[發明專利]一種半導體激光器疊陣的光學處理方法

在審

• 申請號: 202010716552.8
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN113972555A
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 付傳尚;孫素娟;開北超;鄭兆河;徐現剛
• 申請（專利權）人: 山東華光光電子股份有限公司
• 主分類號: H01S5/02253
• 分類號: H01S5/02253;H01S5/02326;H01S5/02355;H01S5/026
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 趙龍群

本發明涉及一種半導體激光器疊陣的光學處理方法，包括：(1)在封裝好的N個巴條的兩側分別設置一根墊條；(2)擋住N?1個巴條的發光面，暴露一個巴條的發光面，在暴露的巴條發光面上方放置D型柱透鏡，使得D型柱透鏡焦點所在的直線與巴條發光點所在的直線重合；(3)只暴露一個巴條的發光面，使得D型柱透鏡焦點所在的直線與巴條發光點所在的直線重合；(4)按照步驟(3)，逐個調整巴條上方D型柱透鏡的位置。與現有技術相比，提高了輸出光的能量密度，且輸出的光都為類平行光，具有更強的穿透力和光熱效應，在醫療美容方面的應用時，該方法輸出的光斑比較均勻，可直接作用與皮膚表面，無需再經過光波導的勻化作用。

技術領域

本發明涉及一種半導體激光器疊陣的光學處理方法，屬于半導體激光器技術領域。

背景技術

半導體激光器因其電流注入泵浦的特性以及波長可選擇的優勢，在各個領域有廣泛的應用，以多個發光芯片構成巴條，以多個巴條封裝組成激光器疊陣的封裝形式，是半導體激光器功率擴展的主要方法，目前，多巴條封裝的高功率激光器疊陣，依據選擇性的光熱動力學原理，在特定波長、能量的激光穿透人體的皮膚表層，在不損傷人體皮膚組織的前提下達到毛發的根部毛囊，激光被將毛囊內的黑色素吸收轉化為熱能，對毛囊進行破壞去除，使其失去再生能力。目前半導體激光器疊陣已經廣泛地應用在該領域中，并且向著更高功率、小型化以及高舒適性的方向發展。

由于半導體激光器的波導性質導致其輸出的光束質量相對較差，單芯片輸出的光在遠場是不對稱的，發光點數越多，其光束質量分布越復雜，我們通常用高斯模型E(X₀,Y₀)來表征激光器光束分布：

其中，A₀是源場的幅度，W_0X和W_OY分別是快軸和慢軸的束腰半徑，X₀和Y₀分別表示發光點處在快軸和慢軸方向的坐標。巴條和由巴條組成的疊陣可以看做是由各個點光源的不相干疊加來表示。基于此，遠場可以用基于對光束的衍射積分來表征，利用非傍軸圓偏振衍射積分公式來表征高斯光束的遠場分布：

其中z表征光束的傳播方向，x，y表示沿z向傳播的快軸、慢軸坐標：

光束在空間中傳播時，束腰半徑滿足雙曲線傳播規律：

ω²(z)＝ω₀²+z²tan²θ₀

W₀是半導體激光器90％能量的束腰半徑，ω(z)表示空間中的光斑寬度，則激光器的發散角可以由下面的公式表征：

由于半導體激光器在快軸和慢軸方向上的發光面積不一致，根據上述公式計算出快、慢軸的發散角存在較大的差異，導致激光器輸出光在快軸與慢軸方向的尺寸差距較大，輸出光束質量較差，對于多個單管構成的巴條而言，快軸、慢軸方向的尺寸差距更大，其光束質量變得更差。

對于激光器的應用需求，激光器遠場、能量分布均勻的大光斑是最好的選擇，直接輸出的疊陣激光器快軸發散角較大，慢軸發散角較小，無法直接應用；目前，一種方法是通過多個巴條組成多巴條疊陣來平衡輸出光斑的快慢軸尺寸，另一種方法是將激光器通過光波導，利用光的全反射原理使光束聚焦勻化，獲得分布均勻的光斑。