[发明专利]一种用于半导体激光器的光束整形装置及整形方法

说明书

本发明涉及一种用于半导体激光器的光束整形装置及整形方法，光束整形装置包括：光源、依次设置的快轴整形柱透镜和慢轴整形长方体双面微纳结构透镜；所述快轴整形柱透镜和慢轴整形长方体双面微纳结构透镜与光源三者的中心位于同一光轴，所述快轴整形柱透镜为梯度折射率透镜，其透镜形状为圆柱体，且梯度折射率成环形均匀分布；所述慢轴整形长方体双面微纳结构透镜为一透明长方体结构，其靠近所述快轴整形柱透镜的侧面上设有第一微纳结构，远离所述快轴整形柱透镜的侧面上设有第二微纳结构。该光束整形装置能够用于半导体激光器光束在快轴方向上的光束的准直和发散角的压缩以及慢轴方向一定发散角的调制、分割和重排、均匀化、校正光束方向等工作。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种用于半导体激光器的光束整形装置及整形方法。

背景技术

半导体激光器的优点为体积小、价格低且结构简单等，使其在激光测距、激光通信等多个方面得到广泛的应用。

半导体激光器的缺点是存在快、慢轴方向发散角相差极大，光场分布不均匀，光斑呈现椭圆形分布，不能直接应用，需要对其激光光束进行整形处理。

对于快、慢轴方向光束质量相差悬殊这一问题，对其进行的光束变换即被称作光束整形(beam shaping)。通常的光学成像系统不能改变光参数积，所以必须将激光光束分割、旋转、重排，使慢轴方向上的光参数积减小，达到均衡光参数积提高光束质量的目的。即利用特殊的光束整形系统把慢轴方向的狭长光斑切割成数段后，堆积在快轴方向。经过这样的处理后慢轴方向因为光斑尺寸减小，所以光束质量得到提高；快轴方向光斑变大，所以光束质量随之降低，达到两者均衡的目的。光束快轴方向的准直和慢轴方向上光束质量的提高是整个光束整形的关键所在。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种用于半导体激光器的光束整形装置及整形方法，即利用特殊的光束整形装置把慢轴方向的狭长光斑切割成数段后，堆积在快轴方向。经过这样的处理后慢轴方向因为光斑尺寸减小，所以光束质量得到提高；快轴方向光斑变大，所以光束质量随之降低，达到两者均衡的目的。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种用于半导体激光器的光束整形装置，包括：光源、依次设置的快轴整形柱透镜和慢轴整形长方体双面微纳结构透镜；所述快轴整形柱透镜和慢轴整形长方体双面微纳结构透镜与光源三者的中心位于同一光轴；

所述快轴整形柱透镜为梯度折射率透镜，其透镜形状为圆柱体，且梯度折射率成环形均匀分布；

所述慢轴整形长方体双面微纳结构透镜为一透明长方体结构，其靠近所述快轴整形柱透镜的侧面上设有第一微纳结构，远离所述快轴整形柱透镜的侧面上设有第二微纳结构；所述第一微纳结构包括上中下三个部分，其中中间部分为无结构区域，上部分和下部分的微纳结构相同但方向相反，均由多层半扇形结构叠加组合而成；所述第二微纳结构包括左中右三个部分，其中中间部分为无结构区域，左部分和右部分为方向相反的多层阶梯状光栅结构。

进一步，每层所述半扇形结构的截面均为八层阶梯结构。

进一步，每层所述阶梯状光栅结构的截面均为八层阶梯结构。

进一步，第一微纳结构的中间部分与上部分和下部分之间各设有一个三层阶梯结构，两个所述三层阶梯结构相对设置。

进一步，所述第一微纳结构为正方形且其边长为所述快轴整形柱透镜底面直径的2.5～3倍。

进一步，所述第二微纳结构为正方形且其边长为第一微纳结构边长的1.5～1.8倍。

进一步，所述慢轴整形长方体双面微纳结构透镜通过激光直写系统灰度掩模直写方法、光刻和干法刻蚀方法、电子束光刻和干法刻蚀等方法中的任一种方法进行制作。