專利名稱：半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積勻稱化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光束整形，特別是一種半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積 均勻化裝置，屬于激光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
技術(shù)背景半導(dǎo)體激光一維陣列簡(jiǎn)稱Bar，它由多個(gè)發(fā)光單元構(gòu)成，每個(gè)發(fā)光單元在 平行于有源層和垂直于有源層方向上的尺寸分別為100um-200um和lum，這導(dǎo) 致其快軸上的發(fā)散角50 60度，慢軸上的發(fā)散角約5 10度。而半導(dǎo)體一維 陣列正是由多個(gè)這樣的發(fā)光單元沿平行于有源層方向集成，長(zhǎng)度為10mm。半 導(dǎo)體二維陣列簡(jiǎn)稱半導(dǎo)體堆棧，它由多個(gè)Bar沿垂直有源層方向集成，并且 根據(jù)Bar間的距離不同可分為密排型堆和非密排型堆。對(duì)于半導(dǎo)體激光一維 陣列，其快軸的光束參數(shù)乘積BPPy為1 2mra mrad，慢軸的BPPx為100 500醒'mrad。對(duì)于Bar數(shù)各不相同的半導(dǎo)體堆棧，其慢軸與快軸的光束參數(shù) 乘積也相差幾十到上百倍。光束參數(shù)乘積是衡量激光光束質(zhì)量的一個(gè)重要指 標(biāo)，它反映了光束的聚焦能力。光束參數(shù)乘積的值BPP為束腰半徑與遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā) 散角的乘積。當(dāng)經(jīng)過(guò)光學(xué)變換系統(tǒng)傳輸時(shí)，總的光束參數(shù)乘積是不變的。因此有必要均勻化快慢軸的光束參數(shù)乘積。目前較可行的方法是對(duì)光束 進(jìn)行分割、重排，通過(guò)增加快軸的光束參數(shù)乘積來(lái)降低慢軸的光束參數(shù)乘積 以達(dá)到均勻化的目的。目前國(guó)際上將半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積均勻化的方法，例如階梯反射鏡技術(shù)，先經(jīng)過(guò)微柱透鏡實(shí)現(xiàn)快軸的準(zhǔn)直，再通過(guò)兩個(gè)對(duì)稱的階梯 型反射鏡實(shí)現(xiàn)輸出光場(chǎng)的對(duì)稱分布。光束經(jīng)過(guò)第一個(gè)階梯鏡后被分割成N個(gè) 單元，并被反射到快軸方向上，再經(jīng)過(guò)第二個(gè)階梯鏡反射后傳播方向變成慢 軸方向且光束截面旋轉(zhuǎn)了90度，由此實(shí)現(xiàn)了快慢軸的光束質(zhì)量均勻化。這種 方法是1998年由德國(guó)夫朗和費(fèi)激光技術(shù)所發(fā)明。其缺點(diǎn)是階梯鏡鏡面加工難度大，尤其在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有加工水平下難以實(shí)現(xiàn)。折/返射整形技術(shù)，其思想是利用棱鏡組的折反射通過(guò)兩組棱鏡來(lái)分割和 重組光束。各片棱鏡以斜邊為基準(zhǔn)依次按一定的距離錯(cuò)位放開(kāi)。光束經(jīng)過(guò)第 一組棱鏡后沿快軸方向成臺(tái)階型分布，然后出射光進(jìn)入第二組棱鏡按照同樣 的原理將光束在慢軸方向重排，結(jié)果使光參數(shù)積在慢軸方向上減小了 1/n，在快軸方向上增加了 n倍，由此實(shí)現(xiàn)了快慢軸上光束參數(shù)乘積的均衡，達(dá)到了 整形目的。此方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是棱鏡間的精確錯(cuò)位不好控制導(dǎo)致裝配困難 不好調(diào)節(jié)。此方法是由Apllo instrument公司的Peter Y.Wang提出的。與 上述方法類似的還有Laserline公司發(fā)明的專利US5986794，同樣存在裝配困 難、不好調(diào)節(jié)的缺陷。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)缺點(diǎn)，提供了一種半導(dǎo)體激光陣列快慢 軸光束參數(shù)乘積均勻化的裝置。本裝置在能夠?qū)崿F(xiàn)快慢軸的光束質(zhì)量均勻化 的同時(shí)，還具有易加工、易調(diào)節(jié)、裝配簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。 