CN104836115A - 一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件的技术方案，该方案包括有平行平板镜堆、直角棱镜堆和半导体激光器；半导体激光器发射的激光束射入平行平板镜堆后对光束进行分割，分割后的光束射入直角棱镜堆，经过直角棱镜的直角面的反射后对光束进行重排。该方案采用将光束在X方向的尺寸进行分割然后紧密排布到Y方向上，实现了快慢轴光束质量的匀化，具有光束分割重排器件无倾斜，整形光路短，整形系统装调简单易行等特点。

Description

一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件

技术领域

本发明涉及的是激光器技术领域，尤其是一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件。

背景技术

由于半导体激光器具有电光转换效率高、可靠性好、小型化等优点，在激光泵浦源和直接应用等方面均得到迅速发展及广泛应用，特别是作为固体激光器和光纤激光器的泵浦源，推动了全固态激光器的快速发展。高亮度、高功率的半导体激光器泵浦源是光纤激光器和固体激光器实现高效率、高功率输出的重要基础条件。

半导体激光器具有不对称分布的输出光场。半导体激光器在垂直于PN结的方向（快轴方向）上呈现30°至70°的高发散角，但发光区仅1μm宽，光束质量达到衍射极限；在平行于PN结的方向（慢轴方向）上虽只有10°左右的发散角，但发光区具有100μm左右的长度，而且发光区之间存在能量死区，相当于许多发光区断续排列成线光源，光束质量极差，快轴和慢轴方向的光束质量相差成百倍。

传统的两组平行平板堆进行光束分割重排的结构可以得到很好的光束重排效果，但存在以下问题：（1）光束的分割和重排距离和平行平板的折射率、倾斜底角有关，要达到不同的设计要求，需要严格控制平行平板的倾斜底角和折射率的匹配关系，加工难度较大。（2）未改变光束的传播方向，光路较长，不利于结构的小型化。

因此在分割重排器件加工简单、装调容易和分割重排光路短的前提下，实现半导体激光器的光束分割重排是本发明的主要优势所在。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件的技术方案，该方案采用将光束在X方向的尺寸进行分割然后紧密排布到Y方向上，实现了快慢轴光束质量的匀化，具有光束分割重排器件无倾斜，整形光路短，整形系统装调简单易行等特点。

本方案是通过如下技术措施来实现的：一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件，包括有平行平板镜堆、直角棱镜堆和半导体激光器；半导体激光器发射的激光束射入平行平板镜堆后对光束进行分割，分割后的光束射入直角棱镜堆，经过直角棱镜的直角面的反射后对光束进行重排。

作为本方案的优选：平行平板镜堆由N片高度不同的平行平板镜组成；所述平行平板镜的截面形状为夹角45°的平行四边形。

作为本方案的优选：直角棱镜堆由N片形状相同的直角棱镜错位堆叠组成。

作为本方案的优选：平行平板镜堆的平行平板镜的数量N等于入射光源慢轴光束质量除以快轴光束质量的平方根。

作为本方案的优选：平行平板镜堆中高度最低的平行平板镜沿Y方向高度应大于入射光斑Y方向高度的两倍，相邻平行平板镜沿Y方向高度差等于入射光斑在Y方向高度，其误差不超过±10μm。

作为本方案的优选：平行平板镜堆中N片平行平板镜沿X方向的宽度应等于L/N,其中L为入射光源在X方向的宽度，沿Z方向的长度应大于入射光斑在Y方向高度，其误差不超过±10μm。

作为本方案的优选：直角棱镜沿Y方向的厚度等于入射光源在Y方向的高度，直角边的长度大于入射光源在X方向宽度的N倍。

作为本方案的优选：N片直角棱镜沿Y方向紧密排布，沿X方向依次错位的距离等于L/N,其中L为入射光源在X方向的宽度，其误差不超过±10μm。

作为本方案的优选：直角棱镜堆的斜边和平行平板镜堆的出光面应紧密接触，并保证经过平行平板镜堆分割后的光斑和各片直角棱镜依次对应。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中基于全反射原理，将入射光束在X方向的尺寸进行分割然后紧密排布到Y方向上，实现了半导体激光器快慢轴光束质量的匀化；同时通过光束的180°转折，缩短了整形光路，利于半导体激光器模块的小型化，具有分割重排器件无倾斜，整形光路短，整形系统装调简单易行等优点。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的结构示意图。

