本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器技術(shù)，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)均勻光斑的高功率半導(dǎo)體激光系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)特性，導(dǎo)致半導(dǎo)體激光器快慢軸能量分布呈類高斯分布。對(duì)于由若干個(gè)巴條封裝的半導(dǎo)體激光器疊陣，由于存在填充因子的特性，光源本身就是明暗交替的排布方式，系統(tǒng)在焦點(diǎn)處的輸出光能量也就呈亮暗交替的分布。對(duì)于能量均勻性要求較高的場(chǎng)合，這樣的高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)是達(dá)不到要求的。目前解決此問(wèn)題的辦法有：非球面法、微透鏡陣列法、衍射元器件等，但這些方法不足之處在于元件昂貴、成品率低下、對(duì)輸入光源變動(dòng)較敏感等缺點(diǎn)，因此實(shí)際應(yīng)用中受到很多限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服傳統(tǒng)高功率激光勻化方案存在的元件昂貴、成品率低下、對(duì)輸入光源變動(dòng)較敏感等缺陷，本發(fā)明提出一種新的可實(shí)現(xiàn)均勻光斑的高功率半導(dǎo)體激光系統(tǒng)。

本發(fā)明的解決方案如下：

第一類方案：

一種實(shí)現(xiàn)均勻光斑的高功率半導(dǎo)體激光系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體激光器疊陣，其特征在于：在所述半導(dǎo)體激光器疊陣的出光方向上傾斜設(shè)置有第一平板透鏡組件和/或第二平板透鏡組件，平板透鏡組件的厚度和傾角的設(shè)置使得：經(jīng)過(guò)第一平板透鏡組件后的光束在慢軸方向上發(fā)生位移，滿足相關(guān)巴條整體的出光在慢軸方向上的排布存在錯(cuò)位(某些巴條的光斑位置發(fā)生相對(duì)位移后，慢軸方向上的位置對(duì)應(yīng)于另一些巴條慢軸方向上發(fā)光點(diǎn)之間的非發(fā)光區(qū)域)；經(jīng)過(guò)第二平板透鏡組件后的光束在快軸方向上發(fā)生位移，滿足相關(guān)巴條整體的出光在快軸方向上更加緊湊(填補(bǔ)或縮小相關(guān)巴條間的非發(fā)光區(qū)域)。即，該類方案通過(guò)改變平板透鏡組件的厚度和傾角來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)巴條光束位移矢量(距離以及正、反向)的調(diào)節(jié)。

這里，僅設(shè)置第一平板透鏡組件使慢軸方向上發(fā)生位移，或僅設(shè)置第二平板透鏡組件使快軸方向上發(fā)生位移，都是可行的。

第二類方案：

該高功率半導(dǎo)體激光系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體激光器疊陣，半導(dǎo)體激光器疊陣中的巴條存在錯(cuò)位排列，使得部分巴條的發(fā)光點(diǎn)位置在疊陣堆疊方向上對(duì)應(yīng)于其他巴條上各發(fā)光點(diǎn)之間的間隙(非發(fā)光區(qū)域)。這樣，通過(guò)改進(jìn)半導(dǎo)體激光器疊陣自身的巴條布局結(jié)構(gòu)，使得整體出光得到勻化。

對(duì)于上述第一類方案，本發(fā)明還進(jìn)一步作了如下重要優(yōu)化。

1、對(duì)第一平板透鏡組件結(jié)構(gòu)、設(shè)置方式的優(yōu)化：

1.1第一平板透鏡組件(的空間位置)對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體激光器疊陣的部分巴條，所述部分巴條經(jīng)過(guò)第一平板透鏡組件后的光束與其他巴條的出光在慢軸方向上的排布形成錯(cuò)位。

