本實(shí)用新型屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種半導(dǎo)體激光器。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體激光器具有電光轉(zhuǎn)換效率高、波長覆蓋范圍廣、可靠性高、體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)，在材料加工、生物醫(yī)療、軍事防御和激光泵浦等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器的輸出光束在空間分布上存在缺陷，具體在于：半導(dǎo)體激光器的發(fā)散角很大，其快軸方向(垂直于pn結(jié)方向)發(fā)散角約為70°，慢軸方向(平行于pn結(jié)方向)約為20°；其次，半導(dǎo)體激光器光束質(zhì)量在快慢軸方向不均衡，在快軸方向接近衍射極限，而在慢軸方向的光束質(zhì)量較差，光參數(shù)積一般大于400mm·mrad；上述缺陷導(dǎo)致了半導(dǎo)體激光器在應(yīng)用上的局限性。

為了改善上述缺陷，現(xiàn)有技術(shù)通常采用復(fù)雜的光束整形和空間合束技術(shù)，但只能對半導(dǎo)體激光器的輸出光束質(zhì)量進(jìn)行一定程度的改善，還存在下列問題：由于初始半導(dǎo)體激光單元慢軸方向的光束質(zhì)量差，經(jīng)過光束整形和空間合束后的光束質(zhì)量仍然較差；空間合束后的填充因子低，導(dǎo)致后續(xù)的光束質(zhì)量差；對光束進(jìn)行分割、平移和重排的光參數(shù)積均衡化方法(如平行平板法，階梯鏡法、反射棱鏡法、道威棱鏡法和傾斜柱透鏡陣列法)所使用的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工昂貴，并且對光學(xué)系統(tǒng)的安裝精度要求非常高。因此現(xiàn)有的通過光束整形和空間合束技術(shù)來改善光束質(zhì)量的高功率半導(dǎo)體激光器還難以獲得廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提供了一種半導(dǎo)體 激光器，其目的在于提供一種光路整形單元簡單、可輸出高質(zhì)量光束的半導(dǎo)體激光器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本實(shí)用新型的一個方面，提供了一種半導(dǎo)體激光器，包括半導(dǎo)體激光堆棧和光路整形單元兩部分；

其中，半導(dǎo)體激光堆棧由多個相同的半導(dǎo)體激光巴條排列而成，每個半導(dǎo)體激光巴條由多個相同的半導(dǎo)體激光單元等間距排列而成，相鄰激光巴條間的間距與相鄰半導(dǎo)體激光單元間的間距相等。

其中，光路整形單元包括第一準(zhǔn)直鏡和第二準(zhǔn)直鏡；第一準(zhǔn)直鏡、第二準(zhǔn)直與半導(dǎo)體激光堆棧三者數(shù)量相等；

第一準(zhǔn)直鏡用于對半導(dǎo)體激光堆棧發(fā)出的激光光束的快軸方向進(jìn)行初次準(zhǔn)直處理，獲得快軸方向發(fā)散角被壓縮的光束；第二準(zhǔn)直鏡用于對該快軸方向被壓縮的光束進(jìn)行二次準(zhǔn)直處理；二次準(zhǔn)直處理同時壓縮光束的快慢軸兩個方向的發(fā)散角，獲得輸出功率高、分布均勻的激光光束。

優(yōu)選的，上述半導(dǎo)體激光器，其第一準(zhǔn)直鏡包括多個分離的條狀柱面鏡；其中，條狀柱面鏡的一面為平面，另一面為凸圓柱面；一個條狀柱面鏡與一個半導(dǎo)體激光巴條相對應(yīng)，條狀柱面鏡的平面緊貼于半導(dǎo)體激光巴條的出射端面；

一個第二準(zhǔn)直鏡與一個第一準(zhǔn)直鏡相對應(yīng)；第二準(zhǔn)直鏡設(shè)置在第一準(zhǔn)直鏡一側(cè)的特定位置；第二準(zhǔn)直鏡面向半導(dǎo)體激光堆棧的一面由多個條狀柱面準(zhǔn)直鏡等距排列而成，另一面由多個邊緣形狀為正方形的球面鏡排列而成；

其中，特定位置是指入射光通過第一準(zhǔn)直鏡的條狀柱面鏡后快軸與慢軸方向的光束寬度相等的位置；

其中，面向半導(dǎo)體激光堆棧這一面的每個條狀柱面準(zhǔn)直鏡，對應(yīng)一個半導(dǎo)體激光巴條；一個邊緣形狀為正方形的球面鏡對應(yīng)一個半導(dǎo)體激光單元，第一準(zhǔn)直鏡的出射光從第二準(zhǔn)直鏡的柱面準(zhǔn)直鏡入射，從第二準(zhǔn)直鏡 的方形球面鏡出射；

