一種基于全反射的半導(dǎo)體激光器光束分割重排器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的是激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于全反射的半導(dǎo)體激光器光束分割重排器件。
【背景技術(shù)】
[0002]由于半導(dǎo)體激光器具有電光轉(zhuǎn)換效率高、可靠性好、小型化等優(yōu)點(diǎn)，在激光栗浦源和直接應(yīng)用等方面均得到迅速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，特別是作為固體激光器和光纖激光器的栗浦源，推動(dòng)了全固態(tài)激光器的快速發(fā)展。高亮度、高功率的半導(dǎo)體激光器栗浦源是光纖激光器和固體激光器實(shí)現(xiàn)高效率、高功率輸出的重要基礎(chǔ)條件。
[0003]半導(dǎo)體激光器具有不對(duì)稱分布的輸出光場(chǎng)。半導(dǎo)體激光器在垂直于PN結(jié)的方向(快軸方向)上呈現(xiàn)30°至70°的高發(fā)散角，但發(fā)光區(qū)僅I ym寬，光束質(zhì)量達(dá)到衍射極限；在平行于PN結(jié)的方向(慢軸方向)上雖只有10°左右的發(fā)散角，但發(fā)光區(qū)具有100 μ m左右的長(zhǎng)度，而且發(fā)光區(qū)之間存在能量死區(qū)，相當(dāng)于許多發(fā)光區(qū)斷續(xù)排列成線光源，光束質(zhì)量極差，快軸和慢軸方向的光束質(zhì)量相差成百倍。
[0004]傳統(tǒng)的兩組平行平板堆進(jìn)行光束分割重排的結(jié)構(gòu)可以得到很好的光束重排效果，但存在以下問題:(I)光束的分割和重排距離和平行平板的折射率、傾斜底角有關(guān)，要達(dá)到不同的設(shè)計(jì)要求，需要嚴(yán)格控制平行平板的傾斜底角和折射率的匹配關(guān)系，加工難度較大。
(2)未改變光束的傳播方向，光路較長(zhǎng)，不利于結(jié)構(gòu)的小型化。
[0005]因此在分割重排器件加工簡(jiǎn)單、裝調(diào)容易和分割重排光路短的前提下，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器的光束分割重排是本實(shí)用新型的主要優(yōu)勢(shì)所在。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種基于全反射的半導(dǎo)體激光器光束分割重排器件的技術(shù)方案，該方案采用將光束在X方向的尺寸進(jìn)行分割然后緊密排布到Y(jié)方向上，實(shí)現(xiàn)了快慢軸光束質(zhì)量的勻化，具有光束分割重排器件無傾斜，整形光路短，整形系統(tǒng)裝調(diào)簡(jiǎn)單易行等特點(diǎn)。
[0007]本方案是通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的:一種基于全反射的半導(dǎo)體激光器光束分割重排器件，包括有平行平板鏡堆、直角棱鏡堆和半導(dǎo)體激光器；半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束射入平行平板鏡堆后對(duì)光束進(jìn)行分割，分割后的光束射入直角棱鏡堆，經(jīng)過直角棱鏡的直角面的反射后對(duì)光束進(jìn)行重排。
[0008]作為本方案的優(yōu)選:平行平板鏡堆由N片高度不同的平行平板鏡組成；所述平行平板鏡的截面形狀為夾角45°的平行四邊形。
[0009]作為本方案的優(yōu)選:直角棱鏡堆由N片形狀相同的直角棱鏡錯(cuò)位堆疊組成。
[0010]作為本方案的優(yōu)選:平行平板鏡堆的平行平板鏡的數(shù)量N等于入射光源慢軸光束質(zhì)量除以快軸光束質(zhì)量的平方根。
[0011 ] 作為本方案的優(yōu)選:平行平板鏡堆中高度最低的平行平板鏡沿Y方向高度應(yīng)大于入射光斑Y方向高度的兩倍，相鄰平行平板鏡沿Y方向高度差等于入射光斑在Y方向高度，其誤差不超過±10μπι。
[0012]作為本方案的優(yōu)選:平行平板鏡堆中N片平行平板鏡沿X方向的寬度應(yīng)等于L/N，其中L為入射光源在X方向的寬度，沿Z方向的長(zhǎng)度應(yīng)大于入射光斑在Y方向高度，其誤差不超過± 10 μ m。