图2为图1的右视图。

图3为图1的俯视图。

图4为平行平板镜堆的分光示意图。

图5为直角棱镜堆的光路重排示意图。

图中，1为激光束，2为平行平板镜堆，3为直角棱镜堆，4为入射光源光斑，5为经过平行平板镜堆分割后的光斑，6为经过直角棱镜堆重排后的光斑。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例：

半导体激光器光源包含19个发光点，每个发光区的尺寸为1μm×100μm，相邻发光区的间距为500μm，慢轴发散角≤8°，经过快轴准直透镜和慢轴准直透镜准直后，快轴方向（Y方向）的光束质量为0.75mm×4mrad，慢轴方向（X方向）的光束质量为10mm×32mrad。

慢轴和快轴光束质量相差106倍，则取N=10，X方向的光斑宽度为10mm，因此第一片平行平板镜沿Y方向的高度为2mm，沿X方向的宽度为10/N=1mm,沿Z方向的长度为1mm；其余平行平板镜沿X方向和Z方向的尺寸不变，沿Y方向的高度依次递增0.75mm。

将10片平行平板镜按照图1所示的方式在X方向和Z方向紧密排布，入射光束经过平行平板镜堆的光斑如图1中（5）所示。

直角棱镜堆中的直角棱镜数量也为10片，取其直角边长度为10mm，沿Y方向厚度为0.75mm，按照如图1所示的方式进行紧密排布，相邻直角棱镜沿X方向错位1mm。经过直角棱镜堆后的光斑如图1中（6）所示。

经过光束分割重排器件后，半导体激光器的光束质量为：X方向1mm×32mrad，Y方向7.5mm×4mrad，只需后续进行X方向的8被扩束即可实现XY方向光束质量的均衡化。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件，其特征是：包括有平行平板镜堆、直角棱镜堆和半导体激光器；所述半导体激光器发射的激光束射入平行平板镜堆后对光束进行分割，分割后的光束射入直角棱镜堆，经过直角棱镜的直角面的反射后对光束进行重排。

2. 根据权利要求1所述的一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件，其特征是：所述平行平板镜堆由N片高度不同的平行平板镜组成；所述平行平板镜的截面形状为夹角45°的平行四边形。

3. 根据权利要求1所述的一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件，其特征是：所述直角棱镜堆由N片形状相同的直角棱镜错位堆叠组成。

4. 根据权利要求1所述的一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件，其特征是：所述平行平板镜堆的平行平板镜的数量N等于入射光源慢轴光束质量除以快轴光束质量的平方根。

5. 根据权利要求2所述的一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件，其特征是：所述平行平板镜堆中高度最低的平行平板镜沿Y方向高度应大于入射光斑Y方向高度的两倍，相邻平行平板镜沿Y方向高度差等于入射光斑在Y方向高度，其误差不超过±10μm。

6. 根据权利要求2所述的一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件，其特征是：所述平行平板镜堆中N片平行平板镜沿X方向的宽度应等于L/N,其中L为入射光源在X方向的宽度，沿Z方向的长度应大于入射光斑在Y方向高度，其误差不超过±10μm。

7. 根据权利要求3所述的一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件，其特征是：所述直角棱镜沿Y方向的厚度等于入射光源在Y方向的高度，直角边的长度大于入射光源在X方向宽度的N倍。

8. 根据权利要求3所述的一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件，其特征是：所述N片直角棱镜沿Y方向紧密排布，沿X方向依次错位的距离等于L/N,其中L为入射光源在X方向的宽度，其误差不超过±10μm。

9. 根据权利要求1所述的一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件，其特征是：直角棱镜堆的斜边和平行平板镜堆的出光面应紧密接触，并保证经过平行平板镜堆分割后的光斑和各片直角棱镜依次对应。