CN204905651U - 一种远距离匀化光斑的半导体激光器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种远距离匀化光斑的半导体激光器系统，包括半导体激光器A和半导体激光器组B，以及沿半导体激光器A和半导体激光器组B的出光方向上依次设置的微透镜和整形镜组；所述的半导体激光器组B包括至少2个半导体激光器，且个数为偶数，半导体激光器组B中的半导体激光器沿半导体激光器A的快轴方向对称设置于半导体激光器A的两侧；所述的半导体激光器组B中的半导体激光器的发散角均小于半导体激光器A的发散角。本方案中的半导体激光器系统结构简单，可以实现远距离工作平面的均匀光斑，优化了光束质量。

Description

一种远距离匀化光斑的半导体激光器系统

技术领域

本实用新型属于半导体激光器技术领域，具体涉及一种远距离匀化光斑的半导体激光器系统。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、功耗低的优点，目前已经广泛应用于国民经济的各个领域，比如泵浦，医疗以及工业加工领域。但是当前半导体激光器的推广应用会受到其光束质量的制约，所以提高半导体激光器的输出光斑均匀度、亮度和功率为当下重要的研究方向。

半导体激光器由于发散角大，中心位置光束叠加比边缘位置叠加强，导致输出光斑能量呈高斯分布，光斑不均匀。为了解决大发散角引起的光斑不均问题，目前可通过加入微型透镜对半导体激光器的发散角进行控制和压缩，但是这种方法仅在近距离光斑的应用中有较好的效果，在远距离的光斑应用中，输出光斑能量分布仍为高斯分布，不满足均匀光斑的应用需求。

中国专利201520078168.4提出了将多个半导体激光器呈一定角度摆放的方法来提高叠加光斑的均匀性，但是这种方法仅适用于近距离光斑的匀化，在远距离的应用中不仅没有改善高斯分布的不均匀型，甚至得到均匀性更差的光斑。

因此，受半导体激光器的发散角影响，现有的技术方案无法实现远距离的均匀光斑。

发明内容

本实用新型提出一种远距离匀化光斑的半导体激光器系统，能够简便、有效地实现远距离大功率均匀光斑。

本发明的方案如下：

一种远距离匀化光斑的半导体激光器系统，包括半导体激光器A和半导体激光器组B，以及沿半导体激光器A和半导体激光器组B的出光方向上依次设置的微透镜和整形镜组。

所述的半导体激光器组B包括至少2个半导体激光器，且个数为偶数，半导体激光器组B中的半导体激光器沿半导体激光器A的快轴方向对称设置于半导体激光器A的两侧（即在半导体激光器A快轴方向上至少各有1个半导体激光器组B中的半导体激光器，对称位置上的半导体激光器组B中的半导体激光器参数相同）；所述的半导体激光器组B中的半导体激光器的发散角均小于半导体激光器A的发散角，并且其发散角随着远离半导体激光器A而依次减小。

所述的微透镜为D型透镜，用于调整半导体激光器A和半导体激光器组B发出的激光光束的发散角度。

所述的整形镜组为非球面柱面镜或负透镜，用于匀化半导体激光器A和半导体激光器组B慢轴方向的光斑；非球面柱面镜包括入射面和出射面，其中入射面为中间为凹面、两侧为凸面的结构，出射面为平面，用于将激光光束中间能量较强的部分发散，两侧能量较弱的部分聚焦。

所述的半导体激光器A为半导体激光器叠阵，包括n个半导体激光器巴条(即巴条)，n为自然数且n≥2；所述的半导体激光器组B中的半导体激光器为半导体激光器叠阵，每个半导体激光器包括的半导体激光器巴条个数均满足以下关系：

，N为半导体激光器组B中任意一个半导体激光器的巴条个数；

半导体激光器组B中的每个半导体激光器距半导体激光器A的距离均满足：

，为半导体激光器组B中任意一个半导体激光器距半导体激光器A的距离。

半导体激光器组B中的每个半导体激光器的发散角均满足：

，为半导体激光器组B中任意一个半导体激光器的发散角；

其中，s为工作距离，H为工作平面的光斑直径。

需要说明的是，上述公式是在半导体激光器A和半导体激光器组B中的半导体激光器视为点光源的条件下得出的，并且半导体激光器组B中的半导体激光器在半导体激光器A的快轴方向同一侧的多个半导体激光器参数是不同的，半导体激光器组B中的半导体激光器随着远离半导体激光器A，其发散角依次减小，所包含的巴条个数依次增加。

