述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每对玻璃平板中的各 个玻璃板都完全相同，每对玻璃平板的总长度L是变化的，即每对中两个玻 璃板的相对位移S不同，各对按照位移S从小到大的顺序依次叠加，相对位 移最大的玻璃板位于最外侧。所述的玻璃板的形状为三角形或梯形。所述的平板玻璃堆，其中三角形玻璃板对的数量，即光束被分割的份数 按照光束参数乘积在快、慢轴相似的原理来确定。若为奇数，中间的三角形 玻璃板对的空隙S二0，可直接用矩形玻璃板替代；若为偶数，中间的三角形 玻璃板对的空隙S〉0。所述的平板玻璃堆A和平板玻璃堆B〃之间的距离应尽量减小以减小光束 发散和能量损耗，范围是0 10mm。所述的玻璃平板可以直接堆积，也可以为了防止直接堆积造成平板玻璃 之间的接触而导致光在各平板间传输串扰从而增加光功率损耗，以及为了能 固定各个玻璃板，玻璃板之间可使用一种光学粘合剂。所述的光学粘合剂，其特征在于光学粘合剂的折射率应小于玻璃的折射 率，以便使光在玻璃板内发生全反射，加强其波导效应。对于半导体激光一维阵列1、半导体激光二维阵列的密排型堆栈18和半 导体激光二维阵列的非密排型堆栈19，本发明中的第一平板玻璃堆A的结构是相同的。对于半导体激光一维阵列1、半导体激光二维阵列的密排型堆栈 18，第三平板玻璃堆B〃的结构也是相同的。对于半导体激光二维阵列的非密排型堆栈19，第三平板玻璃堆B〃是前两种中的第二平板玻璃堆的简单叠本发明的思想来源于三角形平板玻璃对光束的偏折效应以及光在平行波 导传播中的全反射原理。在本发明中，光束垂直入射，并在每对直角三角板 中的传输等效成在平行波导板中的传播，出射光束平行于入射光束并产生一 定的平移，只是平移量由直角三角板的底角和每对三角板的相对距离和位置 决定。以同样的原理，出射光再进入到第二个堆，该堆垂直于第一个堆，可 将这些高度呈梯形分布的光束进一步重排为一列整齐的线状光束。对于半导体激光一维阵列即单个Bar，慢轴的光束参数乘积与快轴的光束 参数乘积的比值BPPx/BPPy为100 1000倍，其中较好的Bar，其慢快轴的光 束参数积可以相差100倍。光束经过整形元件第一平板玻璃堆A和第二平板 玻璃堆B，由于每个堆包括N对三角形玻璃平板，光束首先被分割成N份且沿 快轴方向成阶梯型分布，然后再沿慢轴方向重排得到一线状光束分布。整形 后的快轴光束参数乘积BPPy' 二N6PPy，慢轴的光束参数乘积BPPx' = BPPx /N。其中N根据快慢轴光束参数乘积相差的倍数来确定。因此本发明装置不 但能够实现快慢轴光束参数乘积的均匀化而且具有易安装、易调节、易加工 的优点，克服了其他方法中不好调节、加工困难的缺点。


图1一种半导体激光一维阵列快慢轴光束参数乘积均匀化装置，该图所在 平面平行于激光阵列的慢轴方向；图2本发明中三角形平板玻璃对光束偏折效应的基本原理图； 图3改变角度法中整形元件的立体图； 图4改变角度法的原理图；图5半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积均匀化装置中的改变角度法的装置图，该图所在平面平行于激光阵列的快轴方向；图6显示了图5的装置图，所在平面平行于激光阵列的慢轴方向； 图7显示了光束整形前、整形中和整形后的光斑分布情况； 图8改变大小法中整形元件的立体图； 图9改变大小法的原理图；图10半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积均匀化装置中的改变大小法的 装置图，该图所在平面平行于激光阵列的快轴方向；图11显示了图10的装置图，所在平面平行于激光阵列的慢轴方向； 图12改变距离法中整形元件的立体图； 图13改变距离法的原理图；图14半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积均匀化方法中的改变距离法的 装置图，该图所在平面平行于激光阵列的快轴方向；图15显示了图14的装置图，所在平面平行于激光阵列的慢轴方向； 图16显示了图5装置的改进图，所在平面平行于激光阵列的快轴方向； 