CN201556835U - 一种可将半导体激光器及其列阵光束对称化变换的导光管 - Google Patents
一种可将半导体激光器及其列阵光束对称化变换的导光管 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种可将半导体激光器及其列阵光束对称化变换的导光管，其特征是：它由玻璃或金属材料制成的四棱锥形或椭圆锥形两端开口的管体和设置在管体内壁上的高反膜组成。这种结构的导光管可以将半导体激光器及其列阵输出的X、Y方向不对称的像散光束，转换成X、Y方向发散角相同的对称光束，而且结构简单，成本低廉，使用方便，可广泛应用于固体激光器泵浦、半导体激光照明、光纤耦合和工业激光加工等场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光器，具体是一种可将半导体激光器及其列阵光束对称化变换的导光管。
背景技术
半导体激光器及其列阵具有体积小、重量轻、能量转换效率高等特点，特别适用于固体激光器泵浦、激光加工、激光照明与夜视以及航空航天等重要领域。但是，半导体及其列阵的光束质量很差，在X、Y两个与光轴垂直的方向上呈非对称分布，若直接应用能量损失大、泵浦效率低。为了提高能量利用率，在应用中需要利用光学系统对光束进行整形和对称化变换，目前常用的整形和变换方法主要有两种：
1、使用分立光学透镜分别对快慢轴进行压缩或变换。这种方法至少需要两个分立的透镜，透镜间的位置调整难度大，因透镜表面散射和材料吸收造成的能量损耗也较大；
2、光纤耦合法。这种方法需要对半导体激光器及其列阵进行光纤耦合，耦合过程中要用到一些微光学元件，调整难度大，对于列阵耦合效率低，最高也不过65％。
实用新型内容
本实用新型的目的是为克服现有技术的不足，而提供一种可将半导体激光器及其列阵光束对称化变换的导光管。这种导光管可以将半导体激光器及其列阵输出的X、Y方向不对称的像散光束，转换成X、Y方向发散角相同的对称光束，而且结构简单，成本低廉，使用方便。
本实用新型导光管由玻璃或金属材料制成的四棱锥形或椭圆锥形两端开口的管体和设置在管体内壁上的高反膜组成。
导光管入射端口的X方向Y方向的尺寸d1x、d1y由光源的发散角和光源离开端口的距离来确定，计算公式如下：
X方向的尺寸：d1x＝L0+2atgθx
Y方向的尺寸：d1y＝2atgθy
式中θx和θy分别为光源在X、Y方向上的半发散角；a为光源到入射端口的距离，该距离值要考虑到安装和定位的难易和定位精度；半导体激光器列阵发光面的长度为L0，宽度为1微米，故可以视为线光源。
导光管出射端口的尺寸由下列公式确定：
X方向的尺寸：d2x＝d1xsinθx/sinθx2
Y方向的尺寸：d2y＝d1ysinθy/sinθy2
式中θ2x和θ2y分别是出射端X、Y方向的光束发散角的一半。
本实用新型的椭圆锥形导光管只能针对单管芯半导体激光器进行光束变换，变换时两端尺寸d1x、d1y、d2x和d2y的确定与上述方法完全相同，所用公式也相同。
至于导光管的长度，在入射端光源发散角和两端尺寸确定的情况下，导光管越长，出射端的发散角则越小。具体使用过程中要根据出射端对发散角的要求来最终确定管长。
本实用新型的优点是：可以将半导体激光器及其列阵输出的X、Y方向不对称的像散光束，转换成X、Y方向发散角相同的对称光束，而且结构简单，成本低廉，使用方便，可广泛应用于固体激光器泵浦、半导体激光照明、光纤耦合和工业激光加工等场合。
附图说明
图1为半导体激光器列阵进行变换的四棱锥形导光管结构示意图；
图2为单管芯半导体激光器进行变换的椭圆锥形导光管结构示意图；
图3为入射端X方向的尺寸示意图；
图4为入射端Y方向的尺寸示意图。
图中：1.管体 2.入射端口 3.高反膜 4.出射端口
具体实施方式
本导光管为四棱锥形或椭圆锥形两端开口的空心导管，管体1由玻璃或金属材料制成，管体1内壁镀有金或银的高反膜3，所述的金属材料为铜或不锈钢。
本实用新型导光管入射端口2的X方向Y方向的尺寸d1x、d1y由光源的发散角和光源离开端口的距离来确定，计算公式如下：
X方向的尺寸：d1x＝L0+2atgθx
Y方向的尺寸：d1y＝2atgθy
式中θx和θy分别为光源在X、Y方向上的半发散角；a为光源到入射端口的距离，该距离值要考虑到安装和定位的难易和定位精度；半导体激光器列阵发光面的长度为L0，宽度为1微米，故可以视为线光源。
导光管出射端口4的尺寸由下列公式确定：
X方向的尺寸：d2x＝d1xsinθx/sinθx2
Y方向的尺寸：d2y＝d1ysinθy/sinθy2
式中θ2x和θ2y分别是出射端X、Y方向的光束发散角的一半。
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例
将X、Y方向发散角分别是8度和70度的10mm条列阵半导体激光器，整形为X、Y方向发散角都为20度的对称光束。
由于列阵发光区的总长度为10毫米，宽度为1微米，考虑到装调的难易程度，入射端X、Y方向的尺寸分别取12毫米和0.6毫米。且出射光的半发散角为10度。由公式：
d1xsinθx＝d2xsinθx2得：12sin4°＝d2xsin10°
解得：d2x＝4.82mm，取5mm；
由公式：
d1ysinθy＝d2ysinθy2得：0.6sin35°＝d2ysin10°
解得：d2y＝1.98mm，取2mm。
Claims (4)
1.一种可将半导体激光器及其列阵光束对称化变换的导光管，其特征是：它由玻璃或金属材料制成的四棱锥形或椭圆锥形两端开口的管体(1)和设置在管体(1)内壁上的高反膜(3)组成。
2.根据权利要求1所述的导光管，其特征是：管体(1)的入射端口(2)X方向的尺寸为d1x＝L0+2atgθx，Y方向的尺寸为d1y＝2atgθy，式中θx和θy分别为光源在X、Y方向上的半发散角；a为光源到入射端口的距离，半导体激光器列阵发光面的长度为L0；出射端口(4)X方向的尺寸为d2x＝d1xsinθx/sinθx2，Y方向的尺寸为d2y＝d1ysinθy/sinθy2，式中θ2x和θ2y分别是出射端X、Y方向的光束发散角的一半。
3.根据权利要求1所述的导光管，其特征是：所述高反膜(3)的膜系材料为金或银。
4.根据权利要求1所述的导光管，其特征是：管体(1)越长，出射端口(4)的发射角越小。
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