上述光路整形單元，用兩塊透鏡的組合實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的功能，提高了快軸方向上的光束質(zhì)量，提高了光束整體的填充因子，獲得分布均勻的出射光束；并且降低對使用安裝的精度要求，縮小了整個半導(dǎo)體激光器的體積。

優(yōu)選的，上述半導(dǎo)體激光器，其半導(dǎo)體激光單元的諧振腔為正支共焦非穩(wěn)腔；其半導(dǎo)體激光單元的激光岀射端面是一個凹面與一個平面的組合，其中，凹面鍍有高反膜層，平面鍍有增透膜層。與激光出射端面平行的端面是鍍有高反膜層的凸面；上述鍍有高反膜層的凹面與鍍有高反膜層的凸面的曲率中心在激光岀射端面的前方重合，該結(jié)構(gòu)可以增大能量轉(zhuǎn)化效率。

優(yōu)選的，上述半導(dǎo)體激光器，其半導(dǎo)體激光堆棧的半導(dǎo)體激光單元排列成正方形、長方形、近似圓形或三角形，對應(yīng)輸出光束的截面為正方形、長方形、近似圓形或三角形的多樣化光斑，可適應(yīng)不同形狀的光源需求。

優(yōu)選的，上述半導(dǎo)體激光器，還包括偏振合束模塊；當(dāng)半導(dǎo)體激光器包括多個半導(dǎo)體激光堆棧時，偏振合束模塊設(shè)于半導(dǎo)體激光堆棧與第一準(zhǔn)直鏡之間，用于對所有半導(dǎo)體激光堆棧出射的不同偏振方向的激光進(jìn)行偏振合束處理。

優(yōu)選的，上述半導(dǎo)體激光器，還包括偏振合束模塊；

當(dāng)半導(dǎo)體激光器包括多個半導(dǎo)體激光堆棧時，偏振合束模塊設(shè)于第一準(zhǔn)直鏡與第二準(zhǔn)直鏡之間，用于對經(jīng)過初次準(zhǔn)直處理后出射的不同偏振方向的激光進(jìn)行偏振合束處理；以獲得超高功率的輸出激光。

由于采用偏振合束模塊對偏振方向不同的多個半導(dǎo)體激光堆棧出射的激光進(jìn)行偏振合束，因此可以通過增加半導(dǎo)體激光器堆棧的數(shù)量，達(dá)到提高光路整形單元入射光功率密度的目的，進(jìn)而達(dá)到提高半導(dǎo)體激光器輸出光功率密度的目的，獲得更高能量的輸出光束。偏振合束模塊還可以放置在整形光路之后，均是用于偏振合束處理，以獲得超高功率的輸出激光。

優(yōu)選的，上述半導(dǎo)體激光器，還包括波長合束模塊；當(dāng)半導(dǎo)體激光器包括多個半導(dǎo)體激光堆棧時，波長合束模塊設(shè)于半導(dǎo)體激光堆棧與第一準(zhǔn)直鏡之間，用于對所有半導(dǎo)體激光堆棧的出射光進(jìn)行波長合束處理。

優(yōu)選的，上述半導(dǎo)體激光器，還包括波長合束模塊；當(dāng)半導(dǎo)體激光器包括多個半導(dǎo)體激光堆棧時，波長合束模塊設(shè)于第一準(zhǔn)直鏡與第二準(zhǔn)直鏡之間，用于對初次準(zhǔn)直處理后出射的不同波長的激光進(jìn)行波長合束處理，以獲得超高功率的輸出激光。

由于采用波長合束模塊對多個半導(dǎo)體激光堆棧出射的激光進(jìn)行波長合束，因此可以通過增加半導(dǎo)體激光器堆棧的數(shù)量，達(dá)到提高光路整形單元入射光功率密度的目的，進(jìn)而達(dá)到提高半導(dǎo)體激光器輸出光功率密度的目的，以獲得超高功率的輸出激光。波長合束模塊還可以放置在整形光路的出射方向上，均是用于波長合束處理。

優(yōu)選的，上述半導(dǎo)體激光器，其第一準(zhǔn)直鏡和第二準(zhǔn)直鏡的每個鏡面的表面均鍍有一層對應(yīng)半導(dǎo)體激光波長的增透膜，以增加透光率，減少光損耗，提高能量利用率。