對(duì)于半導(dǎo)體激光一維陣列l(wèi)，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下 半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積勻稱化裝置，包括有半導(dǎo)體激光一維陣列l(wèi)、準(zhǔn)直快慢軸的第一微透鏡陣列2和聚焦透鏡組；其特征在于還包括有第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B;其中，所述的第一平板玻璃堆A和 第二平板玻璃堆B都是由N對(duì)玻璃平板沿玻璃平板厚度方向依次疊加而成，N 是光束被分割的份數(shù)，每對(duì)玻璃平板均包括兩個(gè)相同的、置于同一水平面且對(duì)應(yīng)斜邊和直角邊分別平行并呈上下倒置放置的玻璃板；第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B相互垂直放置，第一平板玻璃堆A的厚度方向平行于半 導(dǎo)體激光陣列的慢軸方向，第二平板玻璃堆B的厚度方向平行于半導(dǎo)體激光 陣列的快軸方向；從半導(dǎo)體激光一維陣列1發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直快慢軸的第一微 透鏡陣列2準(zhǔn)直后，通過(guò)第一平板玻璃堆A的直角邊傳入第一平板玻璃堆A，經(jīng)第一平板玻璃堆A的斜邊折射后從第一平板玻璃堆A的另一個(gè)直角邊輸出， 第一平板玻璃堆A使光束產(chǎn)生了不同的偏移形成階梯行光束，第二平板玻璃堆B使階梯形光束變換為豎直排列的光束后進(jìn)入聚焦透鏡組。所述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每對(duì)玻璃平板的底角 角度不同但總長(zhǎng)度L是相同的，各對(duì)玻璃平板按照底角角度遞增的順序依次向 兩側(cè)疊加，角度最大的玻璃板位于最外側(cè)。所述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每對(duì)玻璃平板的底邊 大小不同但是底角相同且總長(zhǎng)度L是相同的，各對(duì)玻璃平板按照底邊從大到 小的順序依次由中間向兩側(cè)疊加，底邊最小的玻璃板位于最外側(cè)。所述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每對(duì)玻璃平板中的各 個(gè)玻璃板都完全相同，每對(duì)玻璃平板的總長(zhǎng)度L是變化的，即每對(duì)中兩個(gè)玻 璃板的相對(duì)位移S不同，各對(duì)按照位移S從小到大的順序依次疊加，相對(duì)位 移最大的玻璃板位于最外側(cè)。所述的玻璃板的形狀為三角形或梯形。所述的平板玻璃堆，其中三角形玻璃板對(duì)的數(shù)量，即光束被分割的份數(shù) 按照光束參數(shù)乘積在快、慢軸相似的原理來(lái)確定。若為奇數(shù)，中間的三角形 玻璃板對(duì)的空隙S=0，可直接用矩形玻璃板替代；若為偶數(shù)，中間的三角形 玻璃板對(duì)的空隙SX)。所述的平板玻璃堆A和平板玻璃堆B之間的距離應(yīng)盡量減小以減小光束 發(fā)散和能量損耗，范圍是0 10mm。所述的玻璃平板可以直接堆積，也可以為了防止直接堆積造成平板玻璃 之間的接觸而導(dǎo)致光在各平板間傳輸串?dāng)_從而增加光功率損耗，以及為了能 固定各個(gè)玻璃板，玻璃板之間可使用一種光學(xué)粘合劑。所述的光學(xué)粘合劑，其特征在于光學(xué)粘合劑的折射率應(yīng)小于玻璃的折射 率，以便使光在玻璃板內(nèi)發(fā)生全反射，加強(qiáng)其波導(dǎo)效應(yīng)。對(duì)于半導(dǎo)體激光二維陣列的密排型堆棧，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積勻稱化裝置，包括有半導(dǎo)體激光二 維陣列的密排型堆棧18、準(zhǔn)直快慢軸的第二微透鏡陣列20、準(zhǔn)直快慢軸的第 一柱面透鏡22、第二柱面透鏡23和聚焦透鏡組；其特征在于還包括有第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B;其中，所述的第一平板玻璃堆A和第二 平板玻璃堆B都是由N對(duì)玻璃平板沿玻璃板厚度方向依次疊加而成，N是光束被分割的份數(shù)，每對(duì)玻璃平板均包括兩個(gè)相同的、置于同一水平面且對(duì)應(yīng)斜邊和直角邊分別平行并呈上下倒置放置的玻璃板；第一平板玻璃堆A和第二 平板玻璃堆B相互垂直放置，第一平板玻璃堆A的厚度方向平行于半導(dǎo)體激 光陣列的慢軸方向，第二平板玻璃堆B的厚度方向平行于半導(dǎo)體激光陣列的 快軸方向；從半導(dǎo)體激光二維陣列的密排型堆棧18發(fā)出的光依次經(jīng)準(zhǔn)直快慢 軸的第二微透鏡陣列20、第一柱面透鏡22、第二柱面透鏡23后通過(guò)第一平 板玻璃堆A的直角邊傳入第一平板玻璃堆A，經(jīng)第一平板玻璃堆A的斜邊折射 后從第一平板玻璃堆A的另一個(gè)直角邊輸出，第一平板玻璃堆A使光束產(chǎn)生 了不同的偏移形成階梯行光束，第二平板玻璃堆B使階梯形光束變換為豎直 排列的光束后進(jìn)入聚焦透鏡組。