[实用新型]半导体激光光束处理装置

说明书

本实用新型涉及一种半导体激光光束处理装置。

在现有技术中，常见的小功率半导体激光器发散角较大，达到10～40°，激光能量不集中，利用率低，不能满足普通光学系统和实验的使用需要。为了缩小其发散角，目前常用的方法是在半导体激光器的前面加装一套由1～3片非球面透镜组成的准直透镜组，半导体激光器的激光管与准直透镜组的距离等于准直透镜组的焦距。上海科联光电子有限公司生产的可见光半导体激光器准直组件系列产品就是这种准直透镜组。这种带有准直透镜组的光束处理装置可以较好地缩小光束的发散角，但是其输出光斑一般为长方形，且为部分偏振光。由于大多数的光学系统或仪器的光学元件都是圆对称的，这给半导体激光的推广和应用带来不便。特别是用于精密测量或实验的光学系统时，会导致较大的测量误差，甚至导致实验的失败。因此，对半导体激光器光束的进一步处理显得非常必要。

本实用新型的目的在于提供一种新的半导体激光光束处理装置，它可以克服上述光束处理装置的不足，能使处理后的激光束光斑是圆形的，任一截面的光强分布接近高斯函数分布，且光偏振方向均匀，使用方便。在通常情况下，该装置可以代替He-Ne激光器使用。该装置具有结构紧凑、体积小、寿命长、性能稳定可靠和造价低等特点。

为了达到上述目的，本实用新型在上述光束处理装置的基础上加装了一个振幅滤波器和一个位相滤波器，振幅滤波器的光强透过率满足高斯函数分布，即：

                  I(r)＝(2π)^-1/2a^-1exp(r²/2a²)上式中I(r)表示光强透过率，r是激光束截面的极坐标，π为圆周率，a是常数，表示光强透过率下降到最大值1/e²时所对应的光斑半径，exp(r²/2a²)是一个指数函数，表示e的(r²/2a²)次方。位相滤波器的厚度d与半导体激光波长λ的关系为：

               d(n_o-n_e)＝(m+1/2)λ/2其中，d(n_o-n_e)表示o光与e光的光程差，(n_o-n_e)是o光与e光的折射率差，λ是激光波长，m表示光程差的周期数，取整数0、1、2......。各光学器件的相互位置关系为：沿激光束前进的方向，半导体激光管、准直透镜组、振幅滤波器和位相滤波器依次共轴安装，位相滤波器的快轴与激光的偏振方向成45°角。

本实用新型可以采用如下结构：将半导体激光管、准直透镜组、振幅滤波器和位相滤波器依次共轴固定安装于一个直管状的外套筒中间，安装时保证各光学器件相互位置和位相滤波器的方位角符合要求。外套筒可以由金属材料、木质材料或塑料等材料制作，只要能起到固定安装作用即可，其形状可以是圆形、方形等。

本实用新型也可以采用如下结构：半导体激光管和准直透镜组安装于一个直管状的内套筒中间；内套筒、振幅滤波器和位相滤波器并列固定安装于一个同样形状而直径较大的外套筒中间；安装时保证各光学器件共轴安装，各光学器件之间的相对位置以及位相滤波器的方位角符合要求。内、外套筒的材料及形状要求同上。

本实用新型还可以是：先将振幅滤波器、位相滤波器和准直透镜组并列安装于一个直管状的内套筒中间；再将内套筒、半导体激光管并列固定安装于一个同样形状而直径较大的外套筒中间；安装时保证各光学器件共轴安装，各光学器件之间的相对位置以及位相滤波器的方位角符合要求。内、外套筒的材料及形状要求同上。

本实用新型的具体实施方式还可以有其它方案，并不局限于上述提到的三种，只要保证振幅滤波器的光强透过率满足高斯函数分布，位相滤波器厚度d与半导体激光波长的关系满足d(n_o-n_e)＝(m+1/2)λ/2要求，半导体激光管、准直透镜组、振幅滤波器和位相滤波器共轴安装，半导体激光管与准直透镜组之间的距离等于透镜组的焦距，位相滤波器的快轴与激光的偏振方向成45°角，由此所构成的技术方案均属于本实用新型的保护范围。

在本实用新型中，半导体激光管采用单模可见光波段小功率半导体激光管；准直透镜组由1～3片非球面透镜组成，可以用玻璃或纤维材料；振幅滤波器由玻璃基底的感光材料制成；位相滤波器采用云母或石英等材料。