專利名稱：半導(dǎo)體激光光束處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體激光光束處理裝置。
在現(xiàn)有技術(shù)中，常見的小功率半導(dǎo)體激光器發(fā)散角較大，達(dá)到10～40°，激光能量不集中，利用率低，不能滿足普通光學(xué)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)的使用需要。為了縮小其發(fā)散角，目前常用的方法是在半導(dǎo)體激光器的前面加裝一套由1～3片非球面透鏡組成的準(zhǔn)直透鏡組，半導(dǎo)體激光器的激光管與準(zhǔn)直透鏡組的距離等于準(zhǔn)直透鏡組的焦距。上海科聯(lián)光電子有限公司生產(chǎn)的可見光半導(dǎo)體激光器準(zhǔn)直組件系列產(chǎn)品就是這種準(zhǔn)直透鏡組。這種帶有準(zhǔn)直透鏡組的光束處理裝置可以較好地縮小光束的發(fā)散角，但是其輸出光斑一般為長方形，且為部分偏振光。由于大多數(shù)的光學(xué)系統(tǒng)或儀器的光學(xué)元件都是圓對(duì)稱的，這給半導(dǎo)體激光的推廣和應(yīng)用帶來不便。特別是用于精密測量或?qū)嶒?yàn)的光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致較大的測量誤差，甚至導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗。因此，對(duì)半導(dǎo)體激光器光束的進(jìn)一步處理顯得非常必要。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種新的半導(dǎo)體激光光束處理裝置，它可以克服上述光束處理裝置的不足，能使處理后的激光束光斑是圓形的，任一截面的光強(qiáng)分布接近高斯函數(shù)分布，且光偏振方向均勻，使用方便。在通常情況下，該裝置可以代替He-Ne激光器使用。該裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、壽命長、性能穩(wěn)定可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型在上述光束處理裝置的基礎(chǔ)上加裝了一個(gè)振幅濾波器和一個(gè)位相濾波器，振幅濾波器的光強(qiáng)透過率滿足高斯函數(shù)分布，即I(r)＝(2π)-1/2a-1exp(r2/2a2)上式中I(r)表示光強(qiáng)透過率，r是激光束截面的極坐標(biāo)，π為圓周率，a是常數(shù)，表示光強(qiáng)透過率下降到最大值1/e2時(shí)所對(duì)應(yīng)的光斑半徑，exp(r2/2a2)是一個(gè)指數(shù)函數(shù)，表示e的(r2/2a2)次方。位相濾波器的厚度d與半導(dǎo)體激光波長λ的關(guān)系為d(no-ne)＝(m+1/2)λ/2其中，d(no-ne)表示o光與e光的光程差，(no-ne)是o光與e光的折射率差，λ是激光波長，m表示光程差的周期數(shù)，取整數(shù)0、1、2......。各光學(xué)器件的相互位置關(guān)系為沿激光束前進(jìn)的方向，半導(dǎo)體激光管、準(zhǔn)直透鏡組、振幅濾波器和位相濾波器依次共軸安裝，位相濾波器的快軸與激光的偏振方向成45°角。
本實(shí)用新型可以采用如下結(jié)構(gòu)將半導(dǎo)體激光管、準(zhǔn)直透鏡組、振幅濾波器和位相濾波器依次共軸固定安裝于一個(gè)直管狀的外套筒中間，安裝時(shí)保證各光學(xué)器件相互位置和位相濾波器的方位角符合要求。外套筒可以由金屬材料、木質(zhì)材料或塑料等材料制作，只要能起到固定安裝作用即可，其形狀可以是圓形、方形等。
本實(shí)用新型也可以采用如下結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光管和準(zhǔn)直透鏡組安裝于一個(gè)直管狀的內(nèi)套筒中間；內(nèi)套筒、振幅濾波器和位相濾波器并列固定安裝于一個(gè)同樣形狀而直徑較大的外套筒中間；安裝時(shí)保證各光學(xué)器件共軸安裝，各光學(xué)器件之間的相對(duì)位置以及位相濾波器的方位角符合要求。內(nèi)、外套筒的材料及形狀要求同上。
