[實用新型]一種半導體激光器的快慢軸光束質量勻化裝置

有效

• 申請號: 201520346203.6
• 申請日: 2015-05-27
• 公開（公告）號: CN204696448U
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發明（設計）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）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: H01S5/06
• 分類號: H01S5/06;G02B6/43
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 卿誠;吳彥峰

技術領域

本實用新型涉及的是激光器技術領域，尤其是一種半導體激光器的快慢軸光束質量勻化裝置。

背景技術

由于半導體激光器具有電光轉換效率高、可靠性好、小型化等優點，在激光泵浦源和直接應用等方面均得到迅速發展及廣泛應用，特別是作為固體激光器和光纖激光器的泵浦源，推動了全固態激光器的快速發展。高亮度、高功率的半導體激光器泵浦源是光纖激光器和固體激光器實現高效率、高功率輸出的重要基礎條件。

半導體激光器具有不對稱分布的輸出光場。半導體激光器在垂直于PN結的方向（快軸方向）上呈現30°~70°的高發散角，但發光區僅1μm寬，光束質量達到衍射極限；在平行于PN結的方向（慢軸方向）上雖只有10°左右的發散角，但發光區具有100μm左右的長度，而且各發光區之間存在間距，相當于許多發光區斷續排列成線光源，光束質量極差，快軸和慢軸方向的光束質量相差成百倍。這樣快慢軸光束質量極不對稱的光束無法通過聚焦系統將光束聚焦為尺寸對稱具有一定焦深的焦斑。

因此改善半導體激光器快慢軸的光束質量差異，勻化快慢軸方向的光束質量，使得半導體激光光束能夠聚焦為尺寸對稱的焦斑耦合進入光纖輸出，是半導體激光光纖耦合模塊實現高亮度、高功率和高可靠性輸出的一項關鍵技術。

實用新型內容

本實用新型的目的，就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種半導體激光器的快慢軸光束質量勻化裝置的技術方案，該方案基于光束全反射原理，利用直角棱鏡空間組合作為光束旋轉器件，采用柱面透鏡組作為Y方向準直，兩片式柱面縮束鏡作為X方向縮束器件，在不引入各發光點光程差的前提下，可實現半導體激光器的快慢軸光束質量勻化整形。該實用新型具有光束旋轉無像差，不改變光束前進方向，整形系統裝調簡單易行等特點。基于該實用新型研制的半導體激光高亮度光纖耦合輸出光源可應用在泵浦光纖激光器、醫療及工業加工等眾多領域。

本方案是通過如下技術措施來實現的：一種半導體激光器的快慢軸光束質量勻化裝置，其特征是：包括有半導體激光器芯片、快軸準直透鏡、直角棱鏡組、柱面透鏡組和兩片式柱面縮束鏡；半導體激光器芯片發射的激光束依次穿過快軸準直透鏡、直角棱鏡組、柱面透鏡組和兩片式柱面縮束鏡后輸出。

作為本方案的優選：直角棱鏡組包括有直角棱鏡A、直角棱鏡B和直角棱鏡C，激光束穿過快軸準直透鏡后射入直角棱鏡A，然后依次經過直角棱鏡A的斜面、直角棱鏡B斜面和直角棱鏡C的斜面反射后射入柱面透鏡組。

作為本方案的優選：直角棱鏡A、直角棱鏡B和直角棱鏡C的截面形狀均為等腰直角三角形。

作為本方案的優選：直角棱鏡A的直角邊長度等于快軸準直后各發光點Y軸方向光斑寬度，其誤差不超過±2μm；直角棱鏡A的高度等于半導體激光器芯片上各發光點之間的距離，其誤差不超過±5μm。

作為本方案的優選：直角棱鏡B和C的直角邊長度等于半導體激光器芯片上各發光點之間距離的一半，其誤差不超過±10μm；45°直角棱鏡B和C的高度應等于快軸準直后各發光點Y軸方向光斑寬度，其誤差不超過±2μm。

作為本方案的優選：直角棱鏡A、B和C通過UV膠水固定；直角棱鏡A和B重合面的誤差在X方向小于100μm，在Z方向小于100μm；直角棱鏡A和C重合面的誤差在X方向小于100μm，在Z方向小于100μm。

作為本方案的優選：半導體激光器的每個發光點對應一組直角棱鏡組；所述直角棱鏡組入射面與半導體激光器的出光面平行，平行度誤差小于±1mrad；所述半導體激光器每個的發光點到各自對應的直角棱鏡組的入射面在出光方向的距離相等，應保證各發光點的距離誤差小于±5μm。

作為本方案的優選：半導體激光器的發光區位于柱面透鏡的背焦距處，其誤差小于±50μm。

作為本方案的優選：兩片式柱面縮束鏡包括有平凸柱面鏡和平凹柱面鏡，平凸柱面鏡和平凹柱面鏡的焦距比值等于光斑X方向和Y方向的長度比值。

作為本方案的優選：平凹柱面鏡的物方焦點和平凸柱面鏡的像方焦點重合，其誤差小于±50μm。

本方案的有益效果可根據對上述方案的敘述得知，由于在該方案中半導體激光光束的旋轉是基于全反射原理，利用直角棱鏡組作為光束旋轉器件，不會引入像差造成光斑傾斜，經過整形系統后，光束變為了發散角和尺寸各向對稱的均勻光斑，整形后的光束傳播方向不發生改變，不會引入各發光點的光程差，而且整形裝置結構簡單，整形元件加工容易。

由此可見，本實用新型與現有技術相比，具有實質性特點和進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。

附圖說明