這里，第一平板透鏡組件可以采用一體件，該一體件對(duì)應(yīng)于連續(xù)的若干個(gè)巴條(通?？蓪?duì)應(yīng)于中間的若干個(gè)巴條)；或者，第一平板透鏡組件也可以由多個(gè)平板透鏡組成，分別一一對(duì)應(yīng)于相間隔的多個(gè)巴條(這些平板透鏡可以為同一規(guī)格；也可以根據(jù)光斑調(diào)節(jié)需求對(duì)各個(gè)平板透鏡的厚度和傾角作不同的設(shè)置，例如針對(duì)半導(dǎo)體激光器疊陣自身的光斑缺陷位置作針對(duì)性的光束偏移調(diào)節(jié))。

進(jìn)一步的，當(dāng)采用多個(gè)平板透鏡組成第一平板透鏡組件時(shí)，對(duì)于整個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣，可使每隔一個(gè)巴條對(duì)應(yīng)一個(gè)平板透鏡。

1.2第一平板透鏡組件(的空間位置)對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體激光器疊陣的全部巴條，所述第一平板透鏡組件包括規(guī)格不同的多個(gè)平板透鏡，使得全部巴條經(jīng)過(guò)相應(yīng)的平板透鏡后的光束均在慢軸方向上發(fā)生位移，但位移矢量存在不同。

綜合考慮加工和安裝等因素，上述規(guī)格不同的多個(gè)平板透鏡，是指部分平板透鏡的傾斜方向相反(即這些平板透鏡中，一部分為正向傾斜、另一部分為反向傾斜)，厚度可以相同也可以不同，使得經(jīng)過(guò)第一平板透鏡組件后的一部分光束在慢軸方向上發(fā)生正向位移，另一部分光束在慢軸方向上發(fā)生反向位移。

2、對(duì)第二平板透鏡組件結(jié)構(gòu)、設(shè)置方式的優(yōu)化：

第二平板透鏡組件對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體激光器疊陣的全部巴條或者部分巴條；第二平板透鏡組件由多個(gè)平板透鏡(可以規(guī)格相同，也可以規(guī)格不同)組成，每一平板透鏡對(duì)應(yīng)一個(gè)巴條。

第二平板透鏡組件的各個(gè)平板透鏡依次遞增或遞減改變傾角和/或厚度，使經(jīng)過(guò)第二平板透鏡組件后的光束向快軸方向的某一端偏移?；蛘撸诙桨逋哥R組件的各個(gè)平板透鏡從分別從兩端向中間依次遞減改變傾角和/或厚度，使經(jīng)過(guò)第二平板透鏡組件后的光束從兩端向中間偏移。

本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

1、本發(fā)明不易受到光源變動(dòng)的影響，光學(xué)器件簡(jiǎn)單成本低，安裝、調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便，可控性強(qiáng)。

2、通過(guò)傾斜設(shè)置平板透鏡，利用平板透鏡兩次折射后對(duì)光束的平行偏移作用，使半導(dǎo)體激光器疊陣(各個(gè)的巴條發(fā)光點(diǎn)的)出光產(chǎn)生位移，調(diào)節(jié)光斑整體效果，從而達(dá)到勻化光源的目的。

3、半導(dǎo)體激光器疊陣(或其出光)以巴條為單元進(jìn)行錯(cuò)位排布，調(diào)節(jié)精度要求不高，光源整體均勻性較好。

4、半導(dǎo)體激光器疊陣(各個(gè)巴條發(fā)光點(diǎn)的)出光在快軸方向上的位移，消除了因巴條厚度方向上的發(fā)光點(diǎn)間隙，使得整體出光更為緊湊，一定程度上實(shí)現(xiàn)了光源的勻化，同時(shí)也提高了光斑能量密度。

