光束整形器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一组由屋脊反射器和反射镜组成的光束整形器的基本单元。该基本单元用于反射入射光束，与此同时把入射光束沿其传播方向旋转九十度。由多组上述基本单元组成的阵列，可以改变入射光束组的线度－发散度乘积，使出射光束组成为有可能被聚焦成小光点的光束组。如果将基本单元集成为一体，则集成化的单元阵列器件非常结实，其工作光谱宽而且损伤阈值高。
【专利说明】光束整形器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光束处理器，尤其涉及一种用于调整半导体激光器的输出光束组，使其横向和竖向上的线度一发散度乘积对称分布的光束整形器。
【背景技术】
[0002]根据光学不变量原理，一个光束的线度一发散度乘积(SDP)在光学系统中是不变的。众所周知，侧面辐射的半导体激光器的光束性质和其它激光器的光束性质有很大不同，它的光束在横向X向(平行于PN结或量子阱的方向)和竖向Y向(垂直于PN结或量子阱的方向)两个方向上的线度一发散度乘积很不对称。由于这种不对称性，使得半导体激光器的输出光束无法直接聚焦成有用的光点，因此在许多要求使用对称光束的应用领域无法发挥作用。为了克服侧面辐射的半导体激光器的输出光束的这种固有的不对称性，现有技术中，已有一些专利公开了可以对该种光束成功整形的光束处理技术，例如美国专利 N0.5，168，401 ；N0.5，592，333 ；N0.6，240，116 和 N0.4，763，975 等。其中，美国专利N0.5，592，333中公开使用了屋脊反射器，其两个构成平面的夹角分别是60°和70.5°，但其仍然存在一个问题，光束在横向的彼此交叠使得整形以后的光束依然无法被聚焦成很小的光点。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于提供一种光束整形器，用于改变光束组在横向(X)和纵向⑴的线度一发散度乘积(SDP)。
[0004]具体地说，本发明提供了一种光束整形器，用于将入射光束沿其传播方向(Z)旋转九十度，然后，再使其沿目标方向射出。当入射光束进入光束整形器以后，首先到达屋脊反射器，该屋脊反射器用于将入射光束绕其传播方向旋转九十度，然后，被旋转以后的光束到达一面反射镜，并被反射镜反射后离开光束整形器。对于由多个光束组成的光束组(或称光束阵列)，可以使用相应的光束整形器阵列，将光束组中的每一个光束逐一旋转，从而改变出射光束组的构形，即改变其线度一发散度乘积(SDP)。而，经过光束整形器改造后的光束组可以用来聚焦形成极小的对称光点。
[0005]本发明为改造半导体激光器的输出光束，提供了一种光束整形新技术。根据该技术制造的器件小巧、可靠而且光学效率高。而且，采用集成形式制成的光束整形器件的损伤阈值和工作波长可达到仅由所用光学材料限制的程度。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1所示为本发明所提供的光束整形器的基本单元，包括一组屋脊反射器I和反射镜2 ;入射光束3沿Z方向前进，进入屋脊反射器1，然后被反射到反射镜2，在那里再次被反射，离开该基本单元；
[0007]图2所示为本发明所提供的光束整形器的基本单元在X— Y平面中的视图；其中，屋脊反射器I绕Z方向旋转了 45°，被反射的光束4沿与Y轴成45°的方向传播；
[0008]图3所示为本发明所提供的光束整形器的基本单元在Y— Z平面中的视图；其中，屋脊反射器I绕X方向旋转了 45°，被反射的光束4沿与Z轴成90°的方向传播；
[0009]图4所示为本发明所提供的光束整形器的一个实施例，其中，屋脊反射器I和反射镜2集成在一起，集成所用材料透光，光在屋脊反射器I和反射镜2上的反射既可以由外加涂层实现，也可以由全内反射实现；
[0010]图5所示为本发明所提供的光束整形器的另一实施例，光束整形器是由多个如图1所示的基本单元组成的阵列，适用于处理光束组；
[0011]图6所示为本发明所提供的光束整形器的又一实施例，光束整形器是由多个如图4所示的集成基本单元组成的阵列，适用于处理光束组。
【具体实施方式】
[0012]图1是本发明所提供的光束整形器的基本单元，包括一组屋脊反射器I和反射镜
2。入射光3先射向屋脊反射器1，然后被反射到反射镜2，并被反射镜2再次反射离开此基本单元。其中，在图1中，入射光用标号3表示，被屋脊反射器I反射后获得的反射光用标号4表不,被反射镜2反射后的二次反射光用标号5表不。屋脊反射器I由两个平面镜组成，两个平面镜的夹角(两面角)是90° (或接近90° )，两个平面镜的交线是屋脊反射器I的脊线。屋脊反射器I的张口迎着沿Z方向传播的入射光的入射方向设置。在本发明所示的实施例中，屋脊反射器I被旋转了两次。第一次是绕Z方向(垂直于图2所示的X— Y平面)旋转45° (或接近45° )，第二次是绕X方向(垂直于图3所示的Y— Z平面)旋转45°。应该指出，旋转角度也可以是一45°，绕Z方向(或者X方向)旋转45°和绕Z方向(或者X方向)旋转一45°并无实质性的区别。
