[发明专利]半导体激光器阵列输出光束匀称化和光纤耦合系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器阵列输出光束匀称化和光纤耦合系统。

背景技术

以激光器的排布方向为x轴，由于半导体激光器一维阵列在x轴方向宽度（通常为10mm）和光束发散角（通常为8-12°)与在y轴方向高度(大约为1微米)和光束发散角(通常为30-60°)差别很大，光束耦合比较困难。传统的做法采用与激光器数量相同的光纤集合成一条光纤束。耦合时在半导体激光器阵列前在x方向平行放置一块准直透镜，将光纤与各个半导体激光束一一对准，各个半导体激光器的输出光一一耦合到光纤束的各个光纤里。这种方法的缺点是由于光纤束的端面积大，单位面积上的输出能量低。

为了提高光纤输出单位面积上的能量通常采用的方法是将半导体激光器阵列的输出光束在x方向上采用光学器件进行分割，同时使分割的光束在y轴方向上产生错位，通过另一光学器件将每个分割的光束在y轴方向上叠加，重排后在x-y平面里均匀化光斑，通过聚焦器件耦合进一根光纤。这种方法的缺点是在考虑光束分割数目是在x轴方向要把所有半导体激光器的发光尺寸和两个相邻半导体激光器之间非发光区域尺寸都计算在内，对光纤输出单位面积上的能量提高有一定限制。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种半导体激光器一维阵列输出光束匀称化和光纤耦合系统。

为达到上述目的，本发明半导体激光器阵列输出光束匀称化和光纤耦合系统，所述系统包括等间距平行排布为一维阵列的半导体激光组，以所述激光器组的排布方向为x轴，垂直于所述激光器组排布方向为z轴，所述的激光器输出的光束沿z轴方向传输；

所述半导体激光器组包括排布在所述一维阵列中间的主激光器和排布在所述主激光器两侧的子激光器，所述主激光器输出的光束为主光束，所述子激光器输出的光束为子光束；

所述系统还包括所述激光器组前端依次设置的快轴准透镜、慢轴准透镜、场透镜、准直透镜和重新指向光学器件以及对应所述重新指向光学器件的光束出口的聚焦透镜，所述聚焦透镜的光束出口设有光纤，其中

所述快轴准透镜，用于将所述主激光器和各个所述子激光器输出的主光束和子光束进行y轴方向上的准直并将所述的主光束和子光束输出；

所述慢轴准直透镜，用于将所述快轴准直透镜输出的所述主光束和所述子光束进行x轴方向上的准直并将所述的主光束和子光束输出；

所述场透镜，用于对所述慢轴准直透镜输出的所述主光束和所述子光束进行偏转，使所述主光束和所述子光束在y轴方向上等间距排布输出；

所述准直透镜，用于对所述场透镜输出的所述子光束进行y轴方向上的准直，使经过所述准直透镜的子光束和所述主光束在y-z平面里相平行；

所述重新指向光学器件，用于对所述主光束和所述场透镜输出的所述子光束进行x轴方向的偏转，使得经过所述重新指向光学器件的主光束和所述子光束在x轴方上进行相同角度的偏转并输出；

所述聚焦透镜，用于将所述重新指向光学器件输出的所述主光束和所述子光束聚成一焦点，所述焦点输入所述光纤。

进一步地，所述快轴准直透镜包括成一维阵列排布的准直柱透镜，其中，所述主激光器和各个所述子激光器的前端分别各自放置有一个准直柱透镜。

进一步地，所述慢轴准直透镜包括成一维阵列排布的柱透镜，其中，所述主激光器和各个所述子激光器的前端分别各自放置有一个柱透镜。

进一步地，所述场透镜包括与所述子激光器的数量相同的第一平凸子柱透镜，其中所述第一平凸子柱透镜和所述子激光器一一对应，所述第一平凸子柱透镜在x轴上依次排布，在y轴上间距第一距离排布，所述第一距离使得经过所述平凸透镜的子光束在y轴方向上等间距平行排列输出。

进一步地，所述准直透镜包括与所述子激光器的数量相同的第二平凸子柱透镜，其中所述第二平凸子柱透镜和所述子激光器一一对应，所述第二平凸子柱透镜在x轴上依次排布，在y轴上间距第二距离排布，所述第二距离使得经过所述第二平凸透镜的子光束在y轴方向进行准直，且所述子光束和所述主光束子在y-z平面里平行，所述主光束和各个所述子光束形成阶梯状的平行光束输出。

进一步地，所述重新指向光学器件包括呈阶梯状的底座，所述底座的每个阶梯上设置有一个棱镜，所述棱镜和所述主光束和各个所述子光束一一对应，所述棱镜将所述主光束和所述子光束进行在x轴方向上的偏转，使得经过所述重新指向光学器件的所述主光束和所述子光束在x-z和y-z平面里均平行。