[發(fā)明專利]一種半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點旋轉(zhuǎn)密排整形裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510273033.8
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN104808345A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐淳;余俊宏;郭林輝;吳華玲;顏昊;王昭;高松信;武德勇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/30
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 卿誠;吳彥峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種激光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是一種半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點旋轉(zhuǎn)密排整形裝置。

背景技術(shù)

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，在激光泵浦源和直接應(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泵浦源，推動了全固態(tài)激光器的快速發(fā)展。高亮度、高功率的半導(dǎo)體激光器泵浦源是光纖激光器和固體激光器實現(xiàn)高效率、高功率輸出的重要基礎(chǔ)條件。

半導(dǎo)體激光器具有不對稱分布的輸出光場。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°~70°的高發(fā)散角，但發(fā)光區(qū)僅1μm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100μm左右的長度，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。

因此如何消除半導(dǎo)體激光器的發(fā)光死區(qū)，勻化快慢軸方向的光束質(zhì)量，提高半導(dǎo)體激光器的發(fā)光亮度，是半導(dǎo)體激光光纖耦合模塊實現(xiàn)高亮度、高功率和高可靠性輸出的一項關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，就是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點旋轉(zhuǎn)密排整形裝置的技術(shù)方案，該方案采用直角棱鏡空間組合作為光束旋轉(zhuǎn)器件，采用分布式柱面鏡陣列作為光程差補償和慢軸準(zhǔn)直器件，基于光束全反射原理，通過半導(dǎo)體激光器發(fā)光點和直角棱鏡的空間位置調(diào)節(jié)，消除半導(dǎo)體激光器的發(fā)光死區(qū)，可實現(xiàn)半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點旋轉(zhuǎn)密排。該發(fā)明具有光束旋轉(zhuǎn)無像差，整形系統(tǒng)裝調(diào)簡單易行等特點。基于該發(fā)明研制的半導(dǎo)體激光高亮度光纖耦合輸出光源可應(yīng)用在泵浦光纖激光器、醫(yī)療及工業(yè)加工等眾多領(lǐng)域。

本方案是通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)的：

一種半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點旋轉(zhuǎn)密排整形裝置，包括有半導(dǎo)體激光器芯片、熱沉、快軸準(zhǔn)直透鏡、柱面透鏡組、直角棱鏡陣列；半導(dǎo)體激光器芯片封裝在熱沉上；半導(dǎo)體激光器芯片發(fā)射的激光依次穿過快軸準(zhǔn)直透鏡、直角棱鏡陣列和柱面透鏡組后射出。

作為本方案的優(yōu)選：快軸準(zhǔn)直透鏡對半導(dǎo)體激光器芯片發(fā)出的激光進行快軸準(zhǔn)直，快軸準(zhǔn)直后的半導(dǎo)體激光器芯片各發(fā)光點Y軸方向光斑寬度小于半導(dǎo)體激光器芯片上各發(fā)光點之間的距離。

作為本方案的優(yōu)選：直角棱鏡陣列由多個直角棱鏡組錯位排列組成；直角棱鏡組由直角棱鏡A和直角棱鏡B組成；所述直角棱鏡A和直角棱鏡B截面形狀為等腰直角三角形。

作為本方案的優(yōu)選：直角棱鏡A的直角面和直角棱鏡B的直角面通過UV膠水固定，且直角棱鏡A的斜面和直角棱鏡B的斜面所在的軸向方向不相同。

作為本方案的優(yōu)選：柱面透鏡組由多個柱面透鏡單元組成，柱面透鏡單元按照光程差組合固定，相鄰柱面透鏡單元在X方向的距離差等于半導(dǎo)體激光器芯片各發(fā)光點的光程差，其誤差不超過±100μm。

作為本方案的優(yōu)選：直角棱鏡A的直角邊長度等于快軸準(zhǔn)直后各發(fā)光點Y軸方向光斑的寬度，其誤差不超過±2μm；直角棱鏡A的高度應(yīng)等于半導(dǎo)體激光器芯片上各發(fā)光點之間的距離，其誤差不超過±5μm。

作為本方案的優(yōu)選：直角棱鏡B的直角邊長度應(yīng)等于半導(dǎo)體激光器芯片上各發(fā)光點之間的距離，其誤差不超過±5μm；直角棱鏡B的高度應(yīng)等于快軸準(zhǔn)直后各發(fā)光點Y軸方向光斑的寬度，其誤差不超過±2μm。

作為本方案的優(yōu)選：直角棱鏡A和直角棱鏡B的重合面的誤差在X方向小于100μm、Z方向小于100μm。

作為本方案的優(yōu)選：半導(dǎo)體激光器芯片的每個發(fā)光點都對應(yīng)設(shè)置有一組直角棱鏡組，相鄰的直角棱鏡組在Z方向上的的距離等于快軸準(zhǔn)直后各發(fā)光點Y軸方向光斑的寬度，其誤差不超過±5μm。

作為本方案的優(yōu)選：直角棱鏡陣列中的每個直角棱鏡組分別對應(yīng)半導(dǎo)體激光器芯片的每個發(fā)光點，相鄰的直角棱鏡組在Z方向的距離差等于快軸準(zhǔn)直后各發(fā)光點Y軸方向光斑寬度，其誤差要求不超過±5μm。

本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，本發(fā)明的優(yōu)點在于：當(dāng)半導(dǎo)體激光光束通過直角棱鏡組合元件后通過光束旋轉(zhuǎn)，改變了原來的快慢軸光束質(zhì)量分布，實現(xiàn)了快慢軸光束質(zhì)量的勻化；同時直角棱鏡組合元件的空間位置差異，填充了各發(fā)光點之間的能量死區(qū)，實現(xiàn)了各發(fā)光點的緊密接觸，提升了半導(dǎo)體激光器的發(fā)光亮度，而且整形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，整形元件加工容易。

由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實質(zhì)性特點和進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。