[0013]如图2和图3所示，屋脊反射器I经过两次旋转以后，被它反射的入射光的传播方向在X— Y平面内与Y方向成45°，在Y— Z平面内与Z方向成90°角传播。
[0014]在某些时候，如果被反射的入射光需要绕传播方向旋转的角度不是90°，则屋脊反射器I绕Z方向的第一次旋转角度可以是非45°的其他角度。同样，如果需要被反射的入射光的传播方向在X—Y平面里绕Z方向的旋转角度不是90°，则屋脊反射器绕X方向的第二次旋转角度也不必是45°。此外，针对某些特殊情况，屋脊反射器的两个平面的夹角，可以不是90°。
[0015]反射镜2的功能是将来自屋脊反射器I的光线反射到一个特定的目标方向。例如在图1和图3中，这个目标方向是Z方向。但一般来说，这个目标方向可以不必是Z方向，而是实际应用中所需的任意方向。
[0016]反射镜2在任何情况下都应该安置在能够接受来自屋脊反射器I的反射光，并且把它反射到目标方向的位置。在图1所示的实施例中，屋脊反射器I和反射镜2是以一对一的方式设置的，但它们也可以以一对多或多对一的方式设置。此外，以一对多或者多对一方式设置的基本单元中，不仅目标方向可以不是Z方向，而且每个反射镜的目标方向可以不尽相同，视实际需要而定。
[0017]反射镜的基本功能是将入射光线反射到目标方向，而使用具有曲面的反射镜可以为其增加更多的功能。[0018]通常来说，如图1所示的屋脊反射器仅用于接收一个光束，但从广义上讲，它也可以用于接收一个光束的部分或者由多个光束组成的光束组。因此，本专利中的屋脊反射器一反射镜列阵可用于高填充因子的入射光束列阵。
[0019]在图1、图2、图3和图5中，入射光3在屋脊反射器I和反射镜2上的反射都是外反射，实际上，这种反射还可以是内反射，其中包括全内反射(TIR)。图4就是这样的例子，在图4中，屋脊反射器I和反射镜2被集成在一块透光材料里，在屋脊反射器I和反射镜2的背面设置有反射镀层。当透光材料的折射率足够大时，反射镀层可以省略，因为此时发生的光反射是全内反射。虽然就反射功能而言，外反射和内反射是等同的，但是从机械角度来看，外反射和内反射所起的作用却是不同的。在集成形式里，仪器的公差在制造时已确定，而全内反射可以确保其具有很高的反射率和损伤阈值。
[0020]在图5和图6所示的实施例中，提供了由多组屋脊反射器一反射镜基本单元组成的阵列，可以用来改变一个或多个入射光束组的构形。所以，可以根据所需出射光束组的构形设计光束整形器的阵列结构。而且，阵列中使用的屋脊反射器一反射镜单元既可以是相同的，也可以是不同的。
[0021]在使用屋脊反射器一反射镜阵列改变入射光束组的构形时，入射光束组的构型的改变与多个参数有关。其中，屋脊反射器的夹角、屋脊反射器在Z方向和X方向的旋转角，还有反射镜的位置、形状和取向等均是重要的可调节的参数。所以，在设计屋脊反射器一反射镜阵列时，有多种方案可供选择。由此可见，本发明所提供的光束整形器具有便捷和高效的特点。
[0022]最后说明一点，光的偏振对光束整形器的功能完全没有影响。
【权利要求】
1.一种光束整形器，包括屋脊反射器阵列和反射镜阵列，其特征在于: 屋脊反射器由两面相互交叉的平面反射镜组成，该两平面反射镜之间的夹角为90°，该两平面反射镜交叉线为屋脊，该屋脊平行于Y方向，该屋脊反射器的开口正对Z方向，然后，该屋脊反射器再旋转两次，第一次旋转是绕Z方向转45°，第二次旋转是在Y— Z平面里绕X方向转； 反射镜阵列中的每个反射镜接收来自对应的所述屋脊反射器的光，并把所述光反射到所需方向去的位置； 所述屋脊反射器和对应的所述反射镜称为一个单元。
2.如权利要求1所述的光束整形器，其特征在于所述反射镜是平面镜。
3.如权利要求1所述的光束整形器，其特征在于所述反射镜有曲率。
4.如权利要求1所述的光束整形器，其特征在于光在所述屋脊反射器上的反射是外反射。
5.如权利要求1所述的光束整形器，其特征在于光在所述屋脊反射器上的反射是内反射。
6.如权利要求1所述的光束整形器，其特征在于光在所述反射镜上的反射是外反射。
7.如权利要求1所述的光束整形器，其特征在于光在所述反射镜上的反射是内反射。
8.如权利要求1所述的光束整形器，其特征在于所述屋脊反射器和所述反射镜集成在一起。
9.如权利要求1所述的光束整形器，其特征在于在一个单元中所述屋脊反射器和对应的所述反射镜是一对一的关系。
10.如权利要求1所述的光束整形器，其特征在于在一个单元中所述屋脊反射器和对应的所述反射镜是一对多的关系。
11.如权利要求10所述的光束整形器，其特征在于在一个单元中所有所述反射镜都把光束向同一方向反射。
12.如权利要求10所述的光束整形器，其特征在于在一个单元中所有所述反射镜并不都把光束向同一方向反射。
【文档编号】G02B27/09GK103472583SQ201310462429
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2012年10月9日
【发明者】钱定榕 申请人:钱定榕