图17显示了图6装置的改进图，所在平面平行于激光阵列的慢轴方向； 图18 —种二维密排型半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积均匀化装置； 图19图18所示装置中半导体激光Bar密排堆桟经透镜准直后的光束在 玻璃堆整形前、整形中和整形后的光斑分布情况；图20激光二维非密排型激光阵列快慢轴光束参数乘积均匀化装置； 图21图20所示装置中半导体激光Bar非密排堆栈输出光束在玻璃堆整 形前、整形中和整形后的光斑分布情况；图中1、半导体激光一维阵列，2、第一微透镜阵列，3、 一维阵列整形 前的光斑，9、经平板玻璃堆A输出的光斑，15、 一维阵列整形后的光斑，16、 柱透镜，17、球面透镜，18、半导体激光Bar密排的堆栈，19、半导体激光 Bar非密排堆栈，20 、第二微透镜阵列，21、第三微透镜阵列，22、第一柱 面透镜，23、第二柱面透镜，24、 二维密排堆栈整形前的光斑，25、经第一平板玻璃堆输出的光斑，26、 二维密排堆栈整形后的光斑，27、 二维非密排 堆栈整形前的光斑，28、 二维非密排堆栈整形中的光斑，29、 二维非密排堆 栈整形后的光斑，A、第一平板玻璃堆，B、第二平板玻璃堆，B〃 、第三平 板玻璃堆。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实施例。实施例1:对于一维阵列，其装置包括半导体激光一维阵列l，准直快慢轴的第一微 透镜阵列2，第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B以及由柱透镜16和球面 透镜17组成的聚焦透镜组，如图1所示。在图中x为一维阵列的慢轴的方 向，y为一维阵列的快轴方向，z是光束传输方向。其中所述的第一平板玻璃 堆A和第二平板玻璃堆B都是由5对玻璃平板沿玻璃板厚度方向依次叠加到 一起，其中每对玻璃平板都包括两个完全相同的直角三角型的玻璃板，两个 直角三角型的玻璃板的置于同一水平面，以便使从前一个三角玻璃板的斜边 射出的光束能够入射到另一个直角三角形玻璃板的斜边上。两个直角三角形 玻璃板呈上下倒置放置，对应斜边和直角边分别平行，如图2 图4所示。三角形玻璃板对的数量，即光束被分割的份数按照光束参数乘积在快、 慢轴相似的原理来确定。若为奇数，中间的三角形玻璃板对的空隙S=0，可 直接用矩形玻璃板替代，本实施例中选用的是5对玻璃板，所以中间的三角 形玻璃板对之间的空隙为0。两个整形元件第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B相互垂直放置，其 中第一个整形元件即玻璃堆A的厚度方向平行于半导体激光阵列的慢轴方向。 玻璃堆B的厚度方向平行于激光阵列的快轴方向，且与玻璃堆A相垂直。第 一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B之间的距离应尽量减小，以减小光束发 散和能量损耗。三角形平板玻璃可以直接堆积，也可以为了防止直接堆积造成平板玻璃之间的接触而导致光在各平板间传输串扰从而增加光功率损耗，以及为了能 固定各个玻璃板，玻璃板之间可使用一种光学粘合剂。光学粘合剂的折射率 应小于玻璃的折射率，以便使光在玻璃板内发生全反射，加强其波导效应。每个三角形玻璃板可以根据实际情况切除尖角，构成多边形玻璃板形成 的堆，如构成梯形堆，但其原理与三角形玻璃板形成的堆的变换方式相同。第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B，根据改变的参数不同可以分为三 种方法改变角度法、改变大小法及改变距离法。本实施例中采用的是改变 角度法。改变角度法原理每对三角形玻璃板的总长度L是一定的，当三角 形平板底角由a变为P时，通过每对玻璃板的光束由于折射角不同从而产生 了不同的偏移dl，如图4所示。对于半导体激光一维阵列，改变距离法的整形原理经快慢轴准直微透 镜准直后的光束3垂直入射到三角形平板玻璃堆Al，光束被分割成五份并在各自对应的片中产生折射偏移(图3、图4、图5、图6)，得到沿垂直方向成 阶梯形分布的线性光束9 (图7)。