[0013]作為本方案的優(yōu)選:直角棱鏡沿Y方向的厚度等于入射光源在Y方向的高度，直角邊的長(zhǎng)度大于入射光源在X方向?qū)挾鹊腘倍。
[0014]作為本方案的優(yōu)選:N片直角棱鏡沿Y方向緊密排布，沿X方向依次錯(cuò)位的距離等于L/N，其中L為入射光源在X方向的寬度，其誤差不超過±10μπι。
[0015]作為本方案的優(yōu)選:直角棱鏡堆的斜邊和平行平板鏡堆的出光面應(yīng)緊密接觸，并保證經(jīng)過平行平板鏡堆分割后的光斑和各片直角棱鏡依次對(duì)應(yīng)。
[0016]本方案的有益效果可根據(jù)對(duì)上述方案的敘述得知，由于在該方案中基于全反射原理，將入射光束在X方向的尺寸進(jìn)行分割然后緊密排布到Y(jié)方向上，實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器快慢軸光束質(zhì)量的勻化；同時(shí)通過光束的180°轉(zhuǎn)折，縮短了整形光路，利于半導(dǎo)體激光器模塊的小型化，具有分割重排器件無傾斜，整形光路短，整形系統(tǒng)裝調(diào)簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)。
[0017]由此可見，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見的。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為圖1的右視圖。
[0020]圖3為圖1的俯視圖。
[0021]圖4為平行平板鏡堆的分光示意圖。
[0022]圖5為直角棱鏡堆的光路重排示意圖。
[0023]圖中，I為激光束，2為平行平板鏡堆，3為直角棱鏡堆，4為入射光源光斑，5為經(jīng)過平行平板鏡堆分割后的光斑，6為經(jīng)過直角棱鏡堆重排后的光斑。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0025]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0026]實(shí)施例:
[0027]半導(dǎo)體激光器光源包含19個(gè)發(fā)光點(diǎn)，每個(gè)發(fā)光區(qū)的尺寸為I μπιΧ 100 μπι，相鄰發(fā)光區(qū)的間距為500 μ m，慢軸發(fā)散角< 8°，經(jīng)過快軸準(zhǔn)直透鏡和慢軸準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后，快軸方向(Y方向)的光束質(zhì)量為0.75mmX4mrad，慢軸方向(X方向)的光束質(zhì)量為1mmX 32mrad0
[0028]慢軸和快軸光束質(zhì)量相差106倍，則取N=10，X方向的光斑寬度為10mm，因此第一片平行平板鏡沿Y方向的高度為2mm，沿X方向的寬度為10/N=lmm，沿Z方向的長(zhǎng)度為Imm ；其余平行平板鏡沿X方向和Z方向的尺寸不變，沿Y方向的高度依次遞增0.75mm。
[0029]將10片平行平板鏡按照?qǐng)D1所示的方式在X方向和Z方向緊密排布，入射光束經(jīng)過平行平板鏡堆的光斑如圖1中(5)所示。
[0030]直角棱鏡堆中的直角棱鏡數(shù)量也為10片，取其直角邊長(zhǎng)度為10mm，沿Y方向厚度為0.75mm，按照如圖1所示的方式進(jìn)行緊密排布，相鄰直角棱鏡沿X方向錯(cuò)位1mm。經(jīng)過直角棱鏡堆后的光斑如圖1中(6)所不。
[0031]經(jīng)過光束分割重排器件后，半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量為:X方向l_X32mrad，Y方向7.5mm X 4mrad，只需后續(xù)進(jìn)行X方向的擴(kuò)束即可實(shí)現(xiàn)XY方向光束質(zhì)量的均衡化。
[0032]本實(shí)用新型并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本實(shí)用新型擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組入口 ο