所述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每對(duì)玻璃平板的底角 角度不同但總長(zhǎng)度L相同，各對(duì)玻璃平板按照底角角度遞增的順序依次向兩側(cè) 疊加，角度最大的玻璃板位于最外側(cè)。所述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每對(duì)玻璃平板的底邊 大小不同但是底角相同且總長(zhǎng)度L是相同的，各對(duì)玻璃平板按照底邊從大到 小的順序依次由中間向兩側(cè)疊加，底邊最小的玻璃板位于最外側(cè)。述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每對(duì)玻璃平板中的各個(gè) 玻璃板都完全相同，每對(duì)玻璃平板的總長(zhǎng)度L是變化的，即每對(duì)中兩個(gè)玻璃 板的相對(duì)位移S不同，各對(duì)按照位移S從小到大的順序依次疊加，相對(duì)位移 最大的玻璃板位于最外側(cè)。所述的玻璃板的形狀為三角形或梯形。所述的平板玻璃堆，其中三角形玻璃板對(duì)的數(shù)量，即光束被分割的份數(shù) 按照光束參數(shù)乘積在快、慢軸相似的原理來(lái)確定。若為奇數(shù)，中間的三角形 玻璃板對(duì)的空隙S = 0，可直接用矩形玻璃板替代；若為偶數(shù)，中間的三角形 玻璃板對(duì)的空隙S〉0。所述的平板玻璃堆A和平板玻璃堆B之間的距離應(yīng)盡量減小以減小光束 發(fā)散和能量損耗，范圍是0 10腿。所述的玻璃平板可以直接堆積，也可以為了防止直接堆積造成平板玻璃 之間的接觸而導(dǎo)致光在各平板間傳輸串?dāng)_從而增加光功率損耗，以及為了能 固定各個(gè)玻璃板，玻璃板之間可使用一種光學(xué)粘合劑。所述的光學(xué)粘合劑，其特征在于光學(xué)粘合劑的折射率應(yīng)小于玻璃的折射 率，以便使光在玻璃板內(nèi)發(fā)生全反射，加強(qiáng)其波導(dǎo)效應(yīng)。對(duì)于半導(dǎo)體激光二維陣列的非密排型堆棧，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案 半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積勻稱化裝置，包括有半導(dǎo)體激光二 維陣列的非密排型堆棧19、準(zhǔn)直快慢軸的第三微透鏡陣列21和聚焦透鏡組； 其特征在于還包括有第一平板玻璃堆A和第三平板玻璃堆B〃 ；其中，所述的第一平板玻璃堆A由N對(duì)玻璃平板沿玻璃板厚度方向依次疊加而成，第 三平板玻璃堆B〃由M組玻璃平板沿玻璃板厚度方向依次疊加而成，每組玻 璃平板又包括有N對(duì)沿玻璃板厚度方向依次疊加的玻璃板，M為非密排型堆棧 的Bar條數(shù)，N是光束被分割的份數(shù)；每對(duì)玻璃平板均包括兩個(gè)相同的、置于 同一水平面且對(duì)應(yīng)斜邊和直角邊分別平行的并呈上下倒置放置的玻璃板；第 一平板玻璃堆A和第三平板玻璃堆B 〃相互垂直放置，第一平板玻璃堆A的 厚度方向平行于半導(dǎo)體激光陣列的慢軸方向，第三平板玻璃堆B〃的厚度方 向平行于半導(dǎo)體激光陣列的快軸方向；從半導(dǎo)體激光一維陣列1發(fā)出的光經(jīng) 準(zhǔn)直快慢軸的微透鏡2準(zhǔn)直后，入射到第一平板玻璃堆A的直角邊，經(jīng)第一 平板玻璃堆A的斜邊折射后從第一平板玻璃堆A的另一個(gè)直角邊輸出，第一 平板玻璃堆A使M個(gè)Bar條發(fā)出的入射光產(chǎn)生了不同的偏移形成M組階梯形光束，第三平板玻璃堆B"使M組階梯形光束變換為豎直排列的線性光束，最后進(jìn)入聚焦透鏡組。所述的第一平板玻璃堆A和第三平板玻璃堆.B"中的每對(duì)玻璃平板的底 角角度不同但總長(zhǎng)度L相同，各對(duì)玻璃平板按照底角角度遞增的順序依次向兩 側(cè)疊加，角度最大的玻璃板位于最外側(cè)。所述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每對(duì)玻璃平板的底邊 大小不同但是底角相同且總長(zhǎng)度L是相同的，各對(duì)玻璃平板按照底邊從大到 小的順序依次由中間向兩側(cè)疊加，底邊最小的玻璃板位于最外側(cè)。所述的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的每對(duì)玻璃平板中的各 個(gè)玻璃板都完全相同，每對(duì)玻璃平板的總長(zhǎng)度L是變化的，即每對(duì)中兩個(gè)玻 璃板的相對(duì)位移S不同，各對(duì)按照位移S從小到大的順序依次疊加，相對(duì)位 移最大的玻璃板位于最外側(cè)。