CN210443797U - 一种半导体激光器整形装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体激光器整形装置，包括沿光路依序设置的半导体激光器、快轴准直透镜、慢轴准直透镜、第一半波片和第一走离晶体。半导体激光器输出的激光经快轴准直透镜和慢轴准直透镜依序准直后，依序射入半波片和walk‑off晶体，其慢轴方向的光斑尺寸被压缩，快轴方向光斑尺寸保持不变。该方案可以缩小半导体激光器慢轴方向的光束尺寸，减小了其光参数积，提高了其光束质量。通过装置结构设计的优化，本实用新型装置更可实现同轴传输的折叠效果，更有利于该装置的集成使用。本专利装置更可以进一步调整结构，可实现折叠后的光束与激光器发射光束同轴传输，从而最大程度的提供结构设计及装配的便利。

Description

一种半导体激光器整形装置

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，尤其是一种半导体激光器整形装置。

背景技术

半导体激光器具有电光转换效率高、体积小、功率大、可靠性高、等优点，因而在激光测距、泵浦激光器、材料处理、生物医疗等领域有着广阔的应用前景。而大发光面积的半导体激光器由于其光斑尺寸和发散角较大，普通的光束整形系统很难高效地把大发光面积的半导体激光器的慢轴方向光的光束质量变好。因此，要获得更广泛的应用，就必须采用光束整形方法，解决光束质量差、功率密度低的问题。福建海创光电有限公司较早提出的专利《一种半导体激光器整形装置》(专利号：ZL201821561496.X)经实际验证已经取得了很好的效果，但在实践过程中也发现了一些问题，主要是对PBS通光孔径需要和整形光斑折叠方向上的尺寸需要严格匹配，同时也对PBS的制造要求和装配中的对准有很高的要求，略显不便。

发明内容

针对现有技术的情况，本实用新型发明提出了一个更为容易加工及调试，同时也极为可靠的、能够提高耦合效率的半导体激光器整形装置。

需要预先说明的是，本实用新型方案与中国专利ZL201821561496.X的不同在于采用了双折射晶体代替原专利中的偏振分束器单元(PBS)，其工作原理是垂直正交的两个偏振分量，在双折射晶体中会出现走离的现象(walk-off)：o光(垂直偏振分量)保持正常光路方向；e光(平行偏振分量)以异于o光的方向传播，两者传播方向夹角计算按如下公式：

上式中，α为分离角；n_o和n_e分别为晶体的o光折射率和e光折射率；θ为入射光与晶体光轴的夹角。以广泛使用的YVO4晶体为例，当设定光轴与入射光夹角为45度时，其o、e光分离角约为5.7度，近似在晶体中每传播10mm，两束光会分离1mm；其原理光路如附图1所示。

为了实现上述的技术目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种半导体激光器整形装置，其包括沿光路依序设置的半导体激光器、快轴准直透镜(FAC)、慢轴准直透镜(SAC)、第一半波片和第一走离晶体(walk-off晶体)，所述第一半波片的通光面面积小于第一走离晶体朝向慢轴准直透镜的端面，半导体激光器输出的激光依序经快轴准直透镜和慢轴准直透镜准直后，被准直的部分激光依序射入第一半波片和第一走离晶体，其余激光直接射入第一走离晶体，激光慢轴方向的光斑尺寸被折叠压缩，快轴方向光斑尺寸保持不变。在具体实施过程中，选择不同的走离晶体长度，可以实现不同比例的慢轴方向的光平移到了快轴方向上，慢轴方向的光经折叠压缩后，整体光参数积下降，光束质量提高。合理选择晶体长度，可实现慢轴方向光束对折，此时得到最佳整形光束质量。

在上述结构中，所述第一半波片的作用在于将部分(理想的是1/2)慢轴方向的偏振光的偏振方向旋转90度，将原光束分成基于walk-off晶体而言的o、e两部分光，放置的具体位置为基于准直光的偏振态而决定：其基本原则为晶体中的e光分量向o光分量方向移动(此时o光不发生移动)，从而实现两部分分量“叠加”的效果。

进一步，所述第一半波片贴合在第一走离晶体或慢轴准直透镜朝向第一走离晶体的端面。

进一步，所述第一半波片的通光面面积为第一走离晶体端面的1/2。

进一步，所述第一半波片的设置位置为沿激光的慢轴的慢轴方向切入，使部分准直偏振激光通过该第一半波片并旋转90度。

优选的，所述的第一半波片为设于第一走离晶体朝向慢轴准直透镜的端面下部且第一半波片的上边缘位于被准直激光的慢轴方向尺寸中心位置。

上述采用单个walk-off晶体实现“折叠”，其出射光路与发射光路还是“偏轴”的，在装配于其他模组情况下，不利于机械定位。通过2个或两个以上的walk-off晶体，采取“对称”的晶体布局，可以实现同轴效果，更有利于装置的集成使用。其光路结构在后文“具体实施方式”部分做详细阐述。

进一步，其还包括依序设于第一走离晶体之后的第二半波片和第二走离晶体。

优选的，所述的第二半波片为贴合在第二走离晶体端面上。

优选的，所述的半导体激光器输出的激光为同轴传输是，所述第一走离晶体和第二走离晶体的长度相等。

优选的，所述的第一半波片、第一走离晶体、第二半波片和第二走离晶体为胶合固定为一体。

本实用新型采用上述的技术方案，其与现有技术相比，所具有的有益效果为：本实用新型通过半波片和walk-off晶体(或晶体对)，对慢轴方向的光斑尺寸折叠整形，从而减少了半导体激光器发出激光的慢轴方向尺寸，有效减小了其光参数积，改善了其光束质量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型方案做进一步的阐述：

