[发明专利]半导体激光阵列的光束指向性补偿装置及光学系统

说明书

本发明提供一种半导体激光阵列的光束指向性补偿装置及光学系统。该光束指向性补偿装置包括分别对应于所述半导体激光阵列中的多个发光单元的多个透镜单元，其中，每个所述透镜单元具有彼此不平行的入射面和出射面，并且根据对应的所述发光单元的光束指向角，每个所述透镜单元的所述入射面和所述出射面之间形成不同的夹角。该光束指向性补偿装置可以对每个发光单元的光束指向性进行针对性地补偿，从而可以有效地补偿发光单元的指向性，得到强度分布均匀的远场光斑，提高光束质量。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种半导体激光阵列的光束指向性补偿装置及光学系统。

背景技术

半导体激光器由于具有电光转换效率高、寿命长、可靠性高等优点，而在工业、医疗和材料加工等领域得到广泛的应用。

但是，在半导体激光器中，半导体激光阵列的“Smile”效应和快轴准直镜的安装精度会引入发光单元的光束指向性。发光单元的光束指向性会影响远场的光束特性，造成光斑强度不均匀的现象，劣化半导体激光阵列的光束质量，由此，限制了半导体激光器的进一步发展和应用。

目前，一方面，通常通过改进工艺制作方法来从器件本身抑制“Smile”效应，并且通过全自动设备精确装调准直透镜减小安装误差来降低光束指向性。但是这些方法并不能完全避免光束指向性的产生，依然会造成远场强度分布不均匀以及光束质量劣化的现象。另一方面，通过设计合适的自由曲面透镜来补偿发光单元的光束指向性，但是自由曲面透镜的设计过程较为复杂，工艺难度大，成本高，难以在实际应用中大范围的使用。

发明内容

本发明提供一种半导体激光阵列的光束指向性补偿装置及包括该光束指向性补偿装置的光学系统，用以解决现有技术中半导体激光阵列中的光束指向性补偿工艺复杂的缺陷，以通过简单工艺来有效补偿半导体激光阵列中的光束指向性。

第一方面，本发明提供一种半导体激光阵列的光束指向性补偿装置，包括分别对应于所述半导体激光阵列中的多个发光单元的多个透镜单元，其中，每个所述透镜单元具有彼此不平行的入射面和出射面，并且根据对应的所述发光单元的光束指向角，每个所述透镜单元的所述入射面和所述出射面之间形成不同的夹角。

进一步地，每个所述透镜单元的所述入射面具有相同的倾斜角度，并且根据对应的所述发光单元的光束指向角，每个所述透镜单元的所述出射面具有不同的倾斜角度。

进一步地，所述光束指向性补偿装置中的所述透镜单元满足以下：

m＝g

2l×tanθ_f≤y≤2(l+z)×tanθ_f

2l×tanθ_s≤x≤2(l+z)×tanθ_s

其中，m为所述光束指向性补偿装置中的所述透镜单元的数量，g为所述半导体激光阵列中的所述发光单元的数量，y为所述透镜单元的长度，x为所述透镜单元的宽度，z为所述透镜单元的厚度，l是所述半导体激光阵列的准直光斑和所述光束指向性补偿装置之间的距离，θ_f为所述半导体激光阵列的快轴发散角，θ_s为所述半导体激光阵列的慢轴发散角，p为所述发光单元之间的间距。

进一步地，每个所述透镜单元为以下形状中的任意一种：所述入射面和所述出射面具有相同的倾斜方向的第一梯形、所述入射面和所述出射面具有不同的倾斜方向的第二梯形和三角形。

进一步地，每个所述透镜单元为所述第一梯形时，满足以下：

0°＜α＜90°

0°＜β＜90°

α≠β

cos(α-δ)＝nsin(θ₃+γ)