本實(shí)用新型還可以是先將振幅濾波器、位相濾波器和準(zhǔn)直透鏡組并列安裝于一個(gè)直管狀的內(nèi)套筒中間；再將內(nèi)套筒、半導(dǎo)體激光管并列固定安裝于一個(gè)同樣形狀而直徑較大的外套筒中間；安裝時(shí)保證各光學(xué)器件共軸安裝，各光學(xué)器件之間的相對(duì)位置以及位相濾波器的方位角符合要求。內(nèi)、外套筒的材料及形狀要求同上。
本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
還可以有其它方案，并不局限于上述提到的三種，只要保證振幅濾波器的光強(qiáng)透過率滿足高斯函數(shù)分布，位相濾波器厚度d與半導(dǎo)體激光波長的關(guān)系滿足d(no-ne)＝(m+1/2)λ/2要求，半導(dǎo)體激光管、準(zhǔn)直透鏡組、振幅濾波器和位相濾波器共軸安裝，半導(dǎo)體激光管與準(zhǔn)直透鏡組之間的距離等于透鏡組的焦距，位相濾波器的快軸與激光的偏振方向成45°角，由此所構(gòu)成的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
在本實(shí)用新型中，半導(dǎo)體激光管采用單模可見光波段小功率半導(dǎo)體激光管；準(zhǔn)直透鏡組由1～3片非球面透鏡組成，可以用玻璃或纖維材料；振幅濾波器由玻璃基底的感光材料制成；位相濾波器采用云母或石英等材料。
在本實(shí)用新型中，各光學(xué)器件的固定裝置的結(jié)構(gòu)由具體的實(shí)施方式?jīng)Q定，如半導(dǎo)體激光管的固定可以采用固緊螺圈或粘合劑等，具體選擇與半導(dǎo)體激光管的形狀和尺寸有關(guān)，并應(yīng)考慮有利于散熱；準(zhǔn)直透鏡組和濾波器都可以用帶固緊螺圈的圓形鏡架裝載，也可以采用螺絲固定的鏡筒。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)或效果1、實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)本裝置處理后的激光束光斑是圓形的，任一截面的光強(qiáng)分布接近高斯函數(shù)，且光偏振方向均勻，使用方便。若配以穩(wěn)功率驅(qū)動(dòng)電源，光功率的變化小于0.5％，滿足大部分實(shí)際使用的要求。這種半導(dǎo)體激光光束處理裝置在光學(xué)信息處理、物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)、光學(xué)測量儀器及系統(tǒng)和醫(yī)療儀器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
2、本處理裝置由于結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，所以造價(jià)較低。同時(shí)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，本處理裝置具有壽命長、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的說明。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體激光光束處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型第二種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本實(shí)用新型第三種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
在
圖1中，1是半導(dǎo)體激光管的電源線，2是半導(dǎo)體激光管，3是外套筒，4是準(zhǔn)直透鏡組。半導(dǎo)體激光管2與準(zhǔn)直透鏡組4共軸安裝，它們之間的距離等于準(zhǔn)直透鏡組3的焦距。
在圖2中，1是半導(dǎo)體激光管電源線，2是半導(dǎo)體激光管，3是外套筒，4是準(zhǔn)直透鏡組，5是濾波器座，6是鎖緊螺釘，用于固定濾波器座5，7是濾波器的固緊螺圈，8是位相濾波器，9是振幅濾波器，10是準(zhǔn)直透鏡座，11和12是半導(dǎo)體激光管2的固緊螺圈。各器件的相互位置與連接關(guān)系為沿激光束前進(jìn)的方向，半導(dǎo)體激光管2、準(zhǔn)直透鏡組4、振幅濾波器9和位相濾波器8依次共軸安裝于外套筒3中間，半導(dǎo)體激光管2與準(zhǔn)直透鏡組4之間的距離等于準(zhǔn)直透鏡組4的焦距，位相濾波器8的快軸與激光的偏振方向成45°角。