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于全反射的半導(dǎo)體激光器光束分割重排器件，其特征是:包括有平行平板鏡堆、直角棱鏡堆和半導(dǎo)體激光器；所述半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束射入平行平板鏡堆后對(duì)光束進(jìn)行分割，分割后的光束射入直角棱鏡堆，經(jīng)過直角棱鏡的直角面的反射后對(duì)光束進(jìn)行重排。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于全反射的半導(dǎo)體激光器光束分割重排器件，其特征是:所述平行平板鏡堆由N片高度不同的平行平板鏡組成；所述平行平板鏡的截面形狀為夾角45°的平行四邊形。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于全反射的半導(dǎo)體激光器光束分割重排器件，其特征是:所述直角棱鏡堆由N片形狀相同的直角棱鏡錯(cuò)位堆疊組成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于全反射的半導(dǎo)體激光器光束分割重排器件，其特征是:所述平行平板鏡堆的平行平板鏡的數(shù)量N等于入射光源慢軸光束質(zhì)量除以快軸光束質(zhì)量的平方根。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于全反射的半導(dǎo)體激光器光束分割重排器件，其特征是:所述平行平板鏡堆中高度最低的平行平板鏡沿Y方向高度應(yīng)大于入射光斑Y方向高度的兩倍，相鄰平行平板鏡沿Y方向高度差等于入射光斑在Y方向高度，其誤差不超過± 10 μ m06.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于全反射的半導(dǎo)體激光器光束分割重排器件，其特征是:所述平行平板鏡堆中N片平行平板鏡沿X方向的寬度應(yīng)等于L/N，其中L為入射光源在X方向的寬度，沿Z方向的長(zhǎng)度應(yīng)大于入射光斑在Y方向高度，其誤差不超過±10 μ m。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于全反射的半導(dǎo)體激光器光束分割重排器件，其特征是:所述直角棱鏡沿Y方向的厚度等于入射光源在Y方向的高度，直角邊的長(zhǎng)度大于入射光源在X方向?qū)挾鹊腘倍。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于全反射的半導(dǎo)體激光器光束分割重排器件，其特征是:所述N片直角棱鏡沿Y方向緊密排布，沿X方向依次錯(cuò)位的距離等于L/N，其中L為入射光源在X方向的寬度，其誤差不超過±10μπι。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于全反射的半導(dǎo)體激光器光束分割重排器件，其特征是:直角棱鏡堆的斜邊和平行平板鏡堆的出光面應(yīng)緊密接觸，并保證經(jīng)過平行平板鏡堆分割后的光斑和各片直角棱鏡依次對(duì)應(yīng)。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種基于全反射的半導(dǎo)體激光器光束分割重排器件，包括有平行平板鏡堆、直角棱鏡堆和半導(dǎo)體激光器；半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束射入平行平板鏡堆后對(duì)光束進(jìn)行分割，分割后的光束射入直角棱鏡堆，經(jīng)過直角棱鏡的直角面的反射后對(duì)光束進(jìn)行重排。該方案采用將光束在X方向的尺寸進(jìn)行分割然后緊密排布到Y(jié)方向上，實(shí)現(xiàn)了快慢軸光束質(zhì)量的勻化，具有光束分割重排器件無傾斜，整形光路短，整形系統(tǒng)裝調(diào)簡(jiǎn)單易行等特點(diǎn)。
【IPC分類】H01S5/10
【公開號(hào)】CN204858270
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520343354
【發(fā)明人】唐淳, 余俊宏, 郭林輝, 吳華玲, 顏昊, 王昭, 高松信, 武德勇
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月26日