图1为走离晶体(walk-off晶体)光路原理简要示意图；

图2为基于单个走离晶体(walk-off晶体)结构的发明结构原理图；

图3为同轴光路的发明结构原理图；

图4为半波片、走离晶体胶合式一体化的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，其示出了walk-off晶体的工作原理。基于该原理，如下以两个具体实施例，对本专利发明给予阐述。

实施例1

如图2所示，本实施例结构包括沿光路依序设置的半导体激光器1、快轴准直透镜2、慢轴准直透镜3、第一半波片4、第一走离晶体5(walk-off晶体)，所述第一半波片4的通光面面积小于第一走离晶体5朝向慢轴准直透镜3的端面，其可以是贴合在第一走离晶体5上，也可以是贴合在慢轴准直透镜3朝向第一走离晶体的端面。

其中，半导体激光器1输出的激光经快轴准直透镜2后，其快轴方向被准直，慢轴方向的发散角不变，然后再经过慢轴准直透镜3后，其慢轴方向被准直，而快轴方向的发散角不变，快轴和慢轴方向均被准直后的准直激光的部分光束射入第一半波片4，第一半波片4的光轴与入射偏振光的偏振方向呈45度夹角，将入射光的偏振方向旋转了90度。由此，原准直光束分成偏振正交两部分：未通过第一半波片4的上半部分的光的偏振方向保持不变，相对晶体为o光；通过第一半波片4的下半部分的光的偏振方向旋转了90度，相对晶体为e光。根据前述的walk-off晶体的工作原理，下半部光束沿行进方向向上偏折，通过设定合理的晶体长度，下半部光束完全折叠到上半部光束中。在本实施例中，第一半波片4的通光面面积为第一走离晶体5端面的1/2，通过第一半波片4的1/2的光束，所以实现了光束的对折。

实施例2

如图3所示，本实施例包括沿光路依序设置的半导体激光器1、快轴准直透镜2(FAC)、慢轴准直透镜3(SAC)、第一半波片4(部分光束通过)、第一走离晶体5(walk-off晶体)、第二半波片6(全部光束通过)、第二走离晶体7(walk-off晶体)。本实施例与实施例1的不同在于：

(1)第一走离晶体5(walk-off晶体)的长度为图2实施例中晶体长度的一半，从而下部e光分量向上偏折距离减少一半，此时下半部分光束分量实现与原始出射光同轴；

(2)增加了第二半波片6，其光轴方向与入射偏振光的偏振方向呈45度夹角，其作用为将原两部分偏振正交的光束分量的偏振方向分别旋转90度，实现偏振态互换；

(3)增加第二走离晶体7(walk-off晶体)，其长度与第一走离晶体5相等，但光路中其光轴方向与第一走离晶体5相反。通过第二半波片6后实现偏振互换的两部分光束，上半部在第二走离晶体7中成为e光，向下偏折，同上述实施例1类似，该部分光束实现与原始出射光同轴。而下半部光在第二走离晶体7中为o光，保持原方向传输不变。

如上描述，本实施例结构可实现同轴传输的折叠效果，将更有利于该装置的集成使用。

为更好的方便专利装置的应用(如光路结构设计和装配)，本专利也可以将结构中的各个光学元件通过胶合或者光胶方式组成一体或者半一体的结构，如附图4实施例所示。

以上所述为本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种半导体激光器整形装置，其特征在于：其包括沿光路依序设置的半导体激光器、快轴准直透镜、慢轴准直透镜、第一半波片和第一走离晶体，所述第一半波片的通光面面积小于第一走离晶体朝向慢轴准直透镜的端面，半导体激光器输出的激光依序经快轴准直透镜和慢轴准直透镜准直后，被准直的部分激光依序射入第一半波片和第一走离晶体，其余激光直接射入第一走离晶体，激光慢轴方向的光斑尺寸被折叠压缩，快轴方向光斑尺寸保持不变。

2.根据权利要求1所述的一种半导体激光器整形装置，其特征在于：所述第一半波片的通光面面积为第一走离晶体端面的1/2。

3.根据权利要求1所述的一种半导体激光器整形装置，其特征在于：所述第一半波片的设置位置为沿激光的慢轴的慢轴方向切入，使部分准直偏振激光通过该第一半波片并旋转90度。

4.根据权利要求3所述的一种半导体激光器整形装置，其特征在于：所述的第一半波片为设于第一走离晶体朝向慢轴准直透镜的端面下部且第一半波片的上边缘位于被准直激光的慢轴方向尺寸中心位置。

5.根据权利要求1所述的一种半导体激光器整形装置，其特征在于：其还包括依序设于第一走离晶体之后的第二半波片和第二走离晶体。

6.根据权利要求5所述的一种半导体激光器整形装置，其特征在于：所述的第二半波片为贴合在第二走离晶体端面上。

7.根据权利要求5所述的一种半导体激光器整形装置，其特征在于：所述的半导体激光器输出的激光为同轴传输是，所述第一走离晶体和第二走离晶体的长度相等。

8.根据权利要求6所述的一种半导体激光器整形装置，其特征在于：所述的第一半波片、第一走离晶体、第二半波片和第二走离晶体为胶合固定为一体。

9.根据权利要求1所述的一种半导体激光器整形装置，其特征在于：所述的第一半波片贴合在第一走离晶体或慢轴准直透镜朝向第一走离晶体的端面。

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