[发明专利]利用非球面反射镜聚焦大功率直接半导体激光的方法

摘要

利用非球面反射镜聚焦大功率直接半导体激光的方法,属于激光技术领域，是一种用于大功率半导体激光堆栈的光束聚焦的设计方法。利用非球面反射镜聚焦大功率直接半导体激光的方法，根据大功率半导体激光堆栈1的发光特性，也就是光斑尺寸和快慢轴方向发散角大小来设计一个相应尺寸的椭球面反射镜2来反射聚焦光束，本发明的实现慢轴方向光传输、会聚、离焦，并与快轴方向的焦点位置相同、光斑尺寸相同，在焦平面上消除快慢轴方向上的差异。

主权项

利用非球面反射镜聚焦大功率直接半导体激光的方法，根据大功率半导体激光堆栈（1）的发光特性，也就是光斑尺寸和快慢轴方向发散角大小来设计一个相应尺寸的椭球面反射镜（2）来反射聚焦光束；其特征在于：具体方法如下：选取一个大功率半导体激光堆栈（1），设其光斑尺寸为L1×L2，L1为快轴方向尺寸，L2为慢轴方向尺寸，光斑形状为矩形光斑，快轴方向发散角为α，慢轴方向发散角为β；为了实现物距为u，焦距为f，并且入射光和出射光成90°夹角的聚焦效果，采用椭球面反射镜（2）对其进行聚焦，并计算出相应的椭球镜尺寸；所述椭球面反射镜（2）的反射面是一个椭球体表面的面形的一部分；将大功率激光堆栈（1）的快轴方向光束对应所述椭球面反射镜（2）面形的椭圆（4）面方向放置，慢轴方向光束对应所述椭球面反射镜（2）面形的圆（5）面方向放置，椭球反射镜分别利用椭圆（4）和圆（5）的性质对快慢轴不同发散角的光束同时进行了聚焦，最终光束被聚焦到了焦点（3）上；接下来，确定椭球镜的具体尺寸；选取大功率半导体激光堆栈（1）正中间的一列发光单元，即快轴的方向发光单元，发出发散角为α的快轴方向光，快轴方向光平面与椭球面反射镜（2）相交轨迹为一个椭圆（4）里的一部分，将所述椭圆（4）面补充完整，并且建立直角坐标系；以椭圆（4）中心为原点O，椭圆（4）长轴方向为X轴方向，短轴方向为Y轴方向；椭球面反射镜（2）镜子中心点在椭圆（4）上的A（x0,y0）点上，位于坐标系第二象限，椭圆（4）长轴为a，短轴为b，两焦点分别为右焦点S1，左焦点S2；连接线段AS1，AS2，其中AS2为焦距f，即AS2=f；以线段AS1中一点B为大功率半导体激光堆栈（1）中心点，线段AB为物距u，即AB=u，以B点为中心点做出线段CD并使之垂直于AS1，线段CD代表大功率半导体激光堆栈（1）正中间一列发光单元，点C和点D表示大功率半导体激光堆栈（1）边界点，CD长度为大功率半导体激光堆栈（1）快轴方向光斑尺寸L1，即CD=L1；连接线段CS1，DS1，形成夹角∠DS1C，∠DS1C代表快轴方向发散角为α，即 ∠DS1C=α；经过几何计算可得出椭圆（4）长轴 a = u + L 1 2 tan α 2 + f 2 , 短轴 b = a 2 - ( AS 1 2 + f 2 2 ) 2 , 其中 AS 1 = u + L 1 2 tan α 2 ; 为了求出椭球面反射镜（2）中心点A坐标（x0,y0），根据椭圆（4）自身几何性质建立如下方程组： x 0 2 a 2 + y 0 2 b 2 = 1 ( S 1 S 2 2 - | x 0 | ) 2 + y 0 2 = f 2 方程组中 a = u + L 1 2 tan α 2 + f 2 , b = a 2 - ( AS 1 2 + f 2 2 ) 2 , S 1 S 2 = AS 1 2 + f 2 , 其中 AS 1 = u + L 1 2 tan α 2 , 所以a，b，S1S2，f的值都可根据已知条件求出，方程组中只剩下x0，y0两个未知数；最终可解得A（x0，y0）对应坐标系中椭圆（4）上的位置；得到椭球面反射镜（2的中心点为点A（x0，y0）,所在椭圆为椭圆（4）长轴a和短轴b的值，尺寸大于大功率半导体激光堆栈（1）发出光束投影到椭球镜上光斑尺寸的大小，所设计出的椭球面反射镜（2）用于聚焦。