CN114185177A - 一种可实现光斑均匀分布的蓝光半导体激光器 - Google Patents

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Abstract

一种可实现光斑均匀分布的蓝光半导体激光器涉及蓝光半导体激光器技术领域，解决了现有高功率蓝光半导体激光器输出的匀化光斑均匀性差的问题，激光器包括顺次设置的蓝光半导体激光光源、非球面聚焦镜、光纤、准直镜组、第一DOE、第二DOE、聚焦镜组和波导，所述波导的入射端位于聚焦镜组的焦点处，所述蓝光半导体激光光源发出的蓝光光束依次经过非球面聚焦镜聚焦到光纤中、经过光纤传输后入射到准直镜组、经过准直镜组准直得到准直光束，准直光束经过第一DOE、第二DOE和聚焦镜组后在聚焦镜组焦点处得到能量分布均匀的方形光斑。本发明结合了光纤耦合、衍射光学元件匀光、波导耦合输出，多次匀光使得光斑均匀性显著提高，应用范围广。

Description

一种可实现光斑均匀分布的蓝光半导体激光器
技术领域
本发明涉及蓝光半导体激光器技术领域，具体涉及一种可实现光斑均匀分布的蓝光半导体激光器。
背景技术
高功率蓝光半导体激光器是近几年来新兴的半导体激光光源，该光源不仅在激光显示、激光医疗、水下通信等领域具备广阔的前景，而且与目前较为成熟的红外光半导体激光器相比，对高反材料金属加工有着很大的优势，可以应用在金、铜等有色金属加工，是未来几年具有巨大商业前景的一种激光光源。然而，自由输出的蓝光半导体激光是高斯分布，即光束中心部位光强最大，距离中心点距离越远则光强分布越小，这种分布会导致输出激光光斑分布不均匀，严重影响激光工作效果，因此需要通过光束整形手段将高斯光斑转化为平顶光斑，使得激光光斑均匀分布。
目前最常用的匀光方式是自由输出的激光耦合进入光纤中输出，利用激光在光纤中的全反射效应匀化光斑。然而这种方式虽然可以一定程度上匀化光斑，但是光纤均匀性较好的位置往往是在距离光纤输出较近的位置，随着传输距离的增加，光斑均匀性逐渐变差，产生明暗相间的圆环，影响激光使用效果。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种可实现光斑均匀分布的蓝光半导体激光器。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种可实现光斑均匀分布的蓝光半导体激光器，包括顺次设置的蓝光半导体激光光源、非球面聚焦镜、光纤、准直镜组、第一DOE、第二DOE、聚焦镜组和波导，所述波导的入射端位于聚焦镜组的焦点处，所述蓝光半导体激光光源发出的蓝光光束依次经过非球面聚焦镜聚焦到光纤中、经过光纤传输后入射到准直镜组、经过准直镜组准直得到准直光束，准直光束经过第一DOE、第二DOE和聚焦镜组后在聚焦镜组焦点处得到能量分布均匀的方形光斑。
本发明的有益效果是：
本发明一种可实现光斑均匀分布的蓝光半导体激光器结合了光纤耦合、衍射光学元件匀光、波导耦合输出，多次匀光使得光斑均匀性显著提高，激光从波导输出后的发散方形光斑各位置均匀性均较好，同时扩展性强，应用范围广。同时本发明提高了随着传输距离增加的光斑均匀性，同时克服了衍射光学元件只有焦点处匀光性好的问题。
附图说明
图1为本发明的一种可实现光斑均匀分布的蓝光半导体激光器的结构和光路示意图。
图中：1、蓝光半导体激光光源，2、非球面聚焦镜，3、光纤，4、第一透镜，5、第二透镜，6、第三透镜，7、第一DOE，8、第二DOE，9、第四透镜，10、第五透镜，11、第六透镜，12、波导。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
一种可实现光斑均匀分布的蓝光半导体激光器，如图1，包括蓝光半导体激光光源1、非球面聚焦镜2、光纤3、准直镜组、第一DOE7、第二DOE8、聚焦镜组和波导12。波导12的入射端位于聚焦镜组的焦点处
蓝光半导体激光光源1用于发出蓝光，非球面聚焦镜2、光纤3、准直镜组、第一DOE7、第二DOE8、聚焦镜组和波导12沿光轴方向顺次设置。蓝光半导体激光光源1发出的蓝光通过非球面聚焦镜2耦合进入光纤3，蓝光在光纤3中进行全反射进而起到匀光的效果，使得光斑得到初步匀化，从光纤3输出后变成圆形光斑；然后通过准直镜组准直后，准直后的圆形光斑入射到第一DOE7上，依次第一DOE7、第二DOE8和聚焦镜组后在聚焦镜组焦点处得到能量分布均匀的方形光斑。