附圖說(shuō)明

圖1為常規(guī)的半導(dǎo)體激光器疊陣的發(fā)光點(diǎn)排布的示意圖，圖中每一行對(duì)應(yīng)一個(gè)巴條。

圖2為本發(fā)明設(shè)置的以巴條為單元進(jìn)行錯(cuò)位排布。

圖3為本發(fā)明利用平板透鏡使光束發(fā)生位移的示意圖。

圖4為本發(fā)明利用平板透鏡使位于中間的連續(xù)多個(gè)巴條出光在慢軸方向上發(fā)生位移的示意圖。

圖5為本發(fā)明利用平板透鏡使相間隔的一半數(shù)量的巴條出光在慢軸方向上發(fā)生位移的示意圖。

圖6為本發(fā)明利用平板透鏡(厚度依次遞增的多個(gè)平板透鏡)使部分巴條出光在快軸方向上發(fā)生位移的示意圖。

圖7為本發(fā)明同時(shí)設(shè)置第一平板透鏡組和第二平板透鏡組分別使部分巴條出光在慢軸方向、快軸方向上發(fā)生位移的示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

1‐半導(dǎo)體激光器疊陣；2‐平板透鏡(組)；21‐第一平板透鏡組；22‐第二平板透鏡組。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。

實(shí)施例一：

如圖2，將半導(dǎo)體激光器疊陣自身的巴條布局結(jié)構(gòu)設(shè)置為錯(cuò)位排列的形式，使得部分巴條的發(fā)光點(diǎn)位置在疊陣堆疊方向上對(duì)應(yīng)于其他巴條上各發(fā)光點(diǎn)之間的間隙，使得整體出光得到勻化。

實(shí)施例二：

如圖4，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)疊陣中某一部分的巴條的發(fā)光點(diǎn)陣實(shí)現(xiàn)整體位移。平板透鏡設(shè)置于半導(dǎo)體激光器疊陣的出光方向上，并在快軸方向上僅對(duì)應(yīng)于需做發(fā)光點(diǎn)位移的巴條，平板透鏡在慢軸方向的視圖中，與激光光軸呈一定的夾角。巴條發(fā)出激光器經(jīng)平板透鏡后，相對(duì)于原光斑位置發(fā)生了位移(圖4中從上倒下的第3～6個(gè)巴條經(jīng)過(guò)第一平板透鏡組件后的光束與第1、2、7、8個(gè)巴條的出光在慢軸方向上的排布形成錯(cuò)位)。

本實(shí)施例中的平板透鏡為一個(gè)整塊的平板透鏡；也可以組建平板透鏡陣列，其中的每個(gè)平板透鏡對(duì)應(yīng)于一個(gè)巴條。

實(shí)施例三：

如圖5，第一平板透鏡組設(shè)置于半導(dǎo)體激光器疊陣的出光方向上，第一平板透鏡組的平板透鏡個(gè)數(shù)為巴條數(shù)的一半，并且每隔一個(gè)巴條對(duì)應(yīng)一個(gè)平板透鏡；這些平板透鏡沿疊陣的快軸方向依次排列(快軸方向的視圖中與光軸平行，慢軸方向的視圖中與激光光軸呈一定的夾角)，相應(yīng)的巴條發(fā)出的激光通過(guò)平板透鏡后，相對(duì)于原發(fā)光點(diǎn)發(fā)生了慢軸方向上的位移，使得最終位移后的巴條發(fā)光點(diǎn)與未位移的巴條發(fā)光點(diǎn)在快軸方向上間隔排列。

實(shí)施例四：

如圖6，第二平板透鏡組設(shè)置于半導(dǎo)體激光器疊陣的出光方向上，第二平板透鏡組包括多個(gè)平板透鏡，沿疊陣的快軸方向依次排列，平板透鏡設(shè)置與快軸方向的光軸呈一定的夾角，平板透鏡的厚度從上到下依次遞增，各巴條的激光光束通過(guò)平板透鏡后在快軸方向上產(chǎn)生相應(yīng)的位移(量)，最終整體出光的光斑更加緊湊靠近上端。

實(shí)施例五：

如圖7，在半導(dǎo)體激光器疊陣的出光方向上同時(shí)設(shè)置第一平板透鏡組和第二平板透鏡組，分別對(duì)應(yīng)于實(shí)現(xiàn)快軸方向的位移和慢軸方向的位移，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的光斑質(zhì)量。