[发明专利]一种应用于半导体激光器光束整形的透镜

说明书

一种应用于半导体激光器光束整形的透镜，涉及半导体激光器光束整形领域。根据透镜的口径大小由透镜需要摆放的位置确定，选定折射率为的材料1作为双胶合透镜的前透镜即第一个透镜材料，折射率为的材料2作为后透镜即第二个透镜材料，前后两透镜之间采用双胶合的方法胶合为一块厚透镜，此双胶合透镜的三个面依次为非球面、球面、球面。透镜为双胶合透镜，第一个面为快轴方向的非球面柱面，非球面方程由几何光学折射定律得到，使快轴方向光束得到准直，第二个面为球面，在对慢轴方向高斯光束进行准直的同时，对快轴方向的光进行聚焦，第三个面为球面柱面，且与第二个面的距离由快轴目标光斑大小决定，使最终出射光斑为目标大小的近方形光斑。

技术领域

本发明设计光学设计领域和半导体激光器领域，尤其涉及半导体激光器光束整形领域。

背景技术

由于半导体的发光特性，垂直边发射的半导体激光器快慢轴发散角差距较大，这使得半导体激光器的光束质量较差，给光束整形造成一定困难，在对光束质量要求较高的应用领域，半导体激光器无法达到要求，限制了半导体激光器的应用，多片整形透镜的整形方法对于装配精度要求较高，运用单片透镜整形可以使整形系统更简化。

发明内容

本发明是一种将半导体快慢轴整形用一块双胶合透镜实现的设计。

根据透镜的口径大小由透镜需要摆放的位置确定，选定折射率为n₂的材料1作为双胶合透镜的前透镜即第一个透镜材料，折射率为n₃的材料2作为后透镜即第二个透镜材料，前后两透镜之间采用双胶合的方法胶合为一块厚透镜，此双胶合透镜的三个面依次为非球面、球面、球面，对光束进行整形，n₂＞n₃。

第一个透镜的前表面为快轴方向的凸非球面柱面，使快轴方向的光束达到平行，其非球面方程由折射方程n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂得出，其中n₁为空气折射率，n₂为材料1的折射率，θ₁为光由空气到非球面的入射角，θ₂为光由空气到非球面的出射角。

第一个透镜的后表面即第二个透镜的前表面为凹球面，对快轴方向的光进行聚焦的同时，对慢轴方向的光(近似为高斯光)进行准直。此球面与前表面的距离有目标光斑的大小决定，此球面的半径即球面距光源的距离。

第二个透镜的后表面为快轴方向的凸球面柱面，对通过前一表面聚焦的快轴方向的光进行准直。此凸球面柱面的半径由目标光斑的大小决定，材料2折射率为n₃。

在快轴方向，先通过非球面进行准直，在通过球面进行聚焦，最后通过球面再次准直得到半径较小的光斑，快轴方向结构图如图2；在慢轴方向，采用球面对慢轴光斑进行压缩，慢轴结构图如图3。

最终得到的整形后能量在X,Y方向的分布图如图3、4。

此透镜为双胶合透镜，第一片透镜的第一个表面为非球面，用于对快轴方向光束进行准直；第二个面为双胶合球面，在对快轴方向光束进行聚焦的同时对慢轴方向光束进行准直；第三个面为柱面，对快轴方向的光束进行准直。

非球面为快轴与光轴方向的非球面柱透镜，由几何光学光束传播的折射方程得出面型方程。

球面半径大小由慢轴方向光束传播的折射方程决定，球面位置与镜片到光源距离有关。

柱面在快轴与光轴平面内为球面，其半径长度由目标光斑大小决定。

附图说明

图1为整形透镜在快轴方向的截面图。

图2为整形透镜在慢轴方向的截面图。

图3为整形后能量在快轴方向的分布图。