此线性光束再经过三角堆Bl，依据相同 的光束重组原理，光束被进一步重新排列为线性垂直光束15 (图7)。例如 图7所示的经快慢轴准直后的光束3垂直入射到三角堆Al后被分割成5份子 光束a、 b、 c、 d、 e，子光束c入射到中间的矩形板中从而不发生偏移；子光 束b和d经过5、 5'和7、 7'后分别产生向下和向上距离为dl的偏移。再 经过B2中的13、 13'和ll、 11'的两次折射后子光束b和d又分别向右和 向左偏移距离dl'。依此类推子光束a、 e经过Al后将分别向下、向上偏移 d2，然后经过B2后再分别向右、向左偏移d2'。整形后的光束15如图7所示， 其慢轴的光束参数乘积降低了五倍而慢轴的光束参数乘积增加了五倍，在一 定程度上平衡了快慢轴的光束参数乘积。实施例2:本实施例与实施例1的不同之处在于第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃 堆B采用了改变大小法，其他结构完全相同。改变大小法的原理每对三角形玻璃板的总长度L一定，通过改变三角 形底边长度但保持底角不变，从而使得传播的光束尽管折射角相同但在每对 三角玻璃板之间由于传播距离不同而造成偏移量不同，如图9所示。对于一 维阵列采用改变大小法的整形原理与实施例1中改变角度法相同经快慢轴 准直微透镜准直后的光束3垂直入射到三角形平板玻璃堆A2，光束被分割成五份并在各自对应的片中产生折射偏移(图8、图9、图10、图ll)，得到沿 垂直方向成阶梯形分布的线性光束9 (图7)。此线性光束再经过三角堆B2， 依据相同的光束重组原理，光束被进一步重新排列为线性垂直光束15 (图7)。实施例3:本实施例与实施例1和2的不同之处在于第一平板玻璃堆A和第二平板 玻璃堆B采用了改变距离法，其他结构完全相同。改变距离法的原理第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的所有每 组中的各个三角形玻璃板都完全相同，通过改变每一对在水平方向的相对位 移S从而使光束产生不同的偏移，如图13所示。对于一维阵列采用改变距离 法的整形原理与实施例l、 2中改变角度法和改变大小法相同经快慢轴准直 微透镜准直后的光束3垂直入射到三角形平板玻璃堆A3，光束被分割成五份 并在各自对应的片中产生折射偏移(图12、图13、图14、图15)，得到沿垂 直方向成阶梯形分布的线性光束9 (图7)。此线性光束再经过三角堆B3， 依据相同的光束重组原理，光束被进一步重新排列为线性垂直光束15 (图7)实施例4:本实施例是针对半导体激光二维阵列的密排型堆栈，对于半导体激光二维阵列的密排型堆栈，其装置包括密排堆18，准直快慢轴的第二微透镜20， 准直快慢轴的第一柱面透镜22、第二柱面透镜23，玻璃堆A'和玻璃堆B'， 以及聚焦透镜组16、 17。如图18。对于密排型堆栈经过微透镜准直，准直后 的光再经过相互垂直放置的两个柱面透镜的近一步快慢轴准直，得到近似一 维阵列输出的光束，然后通过三角形平板玻璃堆A' 、 B'对此光束进行分割重排，使得阵列快慢轴光束参数乘积匀称化，如图19所示。因此本实施例中的玻璃堆A'和玻璃堆B'与实施例1中的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃 堆B的结构相同。实施例5:本实施例是针对半导体激光二维阵列的非密排型堆栈。对于半导体激光二维阵列的非密排型堆栈，其装置包括非密排堆19、准 直快慢轴的第三微透镜21、玻璃堆A〃和玻璃堆B〃以及聚焦透镜组16、 17， 其结构如图20所示。玻璃堆A〃由N'对厚度为D/N'的三角形玻璃板叠加组 合，其中N'为光束被分割的份数，D为Bar的长度。而玻璃堆B"是由n个 厚度为H的玻璃堆B沿厚度方向叠加而成，n为非密排堆栈的Bar数，H为Bar 间的距离。其中的玻璃堆B又由N'对厚度为H/N'的三角形玻璃板叠加组成。 对于非密排形堆栈，由于Bar间相隔距离较大，经微透镜准直过的堆栈 光束直接入射到玻璃堆A〃 、 B〃中，然后经过聚焦透镜组后输出，如图20所 示。