[发明专利]斜方棱镜堆实现条阵半导体激光器光束整形的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用斜方棱镜堆实现条阵半导体激光器光束整形的方法。

背景技术

带尾纤输出的大功率半导体激光器(Laser Diode，LD)在医疗、材料加工、固体激光器和光纤激光器的泵浦、军事、印刷和打印等领域得到了重要的应用。其中，条阵半导体激光器(LD bar)与光纤耦合是研究得较多的一个领域，条阵半导体激光器是由水平方向按周期排列的一系列发光区组成，但受工艺水平、冷却、整形方法等多方面的限制，它不能做成水平方向无限长，所以目前条阵半导体激光器一般长约1cm，连续输出功率一般＜100W。

半导体激光器输出光束的主要特点是在水平方向(习惯称作“慢轴”)光束发散角小(约8-10度，FWHM)、发光区厚(条阵约1cm)；在垂直方向(习惯称作“快轴”)光束发散角大(约36-40度，FWHM)、发光区薄(约1μm)。要将其耦合进圆对称的多模光纤，光束整形是必须的。

条阵半导体激光器的整形方法很多，较有实用价值的有阶梯反射镜整形(K.Du，M.Baumann，B.Ehlers，et al，“Fiber-coupling technique with micro step-mirrors for high-powerdiode-laser bars”，OSA TOPS，Vol.10，1997：390-393)、棱镜组折反射整形(Optical couplingsystem for a high-power diode-pumped solid state laser，U S Patent，6,377,410，2002-04-23)、微片棱镜堆整形(线光束整形装置，中国发明专利：ZL99124019，2000-05-1)等。但上述条阵整形方法都存在一定的不足之处，比如阶梯反射镜对系统光轴进行了两次90度的空间偏转，造成整形元件在空间上彼此独立，给调节和机械件设计带来不便；棱镜组折反射的整形方式对光轴的方向偏转更多，同样存在调节不便的问题；微片棱镜堆不仅制作复杂，还需要相当的棱镜之间的对准胶合精度，不利于成本的降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，通过一种设计简单、结构紧凑、调节方便、成本低廉的斜方棱镜堆实现条阵半导体激光器光束整形的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：斜方棱镜堆实现条阵半导体激光器光束整形的方法，采用一个高度集成的斜方棱镜堆系统达到光束整形的目的，所述斜方棱镜堆系统由两组斜方棱镜堆组成，前组斜方棱镜堆完成慢轴方向光斑的分割，后组斜方棱镜堆将分割后的光斑沿快轴方向对齐，具体包括以下步骤：

(1)根据光斑折叠要求确定斜方棱镜堆系统的参数，设慢轴光斑折叠的次数为N，若N≥2，则需要的前组斜方棱镜堆和后组斜方棱镜堆的斜方棱镜的数目均为N-1，平行平板始终需要一块；

(2)用光学平面零件加工工艺的方法加工出所需的斜方棱镜和平行平板，然后将斜方棱镜和平行平板进行胶合操作，构成一个整体的整形元件；所述胶合操作，具体为：首先将前组斜方棱镜堆中的各斜方棱镜胶合在一起，胶合的原则是以平行平板入射面为参考中心和标准，前组斜方棱镜堆中的各斜方棱镜的入射面与平行平板入射面重合，且平行平板两侧的斜方棱镜的倾角相对光轴对称；后组斜方棱镜堆中的各斜方棱镜与平行平板的接触面也进行胶合，要求胶合后，后组斜方棱镜堆中的各斜方棱镜的出射面与平行平板的出射面重合，并且要求后组斜方棱镜的入射面与相应的前组斜方棱镜的出射面衔接；最后前组斜方棱镜堆、后组斜方棱镜堆和平行平板构成一个整体的整形元件；

所述前组斜方棱镜堆和后组斜方棱镜堆的斜方棱镜的棱角均为45°；

所述的平行平板的长度满足其入射面与前组棱镜的入射面重合，出射面与后组棱镜的出射面重合，平行平板的高度等于与之相邻的前组棱镜的高度，平行平板的宽度等于与之相邻的前组棱镜的宽度；

所述的前组斜方棱镜的高度等于与之接触的后组斜方棱镜的宽度，而前组斜方棱镜的宽度则等于与之接触的后组斜方棱镜的高度；

所述斜方棱镜的高度根据折叠次数N和激光器实际情况进行不同的设计，其中要保证折叠后的光斑在快轴方向相互错开足够距离，斜方棱镜的宽度要求包络住慢轴方向的光束，斜方棱镜的长度和高度相等；

(3)将胶合好的斜方棱镜堆放入条阵半导体激光器的快慢轴分别准直后的准平行光中、并绕激光器底座的垂线缓慢左右旋转使偏转后的光斑沿快轴方向对齐；

(4)整形后的出射光斑将沿平行光轴方向出射。在出射光适当位置加上聚焦镜，将整形后的光束耦合进光纤。