为了得到最优的效果，对半导体激光器组B中的每个半导体激光器包括的巴条个数做进一步限定，此时可以在远距离工作平面得到均匀度较高的光斑：

，N为自然数。

所述的半导体激光器A可以为一个半导体激光器叠阵，也可以为多个半导体激光器叠阵沿快轴方向依次排列。

本实用新型具有以下有益效果：

1）采用了本实用新型的远距离匀化光斑的半导体激光器系统可以实现在远距离工作平面的均匀光斑，系统结构简单，不需要增加复杂的光学整形装置，提高了系统的效率和可靠性，节省了成本。

2）本实用新型的半导体激光器系统适应性强，可通过调节半导体激光器B的参数来实现不用的应用场合，在工程应用中灵活度高。

附图说明

图1为本实用新型的远距离匀化光斑的半导体激光器系统的光路原理图。

图2为本实用新型的远距离匀化光斑的半导体激光器系统。

图3为本实用新型的远距离匀化光斑的半导体激光器系统慢轴光斑匀化示意图。

图4为本实用新型的远距离匀化光斑的半导体激光器系统的实施例一。

图5a为本实用新型的远距离匀化光斑的半导体激光器系统的实施例二。

图5b为实施例二在远距离工作平面的光斑的光强分布示意图。

附图标号说明：1为半导体激光器A，2为半导体激光器组B，3为远距离工作平面，4为半导体激光器A在远距离工作平面的光强分布，5为半导体激光器B在远距离工作平面的光强分布，6为经过光强补偿后的均匀光斑，7为微透镜，8为整形透镜。

具体实施方式

图1为本实用新型的远距离匀化光斑的半导体激光器系统的光路原理图。沿半导体激光器A1的快轴方向设置半导体激光器组B2，所述的半导体激光器组B2中包括至少2个半导体激光器且个数为偶数；半导体激光器组B2中的半导体激光器沿半导体激光器A1的快轴方向对称设置在半导体激光器A1的两侧,半导体激光器组B2中的半导体激光器的发散角均小于半导体激光器A1的发散角且半导体激光器组B2中的半导体激光器的发散角随远离半导体激光器A1而减小。参考图1中的半导体激光器组B和半导体激光器A在远距离工作面上的光强分布（4和5），半导体激光器组B2中的半导体激光器在远距离工作平面上形成光斑可以对半导体激光器A的光斑进行补偿，以实现远距离工作平面的均匀光斑6。

图2为本实用新型的远距离匀化光斑的半导体激光器系统。所述的半导体激光器组B2包括至少2个半导体激光器，且个数为偶数，半导体激光器组B2中的半导体激光器沿半导体激光器A1的快轴方向对称设置于半导体激光器A1的两侧；所述的半导体激光器组B2中的半导体激光器的发散角均小于半导体激光器A1的发散角，并且其发散角随着远离半导体激光器A1而依次减小。所述的微透镜7为D型透镜，用于调整半导体激光器A和半导体激光器组B发出的激光光束的发散角度。所述的整形镜组8为非球面柱面镜或负透镜，用于匀化半导体激光器A和和半导体激光器组B慢轴方向的光斑；

所述的半导体激光器A1为半导体激光器叠阵，包括n个半导体激光器巴条(即巴条)，n为自然数且n≥2；所述的半导体激光器组B2中的半导体激光器为半导体激光器叠阵，每个半导体激光器包括的半导体激光器巴条个数均满足以下关系（在半导体激光器A和半导体激光器组B中的半导体激光器视为点光源的条件下得出）：

