[发明专利]利用非球面反射镜聚焦大功率直接半导体激光的方法

权利要求书

1.利用非球面反射镜聚焦大功率直接半导体激光的方法，根据大功率半导体激光堆栈（1）的发光特性，也就是光斑尺寸和快慢轴方向发散角大小来设计一个相应尺寸的椭球面反射镜（2）来反射聚焦光束；其特征在于：具体方法如下：

选取一个大功率半导体激光堆栈（1），设其光斑尺寸为L₁×L₂，L₁为快轴方向尺寸，L₂为慢轴方向尺寸，光斑形状为矩形光斑，快轴方向发散角为α，慢轴方向发散角为β；为了实现物距为u，焦距为f，并且入射光和出射光成90°夹角的聚焦效果，采用椭球面反射镜（2）对其进行聚焦，并计算出相应的椭球镜尺寸；

所述椭球面反射镜（2）的反射面是一个椭球体表面的面形的一部分；将大功率激光堆栈（1）的快轴方向光束对应所述椭球面反射镜（2）面形的椭圆（4）面方向放置，慢轴方向光束对应所述椭球面反射镜（2）面形的圆（5）面方向放置，椭球反射镜分别利用椭圆（4）和圆（5）的性质对快慢轴不同发散角的光束同时进行了聚焦，最终光束被聚焦到了焦点（3）上；

接下来，确定椭球镜的具体尺寸；

选取大功率半导体激光堆栈（1）正中间的一列发光单元，即快轴的方向发光单元，发出发散角为α的快轴方向光，快轴方向光平面与椭球面反射镜（2）相交轨迹为一个椭圆（4）里的一部分，将所述椭圆（4）面补充完整，并且建立直角坐标系；

以椭圆（4）中心为原点O，椭圆（4）长轴方向为X轴方向，短轴方向为Y轴方向；椭球面反射镜（2）镜子中心点在椭圆（4）上的A（x₀,y₀）点上，位于坐标系第二象限，椭圆（4）长轴为a，短轴为b，两焦点分别为右焦点S₁，左焦点S₂；连接线段AS₁，AS₂，其中AS₂为焦距f，即AS₂=f；以线段AS₁中一点B为大功率半导体激光堆栈（1）中心点，线段AB为物距u，即AB=u，以B点为中心点做出线段CD并使之垂直于AS₁，线段CD代表大功率半导体激光堆栈（1）正中间一列发光单元，点C和点D表示大功率半导体激光堆栈（1）边界点，CD长度为大功率半导体激光堆栈（1）快轴方向光斑尺寸L₁，即CD=L₁；连接线段CS₁，DS₁，形成夹角∠DS₁C，∠DS₁C代表快轴方向发散角为α，即∠DS₁C=α；

经过几何计算可得出椭圆（4）长轴a=u+L12tanα2+f2,]]>短轴b=a2-(AS12+f22)2,]]>其中AS1=u+L12tanα2;]]>

为了求出椭球面反射镜（2）中心点A坐标（x₀,y₀），根据椭圆（4）自身几何性质建立如下方程组：

x02a2+y02b2=1(S1S22-|x0|)2+y02=f2]]>

方程组中a=u+L12tanα2+f2,]]>b=a2-(AS12+f22)2,]]>S1S2=AS12+f2,]]>其中AS1=u+L12tanα2,]]>所以a，b，S₁S₂，f的值都可根据已知条件求出，方程组中只剩下x₀，y₀两个未知数；最终可解得A（x₀，y₀）对应坐标系中椭圆（4）上的位置；得到椭球面反射镜（2的中心点为点A（x₀，y₀）,所在椭圆为椭圆（4）长轴a和短轴b的值，尺寸大于大功率半导体激光堆栈（1）发出光束投影到椭球镜上光斑尺寸的大小，所设计出的椭球面反射镜（2）用于聚焦。

2.根据权利要求1所述的利用非球面反射镜聚焦大功率直接半导体激光的方法，其特征在于：将生产出的椭球面反射镜（2）按照物距u放置，激光束经过其反射，最终将大功率半导体激光堆栈（1）出射的矩形光斑L₁×L₂聚焦为一个近似圆的椭圆形光斑。