優(yōu)選的，上述半導(dǎo)體激光器，其第一準(zhǔn)直鏡和第二準(zhǔn)直鏡的鏡面類型可根據(jù)實(shí)際需要采用球面或非球面面型。

優(yōu)選的，上述半導(dǎo)體激光器，其半導(dǎo)體激光單元采用量子阱結(jié)構(gòu)或垂直腔面發(fā)射結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型提供的上述半導(dǎo)體激光器，通過第一準(zhǔn)直鏡和第二準(zhǔn)直鏡的組合獲得高功率高光束質(zhì)量的激光輸出，具有結(jié)構(gòu)簡單的突出特點(diǎn)；總體而言，通過本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本實(shí)用新型提供的半導(dǎo)體激光器，其半導(dǎo)體激光發(fā)光單元的諧振腔采用正支共焦非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)；由于正支非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)的焦點(diǎn)在諧振腔外面，降低了半導(dǎo)體激光單元的功率密度，提高功率輸出的光熱穩(wěn)定性；

另一方面，正支共焦非穩(wěn)腔具有有效抑制高階模的能力，從大尺寸的增益介質(zhì)方向上獲得接近衍射極限的光束輸出，極大改善了出射光慢軸方向的光束參數(shù)；在小尺寸的方向上則利用小尺寸范圍內(nèi)的增益體積與諧振腔內(nèi)最低階模的模體積的良好匹配，實(shí)現(xiàn)高效、高光束質(zhì)量的激光振蕩；由此使得激光器出射光束快軸與慢軸方向的BPP(Beam parameter produc，光束參數(shù)乘積)更接近，大大簡化對半導(dǎo)體激光準(zhǔn)直光路結(jié)構(gòu)；

(2)本實(shí)用新型提供的半導(dǎo)體激光器，由于采用聚焦來改變光束形狀，因此其半導(dǎo)體激光單元輸出激光的快軸光束參量乘積與慢軸光束參量乘積一致，輸出激光質(zhì)量更好；

(3)本實(shí)用新型提供的半導(dǎo)體激光器，采用第一準(zhǔn)直鏡和第二準(zhǔn)直鏡構(gòu)成光路整形單元；該光路整形單元只需要兩塊鏡片構(gòu)成，一片是靠近輸出窗口位置的柱面鏡，用于壓縮快軸方向的發(fā)散角；另外一塊是柱面球面組合鏡，其面向半導(dǎo)體發(fā)光單元一側(cè)是柱面鏡，用于對快軸方向的發(fā)散角進(jìn)一步壓縮，另外一側(cè)是球面鏡，用于同時對快軸和慢軸方向的光束進(jìn)行壓縮處理；通過調(diào)整各半導(dǎo)體激光巴條發(fā)光點(diǎn)之間的距離、半導(dǎo)體激光巴條之間的間距、鏡面的曲率、不同鏡面的間隔，可以實(shí)現(xiàn)填充因子到達(dá)100％的目的，獲得更高質(zhì)量的輸出激光；

本實(shí)用新型提供的半導(dǎo)體激光器，由于對快軸方向和慢軸方向不同的光路設(shè)計，在兩個方向上具有不同的匯聚效果；因此克服了半導(dǎo)體激光單元的快慢軸光束寬度和發(fā)散角不一致、空間合束后的填充因子低的缺陷，有效改善了半導(dǎo)體激光器輸出光束的質(zhì)量；

(4)本實(shí)用新型提供的半導(dǎo)體激光器，其優(yōu)選方案通過添加偏振合束模塊或波長合束模塊，在不改變光束質(zhì)量的情況下，可以獲得更高功率的激光輸出；

(6)本實(shí)用新型提供的半導(dǎo)體激光器適用于緊湊空間，且可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景調(diào)整內(nèi)部組件間隔，具有靈活適用的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光單元的截面圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光器慢軸方向的截面圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光器快軸方向的截面圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的逆光路方向的半導(dǎo)體激光堆棧分布形成正方形的示意圖；

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例里的第二準(zhǔn)直鏡的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的逆光路方向的半導(dǎo)體激光堆棧分布示意圖；其中，圖(a)是形成圓形時的示意圖，圖6(b)是形成矩形時的示意圖；

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-半導(dǎo)體激光堆棧，2-第一準(zhǔn)直鏡，3-第二準(zhǔn)直鏡，4-半導(dǎo)體激光巴條，5-半導(dǎo)體激光單元，6-正支共焦非穩(wěn)腔，7-柱面準(zhǔn)直鏡，8-方形球面透鏡，9-鍍高反膜的凹面，10-鍍增透膜的平面出光窗口，11-鍍高反膜的凸面。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光器，包括半導(dǎo)體激光堆棧和光路整形單元；其中，光路整形單元包括第一準(zhǔn)直鏡和第二準(zhǔn)直鏡；半導(dǎo)體激光堆棧由多個半導(dǎo)體激光巴條等距排列而成，半導(dǎo)體激光巴條由多個半導(dǎo)體激光單元等間距排列而成。