，N为半导体激光器组B中任意一个半导体激光器的巴条个数；

半导体激光器组B中的每个半导体激光器距半导体激光器A的距离均满足：

，为半导体激光器组B中任意一个半导体激光器距半导体激光器A的距离。

半导体激光器组B2中的每个半导体激光器的发散角均满足：

，为半导体激光器组B2中任意一个半导体激光器的发散角；

其中，s为工作距离，H为工作平面的光斑直径。

图3为本实用新型的远距离匀化光斑的半导体激光器系统慢轴光斑匀化示意图。本发明中整形镜组8可以采用非球面柱面镜对半导体激光器A1和和半导体激光器组B2的慢轴方向的远距离光斑进行匀化，非球面柱面镜包括入射面和出射面，其中入射面为中间为凹面、两侧为凸面的结构，出射面为平面，用于将激光光束中间能量较强的部分发散，两侧能量较弱的部分聚焦。

图4为本实用新型的远距离匀化光斑的半导体激光器系统的一个实施例。半导体激光器组B2包括4个半导体激光器，分别为b₁,b₁₁,b₂,b₂₂，其中b₁与b_11、b₂与b₂₂以半导体激光器A1为对称轴对称分布_。b₂相比b₁位于远离半导体激光器A的位置，b₁的发散角大于b₂，b₂所包括的巴条数可以与b₁相等，也可以大于b₁，b₁,b₁₁,b₂,b₂₂共同实现对半导体激光器A的远距离光斑的补偿。

为了得到最优的效果，对半导体激光器组B中的每个半导体激光器包括的巴条个数做以下限定，此时可以在远距离工作平面得到均匀度较高的光斑：

，N为自然数。

图5a为本实用新型的远距离匀化光斑的半导体激光器系统的实施例二，所述的半导体激光器A1可以为多个半导体激光器叠阵沿快轴方向依次排列。图5b为实施例二中的半导体激光器系统在远距离工作平面的光斑的光强分布图，半导体激光器组B可以对半导体激光器A的远距离光斑进行补偿。

Claims (6)

1.一种远距离匀化光斑的半导体激光器系统，包括半导体激光器A和半导体激光器组B，以及沿半导体激光器A和半导体激光器组B的出光方向上依次设置的微透镜和整形镜组；所述的半导体激光器组B包括至少2个半导体激光器，且个数为偶数，半导体激光器组B中的半导体激光器沿半导体激光器A的快轴方向对称设置于半导体激光器A的两侧；所述的半导体激光器组B中的半导体激光器的发散角均小于半导体激光器A的发散角；所述的整形镜组为非球面柱面镜或负透镜，用于匀化半导体激光器A和半导体激光器组B慢轴方向的光斑，所述的微透镜用于调整半导体激光器A和半导体激光器组B发出的激光光束的发散角度。

2.根据权利要求1所述的一种远距离匀化光斑的半导体激光器系统，其特征在于：所述的半导体激光器组B中的半导体激光器的发散角随远离半导体激光器A而减小。

3.根据权利要求1所述的一种远距离匀化光斑的半导体激光器系统，其特征在于：所述的半导体激光器A为半导体激光器叠阵，包括n个半导体激光器巴条，n为自然数且n≥2；所述的半导体激光器组B中的半导体激光器为半导体激光器叠阵，每个半导体激光器包括的半导体激光器巴条个数均满足以下关系：

，N为半导体激光器组B中任意一个半导体激光器的巴条个数；

半导体激光器组B中的每个半导体激光器距半导体激光器A的距离均满足：

，为半导体激光器组B中任意一个半导体激光器距半导体激光器A的距离；

半导体激光器组B中的每个半导体激光器的发散角均满足：

，为半导体激光器组B中任意一个半导体激光器的发散角；

其中，s为工作距离，H为工作平面的光斑直径。

4.根据权利要求1所述的一种远距离匀化光斑的半导体激光器系统，其特征在于：所述的非球面柱面镜包括入射面和出射面，其中入射面为中间为凹面、两侧为凸面的结构，出射面为平面。

5.根据权利要求1所述的一种远距离匀化光斑的半导体激光器系统，其特征在于：所述的微透镜为D型透镜。

6.根据权利要求3所述的一种远距离匀化光斑的半导体激光器系统，其特征在于：所述的半导体激光器A为一个半导体激光器叠阵，或者为多个半导体激光器叠阵沿快轴方向依次排列。