[發明專利]一種半導體激光勻光技術及模組

在審

• 申請號: 202011305269.2
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN114460755A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 南瑤;孫翔;李喜榮;楊歡;杜美本;李會利;李青民;李波
• 申請（專利權）人: 西安立芯光電科技有限公司
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種半導體激光器/巴條模組整形勻光技術及制作方法，在現有光學透鏡的表面制作微納米尺寸的小凹槽，所述小凹槽的深度和方向隨機分布，小凹槽對激光衍射的方向是隨機分布；采用微納米結構的研磨粉和腐蝕溶液按一定比例混合成均勻漿料，將漿料滴在所述基板的上表面的中心位置上，形成半圓橢球形的漿料滴，制成勻化橢球鏡；勻化橢球鏡固定安裝在半導體激光器發光點之前，激光器輸出口所有輻射激光光束經過勻化橢球鏡后，成為小束散角均勻光束，輻照在激光輻射面上局部點，該點激光輻射能量是激光器輸出口所有輻射激光能量分布的疊加，實現激光勻化；本發明系統集成度高，制作方法簡單，成本少。

技術領域

本發明涉及半導體激光應用技術，主要涉及一種半導體激光整形封裝技術，尤其是涉及一種基于微納光學結構和受控腐蝕的光束整形勻光技術及勻光模組，所述勻光模組輸出均勻小束散角激光光束，用于照射目標。

背景技術

半導體激光器是已經工程化商用激光器件，半導體激光器輸出光束的橢圓遠場光斑分布需要進一步整形勻化后用于對遠距離目標的照射，通常采用柱透鏡組或微透鏡陣列準直，然后勻化處理滿足對均勻照射的需求；這種逐級整形的光學結構，對半導體激光系統的小/微型化設計有局限性，且與半導體激光器的小尺寸不匹配。

這種柱透鏡或微透鏡陣列的幾何光學設計理念，存在著熱聚集導致的局部結構應力不均勻，影響半導體器輸出激光的光束穩定性；柱面透鏡的面反射易于導致半導體激光器芯片損傷，使得柱面透鏡不能距離半導體激光器輸出窗口太近，半導體激光器輸出的快軸使得準直用柱面透鏡的口徑遠大于半導體激光器輸出窗口的尺寸；限制了半導體激光器的大量集成。

衍射光學器件常用于固體激光器、氣體激光器輸出的平行激光光束的在一定像距范圍內輻照面上的勻化，衍射光學器件具有微納結構的規則圖案，制作成本高，且激光輻照的熱效應導致規則圖案的激光波長量級變化影響激光在輻射面上局部勻化效果。

專利申請號202010728798.7一種半導體激光合束技術，公開了一種半導體激光衍射合束技術，在裸光纖的側壁上，垂直于光纖光軸刻蝕與激光波長相當寬度的衍射光柵，激光經衍射光柵耦合到裸光纖纖芯，從裸光纖的兩端輸出。

發明內容

本發明的目的是克服目前半導體激光器輸出光束逐級整形勻化導致半導體激光器的大量集成的局限性，提高半導體激光光斑分布的均勻性和穩定性。

本發明要解決的第一個技術問題是，為克服現有半導體激光器逐級整形的光學結構的大尺寸，提供一種勻化微透鏡，所述勻化微透鏡為在現有光學透鏡的表面制作微納米尺寸的小凹槽，所述小凹槽的深度和方向隨機分布，小凹槽對激光衍射的方向是隨機分布；激光器輸出口所有輻射激光光束經過勻化微透鏡后，輻照到激光輻射面上局部點，該點激光輻射能量是激光器輸出口所有輻射激光能量分布的隨機疊加，服從正態分布，實現激光勻化。

本發明要解決的第二個技術問題是，為半導體激光器輸出橢圓形激光光斑整形成小角度均勻分布激光光斑，提供一種勻化橢球鏡，所述勻化橢球鏡為表面制作微納米尺寸小凹槽的光學橢球鏡，所述光學橢球鏡的X-Y方向曲率半徑不同，所述X-Y方向曲率半徑的比例與半導體激光器的快慢軸束散角匹配，小曲率半徑對應半導體激光器輸出激光的快軸方向，大曲率半徑對應半導體激光器輸出激光的慢軸方向，對半導體激光器輸出激光進行準直和勻化。

本發明要解決的第三個技術問題是，為半導體激光器輸出激光光束整形勻化，提供一種半導體激光器整形器，包括勻化橢球鏡、半導體激光器，所述勻化橢球鏡固定安放于半導體激光器的發光點之前，輸出激光經過勻化橢球鏡后成為小束散角均勻光束，照射目標。

本發明要解決的第四個技術問題是，為半導體激光巴條輸出激光光束整形勻化，提供一種勻光模組，包括勻化橢球鏡陣列、半導體激光巴條模組，所述勻化橢球鏡陣列中的所有的勻化橢球鏡的間距與半導體激光巴條模組的發光點間距相同，所述勻化橢球鏡陣列固定安放于若干個半導體激光巴條模組的發光點之前，每一個發光點輸出激光經過勻化橢球鏡后成為小束散角均勻光束，照射目標。