[发明专利]一种相干阵激光器的无透镜聚焦装置及方法

权利要求书

1.一种相干阵激光器的无透镜聚焦装置，其特征在于，包括：相干阵激光器、二元光学微结构基底和二元光学微结构；

所述二元光学微结构通过所述二元光学微结构基底设置在所述相干阵激光器的输出端上，所述二元光学微结构基底为由多个结构微元基底形成的中心高、边缘低的台阶状结构，二元光学微结构为由多个结构微元形成的与二元光学微结构基底互补的中心低、边缘高的台阶状结构；所述二元光学微结构的结构微元、所述二元光学微结构基底的结构微元基底和所述相干阵激光器的激光单元上下相对应；

所述二元光学微结构对每个激光单元输出光束的相位调制满足薄聚焦透镜相位变换关系；其中，

当所述相干阵激光器为二维面发射相干阵激光器时，所述二元光学微结构产生的相位调制函数满足关系式为：

当所述相干阵激光器为一维面发射相干阵激光器时，所述二元光学微结构产生的相位调制函数满足关系式为：

所述二元光学微结构的结构微元的厚度d满足关系式为：

式中，i为虚数单位，λ为激光波长，f为等效焦距，以激光阵列中心为坐标原点，x_m、y_n分别为第m列、第n行的发光单元的横纵向坐标；n₁和n₂分别为结构微元基底折射率和结构微元折射率；为相位变换，若则去掉2π的整数倍。

2.如权利要求1所述的相干阵激光器的无透镜聚焦装置，其特征在于，所述二元光学微结构对所述相干阵激光器的每个激光单元的激光束均产生相位调制作用。

3.如权利要求1所述的相干阵激光器的无透镜聚焦装置，其特征在于，所述结构微元均为亚波长厚度。

4.如权利要求1所述的相干阵激光器的无透镜聚焦装置，其特征在于，所述二元光学微结构为在所述二元光学微结构基底上刻蚀后沉积异种折射率的光学材料制备得到。

5.如权利要求1所述的相干阵激光器的无透镜聚焦装置，其特征在于，所述结构微元折射率大于结构微元基底材料折射率。

6.如权利要求5所述的相干阵激光器的无透镜聚焦装置，其特征在于，所述二元光学微结构基底为SiO₂基底，所述二元光学微结构为Si₃N₄层。

7.一种如权利要求1～6中任一项所述的相干阵激光器的无透镜聚焦装置的制备方法，其特征在于，包括：

在相干阵激光器的输出端上沉积二元光学微结构基底；

计算二元光学微结构中各个结构微元的厚度，并基于各个结构微元的厚度刻蚀所述二元光学微结构基底以形成台阶状；

在所述二元光学微结构基底的刻蚀沟槽内填充形成二元光学微结构；

相干阵激光束通过二元光学微结构最终得到聚焦的两维相干激光输出。