所述的玻璃板的形狀為三角形或梯形。所述的平板玻璃堆，其中三角形玻璃板對(duì)的數(shù)量，即光束被分割的份數(shù) 按照光束參數(shù)乘積在快、慢軸相似的原理來(lái)確定。若為奇數(shù)，中間的三角形 玻璃板對(duì)的空隙S二0，可直接用矩形玻璃板替代；若為偶數(shù)，中間的三角形 玻璃板對(duì)的空隙S〉0。所述的平板玻璃堆A和平板玻璃堆B〃之間的距離應(yīng)盡量減小以減小光束 發(fā)散和能量損耗，范圍是0 10mm。所述的玻璃平板可以直接堆積，也可以為了防止直接堆積造成平板玻璃 之間的接觸而導(dǎo)致光在各平板間傳輸串?dāng)_從而增加光功率損耗，以及為了能 固定各個(gè)玻璃板，玻璃板之間可使用一種光學(xué)粘合劑。所述的光學(xué)粘合劑，其特征在于光學(xué)粘合劑的折射率應(yīng)小于玻璃的折射 率，以便使光在玻璃板內(nèi)發(fā)生全反射，加強(qiáng)其波導(dǎo)效應(yīng)。對(duì)于半導(dǎo)體激光一維陣列1、半導(dǎo)體激光二維陣列的密排型堆棧18和半 導(dǎo)體激光二維陣列的非密排型堆棧19，本發(fā)明中的第一平板玻璃堆A的結(jié)構(gòu)是相同的。對(duì)于半導(dǎo)體激光一維陣列1、半導(dǎo)體激光二維陣列的密排型堆棧 18，第三平板玻璃堆B〃的結(jié)構(gòu)也是相同的。對(duì)于半導(dǎo)體激光二維陣列的非密排型堆棧19，第三平板玻璃堆B〃是前兩種中的第二平板玻璃堆的簡(jiǎn)單疊本發(fā)明的思想來(lái)源于三角形平板玻璃對(duì)光束的偏折效應(yīng)以及光在平行波 導(dǎo)傳播中的全反射原理。在本發(fā)明中，光束垂直入射，并在每對(duì)直角三角板 中的傳輸?shù)刃С稍谄叫胁▽?dǎo)板中的傳播，出射光束平行于入射光束并產(chǎn)生一 定的平移，只是平移量由直角三角板的底角和每對(duì)三角板的相對(duì)距離和位置 決定。以同樣的原理，出射光再進(jìn)入到第二個(gè)堆，該堆垂直于第一個(gè)堆，可 將這些高度呈梯形分布的光束進(jìn)一步重排為一列整齊的線狀光束。對(duì)于半導(dǎo)體激光一維陣列即單個(gè)Bar，慢軸的光束參數(shù)乘積與快軸的光束 參數(shù)乘積的比值BPPx/BPPy為100 1000倍，其中較好的Bar，其慢快軸的光 束參數(shù)積可以相差100倍。光束經(jīng)過(guò)整形元件第一平板玻璃堆A和第二平板 玻璃堆B，由于每個(gè)堆包括N對(duì)三角形玻璃平板，光束首先被分割成N份且沿 快軸方向成階梯型分布，然后再沿慢軸方向重排得到一線狀光束分布。整形 后的快軸光束參數(shù)乘積BPPy' 二N6PPy，慢軸的光束參數(shù)乘積BPPx' = BPPx /N。其中N根據(jù)快慢軸光束參數(shù)乘積相差的倍數(shù)來(lái)確定。因此本發(fā)明裝置不 但能夠?qū)崿F(xiàn)快慢軸光束參數(shù)乘積的均勻化而且具有易安裝、易調(diào)節(jié)、易加工 的優(yōu)點(diǎn)，克服了其他方法中不好調(diào)節(jié)、加工困難的缺點(diǎn)。


圖1一種半導(dǎo)體激光一維陣列快慢軸光束參數(shù)乘積均勻化裝置，該圖所在 平面平行于激光陣列的慢軸方向；圖2本發(fā)明中三角形平板玻璃對(duì)光束偏折效應(yīng)的基本原理圖； 圖3改變角度法中整形元件的立體圖； 圖4改變角度法的原理圖；圖5半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積均勻化裝置中的改變角度法的裝置圖，該圖所在平面平行于激光陣列的快軸方向；圖6顯示了圖5的裝置圖，所在平面平行于激光陣列的慢軸方向； 圖7顯示了光束整形前、整形中和整形后的光斑分布情況； 圖8改變大小法中整形元件的立體圖； 圖9改變大小法的原理圖；圖10半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積均勻化裝置中的改變大小法的 裝置圖，該圖所在平面平行于激光陣列的快軸方向；圖11顯示了圖10的裝置圖，所在平面平行于激光陣列的慢軸方向； 圖12改變距離法中整形元件的立體圖； 圖13改變距離法的原理圖；圖14半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積均勻化方法中的改變距離法的 裝置圖，該圖所在平面平行于激光陣列的快軸方向；圖15顯示了圖14的裝置圖，所在平面平行于激光陣列的慢軸方向； 圖16顯示了圖5裝置的改進(jìn)圖，所在平面平行于激光陣列的快軸方向； 圖17顯示了圖6裝置的改進(jìn)圖，所在平面平行于激光陣列的慢軸方向； 圖18 —種二維密排型半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積均勻化裝置； 