非密排形堆栈可釆用大通道的热沉以避免Bar因微通道热沉腐蚀而带来 的寿命减少的问题。对于Bar间距离较大的非密排形堆栈，它经过微透镜准直后的光束27， 此光束存在暗区，经过玻璃堆A〃整形后，输出光束为多组阶梯型光束分布， 如图21中的28;此光束28再经过由多组玻璃堆叠加构成的新玻璃堆B〃的 光束重组后，最终得到图21中29所示的快慢轴光束参数乘积比较均匀的光 束分布。其中整形后暗区消失，从而提高了光束质量和功率密度。经使用表明，此半导体激光阵列快慢轴光参数乘积匀称化装置可以将阵 列发出的光进行整形，得到快慢轴光束参数乘积均匀化的光束。此外，由于 整形元件是由简单的三角形或梯形组合而成，不仅成本低、易加工而且整体 结构紧凑。特别是梯形玻璃堆的结构，由于梯形具有上下平行的底边，使得 此结构易安装、调节。所以，本发明装置具有易调节、成本低、易加工、整形效果好、耦合效 率高的优点。
权利要求
1、半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积匀称化装置，包括有半导体激光一维阵列(1)、准直快慢轴的第一微透镜阵列(2)和聚焦透镜组；其特征在于还包括有第一平板玻璃堆(A)和第二平板玻璃堆(B)；其中，所述的第一平板玻璃堆(A)和第二平板玻璃堆(B)都是由N对玻璃平板沿玻璃平板厚度方向依次叠加而成，N是光束被分割的份数，每对玻璃平板均包括两个相同的、置于同一水平面且对应斜边和直角边分别平行并呈上下倒置放置的玻璃板；第一平板玻璃堆(A)和第二平板玻璃堆(B)相互垂直放置，第一平板玻璃堆(A)的厚度方向平行于半导体激光阵列的慢轴方向，第二平板玻璃堆(B)的厚度方向平行于半导体激光阵列的快轴方向；从半导体激光一维阵列(1)发出的光经准直快慢轴的第一微透镜阵列(2)准直后，通过第一平板玻璃堆(A)的直角边传入第一平板玻璃堆(A)，经第一平板玻璃堆(A)的斜边折射后从第一平板玻璃堆(A)的另一个直角边输出，第一平板玻璃堆(A)使光束产生了不同的偏移形成阶梯行光束，第二平板玻璃堆(B)使阶梯形光束变换为竖直排列的光束后进入聚焦透镜组。
2、半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积匀称化装置，包括有半导体激光二维 阵列的密排型堆栈(18)、准直快慢轴的第二微透镜阵列(20)、准直快慢轴 的第一柱面透镜(22)、第二柱面透镜(23)和聚焦透镜组；其特征在于还 包括有第一平板玻璃堆(A)和第二平板玻璃堆(B);其中，所述的第一平 板玻璃堆(A)和第二平板玻璃堆(B)都是由N对玻璃平板沿玻璃板厚度方 向依次叠加而成，N是光束被分割的份数，每对玻璃平板均包括两个相同的、 置于同一水平面且对应斜边和直角边分别平行并呈上下倒置放置的玻璃板； 第一平板玻璃堆(A)和第二平板玻璃堆(B)相互垂直放置，第一平板玻璃 堆(A)的厚度方向平行于半导体激光阵列的慢轴方向，第二平板玻璃堆(B) 的厚度方向平行于半导体激光阵列的快轴方向；从半导体激光二维阵列的密 排型堆栈(18)发出的光依次经准直快慢轴的第二微透镜阵列(20)、第一柱 面透镜(22)、第二柱面透镜(23)后通过第一平板玻璃堆(A)的直角边传入第一平板玻璃堆(A)，经第一平板玻璃堆(A)的斜边折射后从第一平板玻璃堆(A)的另一个直角边输出，第一平板玻璃娃(A)使光束产生了不同的 偏移形成阶梯行光束，第二平板玻璃堆(B)使阶梯形光束变换为竖直排列的 光束后进入聚焦透镜组。
3、 半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积匀称化装置，包括有半导体激光二维 阵列的非密排型堆栈(19)、准直快慢轴的第三微透镜阵列(21)和聚焦透镜 组；其特征在于还包括有第一平板玻璃堆(A)和第三平板玻璃堆(B〃 )； 其中，所述的第一平板玻璃堆(A)由N对玻璃平板沿玻璃板厚度方向依次叠 加而成，第三平板玻璃堆(B〃 )包括有M组第二平板玻璃堆(B)，每组第二 平板玻璃堆(B)又包括有N对沿玻璃板厚度方向依次叠加的玻璃板，M为非 密排型堆栈的Bar条数，N是光束被分割的份数；每对玻璃平板均包括两个相 