CN1617011A - 用于半导体激光器光源的微型变焦结构 - Google Patents

Abstract

一种用于半导体激光器光源的微型变焦结构，其特征在于，其中包括：一激光器；一柱透镜，该柱透镜置于激光器的前端，其可将半导体激光器垂直方向的光发散角压缩至激光器水平方向的发散角的3/4或2/3；一自聚焦透镜，该自聚焦透镜置于柱透镜的另一端，该自聚焦透镜的截距为0.25或0.23；激光器的发射方向上放置的自聚焦透镜与激光器的距离连续可调。

Description

用于半导体激光器光源的微型变焦结构

技术领域

本发明涉及半导体激光器的应用技术，特别是指一种用于半导体激光器光源的微型变焦结构，尤其是激光器用做照明光源时的应用方法和结构。

背景技术

由于半导体激光器发射的激光在垂直方向的发射角(通常约为20-40°)与水平方向的发射角(通常约为6-10°)差别很大，不适宜直接用做照明光源。为了把半导体激光器用于照明光源，通常的做法是，半导体激光器的输出耦合到光纤里，利用光纤将光束整形成为各向均匀发散的圆形光束。为了提高耦合效率，都采用多模光纤。由于激光在多模光纤内的干涉效应而形成很多的干涉斑，使光纤输出的光束不均匀。而成为长期困扰半导体激光器广泛作为照明用光源的主要问题。

一种改进的方法是，在半导体激光器的前端放置一个柱透镜，将激光器的垂直方向的发散角压缩至与水平方向的发散角相当的大小，就可以将其直接用做照明光源。这种方法解决了上述方法中干涉斑造成光束不均匀的问题。

要改变光束的发散角度，就必须在发射光束的前面使用会聚或发散透镜。但是，如果要连续或随机改变光束的发散角度，就必须使用传统的变焦镜头。这就使光源的整体结构大而且成本提高。

图1A和图1B是自聚焦透镜的光学特性示意图。对于自聚焦透镜有如下关系：

            d＝ctgA^1/2l/(n₀A^1/2)

            f＝1/(n₀A^1/2sin n₀A^1/2l)

图中，l是自聚焦透镜的实际长度，f是焦距，d是后截距，n₀是中心折射率，A是折射率分布常数。

通过自聚焦透镜的物距与像距的关系如图2所示，

            s2＝(1/n₀ ²A+s1d)/(s1-d)

张角变化为：

            y/x＝d/(n₀Af)-s1/f

这里，s1是发光面到自聚焦透镜的距离(物距)，s2是自聚焦透镜到成像面的距离(像距)，x是入射角，y是出射角。

在极端情况下，l为1/4周期长度时，d＝0。通过自聚焦透镜的张角变化为：

            y/x＝-s1/f

可见，随着发光面到自聚焦透镜的距离s1的增加，出射光的角度增大。s1＝0，即发光面在自聚焦透镜的端面上时，出射角为0，即实现准直。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于半导体激光器光源的微型变焦结构，避免了上述结构的缺点，规定了一种光学机构，利用自聚焦透镜的特性，直接将自聚焦透镜用作变焦镜头，为半导体激光器用于照明光源提供了一种耗费低、小型化且易于实现的途径。

本发明一种用于半导体激光器光源的微型变焦结构，其特征在于，其中包括：

一激光器；

一柱透镜，该柱透镜置于激光器的前端，其可将半导体激光器垂直方向的光发散角压缩至激光器水平方向的发散角的3/4或2/3；

一自聚焦透镜，该自聚焦透镜置于柱透镜的另一端，该自聚焦透镜的截距为0.25或0.23；激光器的发射方向上放置的自聚焦透镜与激光器的距离连续可调。

其中用自聚焦透镜的位置变化改变发射光束的发射角度，是用于任何微小尺寸的发光器具。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图对本发明进行详细的说明，其中：

图1是自聚焦透镜的光学特性示意图。

图2是自聚焦透镜的物距与像距的关系示意图。

图3是本发明的半导体激光器光源微型变焦结构的示意图。

图4是本发明的实施例。

具体实施方式

依据本发明方法设计的装置，如图3所示，在激光器1的前端放置一个柱透镜2，柱透镜2的位置应当是，将半导体激光器的垂直方向的光发散角压缩至与激光器水平方向的发散角比例适当(例如3/4或2/3)。在激光器的发射方向上放置一个具有适当数值孔径和直径的自聚焦透镜3。自聚焦透镜3的截距为0.25或0.23。

激光器发射的激光通过透镜2形成的垂直和水平方向发散角比例适当的光束，通过自聚焦透镜3，输出光束的发散角决定于激光器1与自聚焦透镜3的距离。当此距离为0时输出的光束近似准直，为最小的发射角。

由此距离逐渐增大，输出光束的发散角逐渐增大。当此距离为自聚焦透镜3的焦距时发散角达到最大，其大小约等于自聚焦透镜3的数值孔径决定的发散角。图中示出了不同距离时的出射光发散角的变化。

图4示出了本发明的一个实施例。图中，11是出光镜头、13是自聚焦透镜，12是自聚焦透镜13的固定座、14是出光镜头的固定面板，15和16是滑动杆，17是激光器18的管壳，18是激光器，19是柱透镜。

自聚焦透镜13的长度为1/4周期长，即截距为0.25。激光器18的前端平行于激光器的慢轴设置一个柱透镜19。柱透镜19与激光器距离保证激光器出射光垂直方向的发散角与水平方向的发散角的比例为3/4。激光器18的中心在自聚焦透镜13的轴线上。旋转出光镜头11将带动自聚焦透镜13的固定座12，沿滑动杆15和16规定的方向平行滑动，从而改变了激光器18与自聚焦透镜13的距离。实现了输出光束发散角的连续改变。

本实施例中，自聚焦透镜13的数值孔径为0.3，直径为1.8mm。自聚焦透镜13移动的距离为5mm。自聚焦透镜13与激光器18的间距从0.2mm至5.2mm连续可变。出射光的角度从5°连续增大至25°。

本发明的变焦结构可以用于任何微小尺寸的发光器具。如可以用于光纤耦合输出的激光器。此时出射光为圆形，可以省掉用来改善半导体激光器发光的柱透镜，直接用自聚焦透镜即可实现发射光束角度的改变。

Claims (2)

1、一种用于半导体激光器光源的微型变焦结构，其特征在于，其中包括：

一激光器；

一柱透镜，该柱透镜置于激光器的前端，其可将半导体激光器垂直方向的光发散角压缩至激光器水平方向的发散角的3/4或2/3；

一自聚焦透镜，该自聚焦透镜置于柱透镜的另一端，该自聚焦透镜的截距为0.25或0.23；激光器的发射方向上放置的自聚焦透镜与激光器的距离连续可调。

2.根据权利要求1所述的用于半导体激光器光源的微型变焦结构，其特征在于，其中用自聚焦透镜的位置变化改变发射光束的发射角度，是用于任何微小尺寸的发光器具。

Images