在圖3中，1是半導(dǎo)體激光管電源線，2是半導(dǎo)體激光管，3是外套筒，4是準(zhǔn)直透鏡組，5是濾波器座，6是固定螺絲，7是濾波器的固緊螺圈，8是位相濾波器，9是振幅濾波器，10是準(zhǔn)直透鏡座，11和12是半導(dǎo)體激光管2的固緊螺圈，13是內(nèi)套筒。其相互位置與連接關(guān)系為半導(dǎo)體激光管2和準(zhǔn)直透鏡組4安裝于內(nèi)套筒13中間；內(nèi)套筒13、振幅濾波器9和位相濾波器8并列安裝于外套筒3中間；沿激光束前進(jìn)的方向，依次為半導(dǎo)體激光管2、準(zhǔn)直透鏡組4、振幅濾波器9和位相濾波器8，它們共軸安裝，半導(dǎo)體激光管2與準(zhǔn)直透鏡組4之間的距離等于準(zhǔn)直透鏡組4的焦距，位相濾波器8的快軸與激光的偏振方向成45°角。
在圖4中，各部件的名稱和標(biāo)號(hào)同圖3，其相互位置關(guān)系為位相濾波器8、振幅濾波器9和準(zhǔn)直透鏡組4并列安裝于內(nèi)套筒13中間；內(nèi)套筒13、半導(dǎo)體激光管2并列安裝于外套筒3中間；沿激光束前進(jìn)的方向，依次為半導(dǎo)體激光管2、準(zhǔn)直透鏡組4、振幅濾波器9和位相濾波器8，它們共軸安裝；半導(dǎo)體激光管2與準(zhǔn)直透鏡組4之間的距離等于準(zhǔn)直透鏡組4的焦距，位相濾波器8的快軸與激光的偏振方向成45°角。
權(quán)利要求1.一種由半導(dǎo)體激光管、準(zhǔn)直透鏡組構(gòu)成的半導(dǎo)體激光光束處理裝置，半導(dǎo)體激光管與準(zhǔn)直透鏡組之間的距離等于準(zhǔn)直透鏡組的焦距，其特征在于它還包括一個(gè)振幅濾波器和一個(gè)位相濾波器，振幅濾波器的光強(qiáng)透過率滿足高斯函數(shù)分布，即I(r)＝(2π)-1/2a-1exp(r2/2a2)；位相濾波器的厚度d與半導(dǎo)體激光波長λ的關(guān)系滿足d(no-ne)＝(m+1/2)λ/2的要求；各光學(xué)器件的相互位置關(guān)系為沿激光束前進(jìn)的方向，半導(dǎo)體激光管、準(zhǔn)直透鏡組、振幅濾波器和位相濾波器依次共軸安裝，位相濾波器的快軸與激光的偏振方向成45°角。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光光束處理裝置，其特征在于半導(dǎo)體激光管、準(zhǔn)直透鏡組、振幅濾波器和位相濾波器依次安裝于一個(gè)直管狀的外套筒中間。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光光束處理裝置，其特征在于半導(dǎo)體激光管和準(zhǔn)直透鏡組安裝于一個(gè)直管狀的內(nèi)套筒中間；內(nèi)套筒、振幅濾波器和位相濾波器并列安裝于一個(gè)同樣形狀而直徑較大的外套筒中間。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光光束處理裝置，其特征在于振幅濾波器、位相濾波器和準(zhǔn)直透鏡組并列安裝于一個(gè)直管狀的內(nèi)套筒中間；內(nèi)套筒、半導(dǎo)體激光管并列安裝于一個(gè)同樣形狀而直徑較大的外套筒中間。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的半導(dǎo)體激光光束處理裝置，其特征在于半導(dǎo)體激光管采用單?？梢姽獠ǘ涡」β拾雽?dǎo)體激光管；準(zhǔn)直透鏡組由1～3片非球面透鏡組成，采用玻璃或纖維材料；振幅濾波器由玻璃基底的感光材料制成；位相濾波器采用云母或石英材料。
專利摘要半導(dǎo)體激光光束處理裝置,由依次共軸安裝的半導(dǎo)體激光管、準(zhǔn)直透鏡組、振幅濾波器和位相濾波器構(gòu)成,振幅濾波器的光強(qiáng)透過率滿足高斯函數(shù)分布,位相濾波器的厚度與激光波長的關(guān)系滿足d(n
文檔編號(hào)G02B27/09GK2490598SQ01242799
公開日2002年5月8日 申請(qǐng)日期2001年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月26日
發(fā)明者黃佐華, 何振江, 楊冠玲 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)