同的、置于同一水平面且对应斜边和直角边分别平行的并呈上下倒置放置的 玻璃板；第一平板玻璃堆(A)和第三平板玻璃堆(B〃 )相互垂直放置，第 一平板玻璃堆(A)的厚度方向平行于半导体激光阵列的慢轴方向，第三平板 玻璃堆(B〃 )的厚度方向平行于半导体激光阵列的快轴方向；从半导体激光 一维阵列(1)发出的光经准直快慢轴的微透镜(2)准直后，入射到第一平 板玻璃堆(A)的直角边，经第一平板玻璃堆(A)的斜边折射后从第一平板 玻璃堆(A)的另一个直角边输出，第一平板玻璃堆(A)使M个Bai"条发出 的入射光产生了不同的偏移形成M组阶梯形光束，第三平板玻璃堆(B〃 )使 M组阶梯形光束变换为竖直排列的线性光束，最后进入聚焦透镜组。
4、 根据权利要求1或权利要求2或权利要求3所述的半导体激光阵列快慢轴 光束参数乘积匀称化装置，其特征在于所述的第一平板玻璃堆(A)和第 二平板玻璃堆(B)中的每对玻璃平板的底角角度不同但总长度L相同，各对 玻璃平板按照底角角度递增的顺序依次向两侧叠加，角度最大的玻璃板位于
5、 根据权利要求1或权利要求2或权利要求3所述的半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积匀称化装置，其特征在于所述的第一平板玻璃堆(A)和第 二平板玻璃堆(B)中的每对玻璃平板的底边大小不同但底角相同且总长度 L是相同的，各对玻璃平板按照底边从大到小的顺序依次向两侧叠加，底边 最小的玻璃板位于最外侧。
6、 根据权利要求1或权利要求2或权利要求3所述的半导体激光阵列快慢轴 光束参数乘积匀称化装置，其特征在于所述的第一平板玻璃堆(A)和第 二平板玻璃堆(B)中的每对玻璃平板中的各个玻璃板都完全相同，每对玻 璃平板的总长度L是变化的，即每对中两个玻璃板的相对位移S不同，各对 按照位移S从小到大的顺序依次叠加，相对位移最大的玻璃板位于最外侧。
7、 根据权利要求1或权利要求2或权利要求3所述的半导体激光阵列快慢轴 光束参数乘积匀称化装置，其特征在于所述的玻璃板的形状为三角形或梯 形。
8、 根据权利要求7所述的半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积匀称化装置， 其特征在于所述的第一平板玻璃堆(A)和第二平板玻璃堆(B)中的三角 形玻璃板对的数量若为奇数，中间的三角形玻璃板对的空隙S=0，可直接用 矩形玻璃板替代；若为偶数，中间的两个三角形玻璃板对的空隙S〉0。
9、 根据权利要求1或权利要求2或权利要求3所述的半导体激光阵列快慢轴 光束参数乘积匀称化装置，其特征在于所述的第一平板玻璃堆(A)和第二 平板玻璃堆(B)之间的距离是0 10醒，第一平板玻璃堆(A)和第三平板玻 璃堆(B〃 )之间的距离也是0 10咖。
10、 根据权利要求1所述的半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积匀称化装置， 其特征在于所述的各玻璃平板直接堆积或玻璃板之间用光学粘合剂粘合， 所述的光学粘合剂的折射率小于玻璃的折射率。
全文摘要
本发明是一种半导体激光阵列快慢轴光束参数乘积均匀化装置，属于激光技术应用领域。包括一组半导体激光阵列快慢轴准直微透镜单元、平板玻璃堆A、B和聚焦透镜组。经快慢轴准直微透镜后的光垂直入射到平板玻璃堆A，光束被分割成多份并在各自对应的平板玻璃中产生折射偏移，得到沿激光阵列快轴方向成阶梯形分布的线性光束。此梯形状线性光束再经过平板玻璃堆B，依据相同的光束重组原理，使光束沿阵列慢轴方向产生折射偏移并被进一步重排为线状的线性光束。这样半导体激光阵列发出的光束在快慢轴上有了更加接近的光束参数乘积，即快慢轴方向较平衡的光束质量。最后经过聚焦透镜组的聚焦，可得到高功率密度、高亮度的快慢轴方向均匀的聚焦光斑。
文档编号G02B27/09GK101221288SQ20081005601
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月11日 优先权日2008年1月11日
发明者曹银花, 王智勇, 许春晓 申请人:北京工业大学