圖19圖18所示裝置中半導(dǎo)體激光Bar密排堆桟經(jīng)透鏡準(zhǔn)直后的光束在 玻璃堆整形前、整形中和整形后的光斑分布情況；圖20激光二維非密排型激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積均勻化裝置； 圖21圖20所示裝置中半導(dǎo)體激光Bar非密排堆棧輸出光束在玻璃堆整 形前、整形中和整形后的光斑分布情況；圖中1、半導(dǎo)體激光一維陣列，2、第一微透鏡陣列，3、 一維陣列整形 前的光斑，9、經(jīng)平板玻璃堆A輸出的光斑，15、 一維陣列整形后的光斑，16、 柱透鏡，17、球面透鏡，18、半導(dǎo)體激光Bar密排的堆棧，19、半導(dǎo)體激光 Bar非密排堆棧，20 、第二微透鏡陣列，21、第三微透鏡陣列，22、第一柱 面透鏡，23、第二柱面透鏡，24、 二維密排堆棧整形前的光斑，25、經(jīng)第一平板玻璃堆輸出的光斑，26、 二維密排堆棧整形后的光斑，27、 二維非密排 堆棧整形前的光斑，28、 二維非密排堆棧整形中的光斑，29、 二維非密排堆 棧整形后的光斑，A、第一平板玻璃堆，B、第二平板玻璃堆，B〃 、第三平 板玻璃堆。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例。實(shí)施例1:對(duì)于一維陣列，其裝置包括半導(dǎo)體激光一維陣列l(wèi)，準(zhǔn)直快慢軸的第一微 透鏡陣列2，第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B以及由柱透鏡16和球面 透鏡17組成的聚焦透鏡組，如圖1所示。在圖中x為一維陣列的慢軸的方 向，y為一維陣列的快軸方向，z是光束傳輸方向。其中所述的第一平板玻璃 堆A和第二平板玻璃堆B都是由5對(duì)玻璃平板沿玻璃板厚度方向依次疊加到 一起，其中每對(duì)玻璃平板都包括兩個(gè)完全相同的直角三角型的玻璃板，兩個(gè) 直角三角型的玻璃板的置于同一水平面，以便使從前一個(gè)三角玻璃板的斜邊 射出的光束能夠入射到另一個(gè)直角三角形玻璃板的斜邊上。兩個(gè)直角三角形 玻璃板呈上下倒置放置，對(duì)應(yīng)斜邊和直角邊分別平行，如圖2 圖4所示。三角形玻璃板對(duì)的數(shù)量，即光束被分割的份數(shù)按照光束參數(shù)乘積在快、 慢軸相似的原理來(lái)確定。若為奇數(shù)，中間的三角形玻璃板對(duì)的空隙S=0，可 直接用矩形玻璃板替代，本實(shí)施例中選用的是5對(duì)玻璃板，所以中間的三角 形玻璃板對(duì)之間的空隙為0。兩個(gè)整形元件第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B相互垂直放置，其 中第一個(gè)整形元件即玻璃堆A的厚度方向平行于半導(dǎo)體激光陣列的慢軸方向。 玻璃堆B的厚度方向平行于激光陣列的快軸方向，且與玻璃堆A相垂直。第 一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B之間的距離應(yīng)盡量減小，以減小光束發(fā) 散和能量損耗。三角形平板玻璃可以直接堆積，也可以為了防止直接堆積造成平板玻璃之間的接觸而導(dǎo)致光在各平板間傳輸串?dāng)_從而增加光功率損耗，以及為了能 固定各個(gè)玻璃板，玻璃板之間可使用一種光學(xué)粘合劑。光學(xué)粘合劑的折射率 應(yīng)小于玻璃的折射率，以便使光在玻璃板內(nèi)發(fā)生全反射，加強(qiáng)其波導(dǎo)效應(yīng)。每個(gè)三角形玻璃板可以根據(jù)實(shí)際情況切除尖角，構(gòu)成多邊形玻璃板形成 的堆，如構(gòu)成梯形堆，但其原理與三角形玻璃板形成的堆的變換方式相同。第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B，根據(jù)改變的參數(shù)不同可以分為三 種方法改變角度法、改變大小法及改變距離法。本實(shí)施例中采用的是改變 角度法。改變角度法原理每對(duì)三角形玻璃板的總長(zhǎng)度L是一定的，當(dāng)三角 形平板底角由a變?yōu)镻時(shí)，通過(guò)每對(duì)玻璃板的光束由于折射角不同從而產(chǎn)生 了不同的偏移dl，如圖4所示。對(duì)于半導(dǎo)體激光一維陣列，改變距離法的整形原理經(jīng)快慢軸準(zhǔn)直微透 鏡準(zhǔn)直后的光束3垂直入射到三角形平板玻璃堆Al，光束被分割成五份并在各自對(duì)應(yīng)的片中產(chǎn)生折射偏移(圖3、圖4、圖5、圖6)，得到沿垂直方向成 階梯形分布的線性光束9 (圖7)。此線性光束再經(jīng)過(guò)三角堆Bl，依據(jù)相同 的光束重組原理，光束被進(jìn)一步重新排列為線性垂直光束15 (圖7)。例如 圖7所示的經(jīng)快慢軸準(zhǔn)直后的光束3垂直入射到三角堆Al后被分割成5份子 光束a、 b、 c、 d、 e，子光束c入射到中間的矩形板中從而不發(fā)生偏移；子光 束b和d經(jīng)過(guò)5、 5'和7、 7'后分別產(chǎn)生向下和向上距離為dl的偏移。