准直后的圆形光斑经过第一DOE7和第二DOE8后将圆形光斑转换为方形光斑，第一DOE7和第二DOE8也起到光斑匀化作用，将初始光强分布为高斯分布的激光转变为平顶分布。第二DOE8出射的方形光斑经过聚焦镜组聚焦耦合到波导12中，进入到波导12入射段的光斑为能量分布均匀的方形光斑，光斑在波导12中进行全反射，从波导12输出后的光斑均匀性进一步提高，同时便于实现波导12输出后不同情况下的光束整形。
准直镜组包括沿光轴方向顺次设置的第一透镜4、第二透镜5和第三透镜6，第一透镜4朝向光纤3的面为平面朝向波导12的面为凸面，第二透镜5朝向光纤3的面为凸面朝向波导12的面为凹面，第三透镜6为双凸透镜。聚焦镜组包括沿光轴方向顺次设置的第四透镜9、第五透镜10和第六透镜11，第四透镜9为双凸透镜，第五透镜10朝向光纤3的面为凹面朝向波导12的面为凸面，第六透镜11朝向光纤3的面为凸面朝向波导12的面为平面。
上述蓝光半导体激光器输出的蓝光光束，快慢轴方向光斑尺寸为4mm，发散角为6mrad，经过准直透镜组后得到的平行光并不是严格意义上的完全平行，仍然有一定的发散角，但发散角较小为mrad量级，因此可以近似看成平行光。光纤3芯径为105μm，光纤3数值孔径NA为0.2。准直镜组的有效焦距为100mm。聚焦透镜组的焦距为300mm。
第一DOE7和第二DOE8均为微透镜阵列，匀光原理是将光斑通过微透镜阵列转化为多束小光束，这些光束再通过聚焦透镜组聚焦后，焦点位置重叠进而实现匀光效果。聚焦透镜组得到的光斑实际可以应用于激光加工、激光照明、激光医疗等领域。通过设置波导12，使得聚焦的均匀方形光斑可以耦合进入波导12中，经过波导12的全反射作用，进一步匀化光斑，同时从波导12输出后的发散方形光斑各位置均匀性较好。可以根据具体应用对光斑的不同要求，针对本发明波导12输出的光斑再通过透镜组进行整形，可实现更广阔的应用，本发明的扩展性较强。第一DOE7和第二DOE8可采用结构相同的微透镜阵列，微透镜阵列包括多个顺次连接的子平凹柱透镜，第一DOE7和第二DOE8的曲率方向垂直，即第一DOE7的子平凹柱透镜凹面的曲率方向和第二DOE8的子平凹柱透镜凹面的曲率方向相互垂直。
本发明结合了光纤3耦合、衍射光学元件匀光、波导12耦合输出，多次匀光使得光斑均匀性显著提高，激光从波导12输出后的发散方形光斑各位置均匀性均较好，同时扩展性强，应用范围广。同时本发明克服了衍射光学元件只有焦点处匀光性好的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种可实现光斑均匀分布的蓝光半导体激光器，其特征在于，包括顺次设置的蓝光半导体激光光源(1)、非球面聚焦镜(2)、光纤(3)、准直镜组、第一DOE(7)、第二DOE(8)、聚焦镜组和波导(12)，所述波导(12)的入射端位于聚焦镜组的焦点处，所述蓝光半导体激光光源(1)发出的蓝光光束依次经过非球面聚焦镜(2)聚焦到光纤(3)中、经过光纤(3)传输后入射到准直镜组、经过准直镜组准直得到准直光束，准直光束经过第一DOE(7)、第二DOE(8)和聚焦镜组后在聚焦镜组焦点处得到能量分布均匀的方形光斑。
2.如权利要求1所述的一种可实现光斑均匀分布的蓝光半导体激光器，其特征在于，入射到所述第一DOE(7)上的光斑为圆形光斑，所述圆形光斑经过第一DOE(7)和第二DOE(8)的后变为方形光斑，方形光斑经过聚焦镜组的会聚在聚焦镜组焦点处得到能量分布均匀的方形光斑，第一DOE(7)和第二DOE(8)能够对光斑进行了匀化。
3.如权利要求1所述的一种可实现光斑均匀分布的蓝光半导体激光器，其特征在于，所述准直镜组包括沿光轴方向顺次设置的第一透镜(4)、第二透镜(5)和第三透镜(6)，第一透镜(4)朝向光纤(3)的面为平面朝向波导(12)的面为凸面，第二透镜(5)朝向光纤(3)的面为凸面朝向波导(12)的面为凹面，第三透镜(6)为双凸透镜。
4.如权利要求1所述的一种可实现光斑均匀分布的蓝光半导体激光器，其特征在于，所述聚焦镜组包括沿光轴方向顺次设置的第四透镜(9)、第五透镜(10)和第六透镜(11)，第四透镜(9)为双凸透镜，第五透镜(10)朝向光纤(3)的面为凹面朝向波导(12)的面为凸面，第六透镜(11)朝向光纤(3)的面为凸面朝向波导(12)的面为平面。
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