[发明专利]针对二维叠层光源的折射法光束整形器

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对二维叠层光源的折射法光束整形器，消除二维叠层器件的光束死区，提高输出的光束质量，提高输出光亮度和耦合、聚焦性能。

背景技术

上世纪80年代以来，随着半导体材料生长技术、激光器封装和制冷技术的进步，大功率、长寿命、高封装密度的大功率半导体激光器逐渐成熟。近年来，具有输出功率高、体积小、寿命长等优点的叠层半导体激光器迅速地发展起来，在工业、科研、医药等诸多领域，诸如工业激光加工、焊接、泵浦固体激光器、激光手术等许多方面得到越来越广泛的应用。但是半导体激光器固有的光束质量差，光亮度低，以及叠层器件结构的限制，使得其输出功率密度较低，利用光束整形技术以提高其输出功率密度就是一个热点的研究方向。光束整形不仅可以改善半导体激光器的光束质量，提高半导体激光器光亮度，而且可以极大降低光纤耦合输出的难度，可以实现较小尺寸光纤的耦合输出。

叠层半导体激光器由多个单条激光器列阵相互叠加而成，是一种实现激光器大功率输出的方法。单条列阵发出的光在垂直于叠层方向(快轴方向)和平行于叠层方向(慢轴方向)的光束质量相差很大。快轴方向发散角约为40°，发光区约为1μm，为衍射极限高斯光束，M²因子约等于1，而慢轴方向发散角约为10°，发光区约为1cm，为多发光区多模高斯光束，M²因子约等于1300，快慢轴方向光束分布极不对称。对于叠层列阵慢轴方向M²因子不变，但快轴方向的M²因子会变大，其放大倍数等于叠层厚度与单条快轴发光区大小的比值。同时，因为叠层列阵结构上存在着叠层间距，即每个单条列阵对应的热沉和电极片的厚度，这一部分不发光的面积造成了叠层列阵平均功率密度降低。在大多数的应用领域中，都希望得到一个面积小，形状近似对称，且功率密度大的光斑，而上述两方面的原因使得叠层器件的光束整形十分必要。因为快轴方向发散角很大，所以几乎所有的半导体激光器的光束整形都要先进行快轴压缩，压缩后的光为近平行光，但光斑大小一般比叠层周期小的多，不能消除死区，M²因子缩小了X倍，X＝压缩前的快轴发散角/压缩后的快轴发散角，对于Y层叠层列阵M²因子等于Y×叠层周期/压缩后光斑大小，其值约为几十。而慢轴方向的M²因子即使进行慢轴压缩以后，最多减小Z倍，Z＝慢轴方向条形激光器步长/慢轴方向条形激光器单发光区长度，其值还是很大，很难实现光纤耦合输出。我们光束整形的主要方法是把慢轴方向的光束进行切割，然后在快轴方向上重排，减小慢轴方向的M²因子，消除快轴方向的发光死区，进而实现光纤耦合输出。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对二维叠层光源的折射法光束整形器，使其输出的二维光束列阵经过本整形器后，消除发光死区，变成分布均匀、具有更好聚焦性能的光束。

本发明一种针对二维叠层光源的折射法光束整形器，其特征在于，包括：

一第一平行平板镜堆，该第一平行平板镜堆由多片平行平板镜堆叠而成；

一第二平行平板镜堆，该第二平行平板镜堆由多片平行平板镜堆叠而成；

其中该第一平行平板镜堆、第二平行平板镜堆依次放置在光源的传播方向上。

其中第一平行平板镜堆的各片平行平板镜按一个中心轴以X状的扇形紧密排列。

其中第二平行平板镜堆以第一平行平板镜堆的片数为一个周期，每个周期的多片平行平板镜按一个中心轴以X状的扇形紧密排列，各个周期的中心轴互相平行，并在同一个平面内，该平面与光源传播方向垂直。

其中第一平行平板镜堆的中心轴和第二平行平板镜堆每个周期的中心轴成90°。

其中第一平行平板镜堆的高度大于被整形光源的整体高度，宽度大于被整形光源的整体宽度。

其中第二平行平板镜堆由M×N片平行平板镜组成，M为叠层光源的叠层数，N为第一平行平板镜堆的镜片数，第二平行平板镜堆的高度大于被整形光源的整体高度，宽度大于被整形光源的整体宽度。

其中第一平行平板镜堆的镜片数N≥2。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是平行平板镜堆11结构示意图；

图2是平行平板镜堆13结构示意图；

图3是本发明折射法棱镜堆光束整形器的光路示意图；

图4是经过平行平板镜的光束平移示意图；