再 經(jīng)過(guò)B2中的13、 13'和ll、 11'的兩次折射后子光束b和d又分別向右和 向左偏移距離dl'。依此類推子光束a、 e經(jīng)過(guò)Al后將分別向下、向上偏移 d2，然后經(jīng)過(guò)B2后再分別向右、向左偏移d2'。整形后的光束15如圖7所示， 其慢軸的光束參數(shù)乘積降低了五倍而慢軸的光束參數(shù)乘積增加了五倍，在一 定程度上平衡了快慢軸的光束參數(shù)乘積。實(shí)施例2:本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃 堆B采用了改變大小法，其他結(jié)構(gòu)完全相同。改變大小法的原理每對(duì)三角形玻璃板的總長(zhǎng)度L一定，通過(guò)改變?nèi)?形底邊長(zhǎng)度但保持底角不變，從而使得傳播的光束盡管折射角相同但在每對(duì) 三角玻璃板之間由于傳播距離不同而造成偏移量不同，如圖9所示。對(duì)于一 維陣列采用改變大小法的整形原理與實(shí)施例1中改變角度法相同經(jīng)快慢軸 準(zhǔn)直微透鏡準(zhǔn)直后的光束3垂直入射到三角形平板玻璃堆A2，光束被分割成五份并在各自對(duì)應(yīng)的片中產(chǎn)生折射偏移(圖8、圖9、圖10、圖ll)，得到沿 垂直方向成階梯形分布的線性光束9 (圖7)。此線性光束再經(jīng)過(guò)三角堆B2， 依據(jù)相同的光束重組原理，光束被進(jìn)一步重新排列為線性垂直光束15 (圖7)。實(shí)施例3:本實(shí)施例與實(shí)施例1和2的不同之處在于第一平板玻璃堆A和第二平板 玻璃堆B采用了改變距離法，其他結(jié)構(gòu)完全相同。改變距離法的原理第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃堆B中的所有每 組中的各個(gè)三角形玻璃板都完全相同，通過(guò)改變每一對(duì)在水平方向的相對(duì)位 移S從而使光束產(chǎn)生不同的偏移，如圖13所示。對(duì)于一維陣列采用改變距離 法的整形原理與實(shí)施例l、 2中改變角度法和改變大小法相同經(jīng)快慢軸準(zhǔn)直 微透鏡準(zhǔn)直后的光束3垂直入射到三角形平板玻璃堆A3，光束被分割成五份 并在各自對(duì)應(yīng)的片中產(chǎn)生折射偏移(圖12、圖13、圖14、圖15)，得到沿垂 直方向成階梯形分布的線性光束9 (圖7)。此線性光束再經(jīng)過(guò)三角堆B3， 依據(jù)相同的光束重組原理，光束被進(jìn)一步重新排列為線性垂直光束15 (圖7)實(shí)施例4:本實(shí)施例是針對(duì)半導(dǎo)體激光二維陣列的密排型堆棧，對(duì)于半導(dǎo)體激光二維陣列的密排型堆棧，其裝置包括密排堆18，準(zhǔn)直快慢軸的第二微透鏡20， 準(zhǔn)直快慢軸的第一柱面透鏡22、第二柱面透鏡23，玻璃堆A'和玻璃堆B'， 以及聚焦透鏡組16、 17。如圖18。對(duì)于密排型堆棧經(jīng)過(guò)微透鏡準(zhǔn)直，準(zhǔn)直后 的光再經(jīng)過(guò)相互垂直放置的兩個(gè)柱面透鏡的近一步快慢軸準(zhǔn)直，得到近似一 維陣列輸出的光束，然后通過(guò)三角形平板玻璃堆A' 、 B'對(duì)此光束進(jìn)行分割重排，使得陣列快慢軸光束參數(shù)乘積勻稱化，如圖19所示。因此本實(shí)施例中的玻璃堆A'和玻璃堆B'與實(shí)施例1中的第一平板玻璃堆A和第二平板玻璃 堆B的結(jié)構(gòu)相同。實(shí)施例5:本實(shí)施例是針對(duì)半導(dǎo)體激光二維陣列的非密排型堆棧。對(duì)于半導(dǎo)體激光二維陣列的非密排型堆棧，其裝置包括非密排堆19、準(zhǔn) 直快慢軸的第三微透鏡21、玻璃堆A〃和玻璃堆B〃以及聚焦透鏡組16、 17， 其結(jié)構(gòu)如圖20所示。玻璃堆A〃由N'對(duì)厚度為D/N'的三角形玻璃板疊加組 合，其中N'為光束被分割的份數(shù)，D為Bar的長(zhǎng)度。而玻璃堆B"是由n個(gè) 厚度為H的玻璃堆B沿厚度方向疊加而成，n為非密排堆棧的Bar數(shù)，H為Bar 間的距離。其中的玻璃堆B又由N'對(duì)厚度為H/N'的三角形玻璃板疊加組成。 對(duì)于非密排形堆棧，由于Bar間相隔距離較大，經(jīng)微透鏡準(zhǔn)直過(guò)的堆棧 光束直接入射到玻璃堆A〃 、 B〃中，然后經(jīng)過(guò)聚焦透鏡組后輸出，如圖20所 示。非密排形堆棧可釆用大通道的熱沉以避免Bar因微通道熱沉腐蝕而帶來(lái) 的壽命減少的問(wèn)題。