如圖1所示，半導(dǎo)體激光單元5的內(nèi)部諧振腔具有兩個與光路垂直的鏡面，即鍍高反膜的凹面9、鍍增透膜的平面10和鍍高反膜的凸面11組成 的輸出端面。

實(shí)施例中，半導(dǎo)體激光單元5的內(nèi)部諧振腔為非穩(wěn)波導(dǎo)混合腔，快軸方向?yàn)椴▽?dǎo)結(jié)構(gòu)，諧振腔尺寸約為1μm，發(fā)散角約為58°，快軸方向BPP(Beam parameter produc，光束參數(shù)乘積)約為0.25mm·mrad；慢軸方向采用正支非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)，非穩(wěn)腔能夠有效抑制高階模，使得其構(gòu)成的半導(dǎo)體激光器在慢軸方向也能獲得基模輸出，發(fā)散角約為20°。

如圖2所示為實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光器慢沿軸方向的截面圖，激光器出射激光的慢軸發(fā)散角為20°，比傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器慢軸發(fā)散角略大；光束經(jīng)由分離的條狀柱面鏡(第一準(zhǔn)直鏡2)后，其慢軸方向發(fā)散角沒有變化，光束繼續(xù)傳輸，經(jīng)過柱面球面鏡后(第二準(zhǔn)直鏡3)，在球面鏡一側(cè)慢軸方向被準(zhǔn)直；圖2中角θ_x是輸出激光慢軸方向上的發(fā)散角，θ'_x是經(jīng)過兩次整形后得到的慢軸方向上的發(fā)散角，此時縮小到5°以內(nèi)。

如圖3所示為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光器沿快軸方向的截面圖；激光器出射激光具有的快軸發(fā)散角為45°；半導(dǎo)體激光堆棧1的出射光束經(jīng)由第一個柱面準(zhǔn)直鏡7后快軸發(fā)散角被壓縮為θ_y，經(jīng)過方形球面透鏡8后快軸發(fā)散角被進(jìn)一步壓縮，得到的發(fā)散角為θ'_y，和慢軸方向上最后的發(fā)散角θ'_x相同，方形球面透鏡8的曲率根據(jù)發(fā)散角滿足的公式θ'_y＝θ'_x計算得到，使出射的激光光束分別在快軸與慢軸方向獲得準(zhǔn)直。

實(shí)施例中，第二準(zhǔn)直鏡設(shè)置在快軸與慢軸方向的光束寬度都為a的位置；通過控制第二準(zhǔn)直鏡的安放位置，可以獲得在快軸和慢軸方向的占空因子都達(dá)到100％的準(zhǔn)直光束；

如圖4所示為實(shí)施例中的一種半導(dǎo)體激光堆棧，其中任意相鄰兩個半導(dǎo)體單元3的間距b相等，形成的半導(dǎo)體激光堆棧的整體形狀為正方形。

實(shí)施例中，第一準(zhǔn)直鏡為分離式快軸準(zhǔn)直鏡，第二準(zhǔn)直鏡為集中式快慢軸準(zhǔn)直鏡；如圖5所示為本實(shí)用新型實(shí)施例里的第二準(zhǔn)直鏡的三維結(jié)構(gòu) 示意圖；其中透鏡入射面和出射面類型不相同，柱面準(zhǔn)直鏡7為一系列沿直徑方向排列的完全相同的柱面鏡，方形球面透鏡8是在同一平面上整齊排列的輪廓為正方形的球面鏡。

如圖6所示是實(shí)施例中的半導(dǎo)體激光器堆棧形狀示意，每個小格示意一個半導(dǎo)體激光單元；通過調(diào)整半導(dǎo)體激光巴條包含半導(dǎo)體激光單元的個數(shù)與半導(dǎo)體激光巴條的數(shù)量，可以獲得任意長寬比的矩形光斑；還可以根據(jù)應(yīng)用需求，通過調(diào)整半導(dǎo)體激光單元的排列方式，使其排列成圖6(a)所示的近似圓形、圖6(b)所示的長方形、或排列成正方形、三角形，獲得近似圓形、長方形光斑或正方形、三角形光斑。

總體而言，本實(shí)用新型從高效的輸出高光束質(zhì)量和超高功率的激光等方面考慮，提供了一種半導(dǎo)體激光器。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。