本發(fā)明設(shè)計光學(xué)設(shè)計領(lǐng)域和半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，尤其涉及半導(dǎo)體激光器光束整形領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

由于半導(dǎo)體的發(fā)光特性，垂直邊發(fā)射的半導(dǎo)體激光器快慢軸發(fā)散角差距較大，這使得半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量較差，給光束整形造成一定困難，在對光束質(zhì)量要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器無法達到要求，限制了半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用，多片整形透鏡的整形方法對于裝配精度要求較高，運用單片透鏡整形可以使整形系統(tǒng)更簡化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是一種將半導(dǎo)體快慢軸整形用一塊雙膠合透鏡實現(xiàn)的設(shè)計。

根據(jù)透鏡的口徑大小由透鏡需要擺放的位置確定，選定折射率為n₂的材料1作為雙膠合透鏡的前透鏡即第一個透鏡材料，折射率為n₃的材料2作為后透鏡即第二個透鏡材料，前后兩透鏡之間采用雙膠合的方法膠合為一塊厚透鏡，此雙膠合透鏡的三個面依次為非球面、球面、球面，對光束進行整形，n₂＞n₃。

第一個透鏡的前表面為快軸方向的凸非球面柱面，使快軸方向的光束達到平行，其非球面方程由折射方程n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂得出，其中n₁為空氣折射率，n₂為材料1的折射率，θ₁為光由空氣到非球面的入射角，θ₂為光由空氣到非球面的出射角。

第一個透鏡的后表面即第二個透鏡的前表面為凹球面，對快軸方向的光進行聚焦的同時，對慢軸方向的光(近似為高斯光)進行準直。此球面與前表面的距離有目標光斑的大小決定，此球面的半徑即球面距光源的距離。

第二個透鏡的后表面為快軸方向的凸球面柱面，對通過前一表面聚焦的快軸方向的光進行準直。此凸球面柱面的半徑由目標光斑的大小決定，材料2折射率為n₃。

在快軸方向，先通過非球面進行準直，在通過球面進行聚焦，最后通過球面再次準直得到半徑較小的光斑，快軸方向結(jié)構(gòu)圖如圖2；在慢軸方向，采用球面對慢軸光斑進行壓縮，慢軸結(jié)構(gòu)圖如圖3。

最終得到的整形后能量在X,Y方向的分布圖如圖3、4。

此透鏡為雙膠合透鏡，第一片透鏡的第一個表面為非球面，用于對快軸方向光束進行準直；第二個面為雙膠合球面，在對快軸方向光束進行聚焦的同時對慢軸方向光束進行準直；第三個面為柱面，對快軸方向的光束進行準直。

非球面為快軸與光軸方向的非球面柱透鏡，由幾何光學(xué)光束傳播的折射方程得出面型方程。

球面半徑大小由慢軸方向光束傳播的折射方程決定，球面位置與鏡片到光源距離有關(guān)。

柱面在快軸與光軸平面內(nèi)為球面，其半徑長度由目標光斑大小決定。

附圖說明

圖1為整形透鏡在快軸方向的截面圖。

圖2為整形透鏡在慢軸方向的截面圖。

圖3為整形后能量在快軸方向的分布圖。

圖4為整形后能量在慢軸方向的分布圖。

圖中，Z方向為光束傳播方向，Y為半導(dǎo)體激光器的快軸方向，X為半導(dǎo)體激光器的慢軸方向，圖1在YOZ平面內(nèi)，圖2在XOZ平面內(nèi)。

具體實施方式

具體實施方式：結(jié)合圖1到圖4，說明本實施方式，本實施方式中激光器采用405nm半導(dǎo)體激光器，快軸方向發(fā)散角為20°，慢軸方向發(fā)散角為10°,LD條寬為1*20um,目標為出射光斑為正方形，具體按以下步驟實現(xiàn)：

由激光器的裝配確定透鏡擺放位置L為8mm，由快軸發(fā)散角確定透鏡的口徑ω，其中ω₀＝0.5um，d為虛擬點光源到實際光源的距離，可得ω＝1.411mm，由慢軸發(fā)散角確定透鏡的口徑ω′，其中ω₀′＝10um，d′為虛擬點光源到實際光源的距離，可得ω′＝0.7099mm，即透鏡口徑為1.411mm。

由折射定律n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂，及光線傳播的幾何光學(xué)計算得，此為YOZ方向的非球面面型：z＝-0.0005y⁴-0.006y³+0.132y²-0.003y+8000。

膠合面為球面，其球心在Z軸上，距離光源(n₃-n₂)*(L+d)+L＝9622.860um，球面半徑即r₁＝(n₃-n₂)*(L+d)＝1622.860um，由此確定膠合面方程，而膠合面與非球面的距離對已準直的快軸方向沒有影響，且兩個面的邊緣厚度為0。

出射面為球面柱面，與前一表面的焦點重合，由成像的高斯公式可得，其半徑與前一表面的半徑r₁的關(guān)系為：r₂＝1.2575r₁，且距離上一平面的距離D為兩個曲面焦距之差，得到r₂＝2040.746um，D＝6048.399um。

圖3、4為整形后的能量分布情況，由于衍射的存在，此光斑為TEM₀₁模。