對(duì)于Bar間距離較大的非密排形堆棧，它經(jīng)過(guò)微透鏡準(zhǔn)直后的光束27， 此光束存在暗區(qū)，經(jīng)過(guò)玻璃堆A〃整形后，輸出光束為多組階梯型光束分布， 如圖21中的28;此光束28再經(jīng)過(guò)由多組玻璃堆疊加構(gòu)成的新玻璃堆B〃的 光束重組后，最終得到圖21中29所示的快慢軸光束參數(shù)乘積比較均勻的光 束分布。其中整形后暗區(qū)消失，從而提高了光束質(zhì)量和功率密度。經(jīng)使用表明，此半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光參數(shù)乘積勻稱化裝置可以將陣 列發(fā)出的光進(jìn)行整形，得到快慢軸光束參數(shù)乘積均勻化的光束。此外，由于 整形元件是由簡(jiǎn)單的三角形或梯形組合而成，不僅成本低、易加工而且整體 結(jié)構(gòu)緊湊。特別是梯形玻璃堆的結(jié)構(gòu)，由于梯形具有上下平行的底邊，使得 此結(jié)構(gòu)易安裝、調(diào)節(jié)。所以，本發(fā)明裝置具有易調(diào)節(jié)、成本低、易加工、整形效果好、耦合效 率高的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1、半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積勻稱化裝置，包括有半導(dǎo)體激光一維陣列(1)、準(zhǔn)直快慢軸的第一微透鏡陣列(2)和聚焦透鏡組；其特征在于還包括有第一平板玻璃堆(A)和第二平板玻璃堆(B)；其中，所述的第一平板玻璃堆(A)和第二平板玻璃堆(B)都是由N對(duì)玻璃平板沿玻璃平板厚度方向依次疊加而成，N是光束被分割的份數(shù)，每對(duì)玻璃平板均包括兩個(gè)相同的、置于同一水平面且對(duì)應(yīng)斜邊和直角邊分別平行并呈上下倒置放置的玻璃板；第一平板玻璃堆(A)和第二平板玻璃堆(B)相互垂直放置，第一平板玻璃堆(A)的厚度方向平行于半導(dǎo)體激光陣列的慢軸方向，第二平板玻璃堆(B)的厚度方向平行于半導(dǎo)體激光陣列的快軸方向；從半導(dǎo)體激光一維陣列(1)發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直快慢軸的第一微透鏡陣列(2)準(zhǔn)直后，通過(guò)第一平板玻璃堆(A)的直角邊傳入第一平板玻璃堆(A)，經(jīng)第一平板玻璃堆(A)的斜邊折射后從第一平板玻璃堆(A)的另一個(gè)直角邊輸出，第一平板玻璃堆(A)使光束產(chǎn)生了不同的偏移形成階梯行光束，第二平板玻璃堆(B)使階梯形光束變換為豎直排列的光束后進(jìn)入聚焦透鏡組。
2、半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積勻稱化裝置，包括有半導(dǎo)體激光二維 陣列的密排型堆棧(18)、準(zhǔn)直快慢軸的第二微透鏡陣列(20)、準(zhǔn)直快慢軸 的第一柱面透鏡(22)、第二柱面透鏡(23)和聚焦透鏡組；其特征在于還 包括有第一平板玻璃堆(A)和第二平板玻璃堆(B);其中，所述的第一平 板玻璃堆(A)和第二平板玻璃堆(B)都是由N對(duì)玻璃平板沿玻璃板厚度方 向依次疊加而成，N是光束被分割的份數(shù)，每對(duì)玻璃平板均包括兩個(gè)相同的、 置于同一水平面且對(duì)應(yīng)斜邊和直角邊分別平行并呈上下倒置放置的玻璃板； 第一平板玻璃堆(A)和第二平板玻璃堆(B)相互垂直放置，第一平板玻璃 堆(A)的厚度方向平行于半導(dǎo)體激光陣列的慢軸方向，第二平板玻璃堆(B) 的厚度方向平行于半導(dǎo)體激光陣列的快軸方向；從半導(dǎo)體激光二維陣列的密 排型堆棧(18)發(fā)出的光依次經(jīng)準(zhǔn)直快慢軸的第二微透鏡陣列(20)、第一柱 面透鏡(22)、第二柱面透鏡(23)后通過(guò)第一平板玻璃堆(A)的直角邊傳入第一平板玻璃堆(A)，經(jīng)第一平板玻璃堆(A)的斜邊折射后從第一平板玻璃堆(A)的另一個(gè)直角邊輸出，第一平板玻璃娃(A)使光束產(chǎn)生了不同的 偏移形成階梯行光束，第二平板玻璃堆(B)使階梯形光束變換為豎直排列的 光束后進(jìn)入聚焦透鏡組。
3、 半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積勻稱化裝置，包括有半導(dǎo)體激光二維 陣列的非密排型堆棧(19)、準(zhǔn)直快慢軸的第三微透鏡陣列(21)和聚焦透鏡 組；其特征在于還包括有第一平板玻璃堆(A)和第三平板玻璃堆(B〃 )； 其中，所述的第一平板玻璃堆(A)由N對(duì)玻璃平板沿玻璃板厚度方向依次疊 加而成，第三平板玻璃堆(B〃 )包括有M組第二平板玻璃堆(B)，每組第二 平板玻璃堆(B)又包括有N對(duì)沿玻璃板厚度方向依次疊加的玻璃板，M為非 密排型堆棧的Bar條數(shù)，N是光束被分割的份數(shù)；每對(duì)玻璃平板均包括兩個(gè)相 同的、置于同一水平面且對(duì)應(yīng)斜邊和直角邊分別平行的并呈上下倒置放置的 玻璃板；第一平板玻璃堆(A)和第三平板玻璃堆(B〃 )相互垂直放置，第 一平板玻璃堆(A)的厚度方向平行于半導(dǎo)體激光陣列的慢軸方向，第三平板 玻璃堆(B〃 )的厚度方向平行于半導(dǎo)體激光陣列的快軸方向；從半導(dǎo)體激光 一維陣列(1)發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直快慢軸的微透鏡(2)準(zhǔn)直后，入射到第一平 板玻璃堆(A)的直角邊，經(jīng)第一平板玻璃堆(A)的斜邊折射后從第一平板 玻璃堆(A)的另一個(gè)直角邊輸出，第一平板玻璃堆(A)使M個(gè)Bai"條發(fā)出 的入射光產(chǎn)生了不同的偏移形成M組階梯形光束，第三平板玻璃堆(B〃 )使 M組階梯形光束變換為豎直排列的線性光束，最后進(jìn)入聚焦透鏡組。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體激光陣列快慢軸 光束參數(shù)乘積勻稱化裝置，其特征在于所述的第一平板玻璃堆(A)和第 二平板玻璃堆(B)中的每對(duì)玻璃平板的底角角度不同但總長(zhǎng)度L相同，各對(duì) 玻璃平板按照底角角度遞增的順序依次向兩側(cè)疊加，角度最大的玻璃板位于
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積勻稱化裝置，其特征在于所述的第一平板玻璃堆(A)和第 二平板玻璃堆(B)中的每對(duì)玻璃平板的底邊大小不同但底角相同且總長(zhǎng)度 L是相同的，各對(duì)玻璃平板按照底邊從大到小的順序依次向兩側(cè)疊加，底邊 最小的玻璃板位于最外側(cè)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體激光陣列快慢軸 光束參數(shù)乘積勻稱化裝置，其特征在于所述的第一平板玻璃堆(A)和第 二平板玻璃堆(B)中的每對(duì)玻璃平板中的各個(gè)玻璃板都完全相同，每對(duì)玻 璃平板的總長(zhǎng)度L是變化的，即每對(duì)中兩個(gè)玻璃板的相對(duì)位移S不同，各對(duì) 按照位移S從小到大的順序依次疊加，相對(duì)位移最大的玻璃板位于最外側(cè)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體激光陣列快慢軸 光束參數(shù)乘積勻稱化裝置，其特征在于所述的玻璃板的形狀為三角形或梯 形。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積勻稱化裝置， 其特征在于所述的第一平板玻璃堆(A)和第二平板玻璃堆(B)中的三角 形玻璃板對(duì)的數(shù)量若為奇數(shù)，中間的三角形玻璃板對(duì)的空隙S=0，可直接用 矩形玻璃板替代；若為偶數(shù)，中間的兩個(gè)三角形玻璃板對(duì)的空隙S〉0。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體激光陣列快慢軸 光束參數(shù)乘積勻稱化裝置，其特征在于所述的第一平板玻璃堆(A)和第二 平板玻璃堆(B)之間的距離是0 10醒，第一平板玻璃堆(A)和第三平板玻 璃堆(B〃 )之間的距離也是0 10咖。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積勻稱化裝置， 其特征在于所述的各玻璃平板直接堆積或玻璃板之間用光學(xué)粘合劑粘合， 所述的光學(xué)粘合劑的折射率小于玻璃的折射率。
全文摘要
本發(fā)明是一種半導(dǎo)體激光陣列快慢軸光束參數(shù)乘積均勻化裝置，屬于激光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。包括一組半導(dǎo)體激光陣列快慢軸準(zhǔn)直微透鏡單元、平板玻璃堆A、B和聚焦透鏡組。經(jīng)快慢軸準(zhǔn)直微透鏡后的光垂直入射到平板玻璃堆A，光束被分割成多份并在各自對(duì)應(yīng)的平板玻璃中產(chǎn)生折射偏移，得到沿激光陣列快軸方向成階梯形分布的線性光束。此梯形狀線性光束再經(jīng)過(guò)平板玻璃堆B，依據(jù)相同的光束重組原理，使光束沿陣列慢軸方向產(chǎn)生折射偏移并被進(jìn)一步重排為線狀的線性光束。這樣半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出的光束在快慢軸上有了更加接近的光束參數(shù)乘積，即快慢軸方向較平衡的光束質(zhì)量。最后經(jīng)過(guò)聚焦透鏡組的聚焦，可得到高功率密度、高亮度的快慢軸方向均勻的聚焦光斑。
文檔編號(hào)G02B27/09GK101221288SQ20081005601
公開(kāi)日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者曹銀花, 王智勇, 許春曉 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)