一種高功率半導(dǎo)體激光器的光學(xué)校正裝置及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種高功率半導(dǎo)體激光器的光學(xué)校正裝置及其系統(tǒng)，解決了由于生產(chǎn)工藝造成的近場(chǎng)非線性效應(yīng)和指向性差的問題。該光學(xué)校正裝置為一種具有A面和B面兩個(gè)透光面的透鏡，光學(xué)校正裝置的A面由均勻排列的透鏡陣列組成，B面為凸透鏡，通過該光學(xué)校正裝置，可以得到均勻成平頂分布的光斑，提高了光束質(zhì)量。
【專利說明】一種高功率半導(dǎo)體激光器的光學(xué)校正裝置及其系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體激光器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高功率半導(dǎo)體激光器的光 學(xué)校正裝置及其系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、可靠性高、使用壽命長、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，目前已 經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，比如泵浦，醫(yī)療以及工業(yè)加工領(lǐng)域。但是當(dāng)前半導(dǎo)體激 光器的推廣應(yīng)用會(huì)受到其光束質(zhì)量的制約，所以提高半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量、亮度和功 率為當(dāng)下重要的研究方向。
[0003] 近場(chǎng)非線性(也稱Smile效應(yīng))和較差的指向性是影響半導(dǎo)體激光器光束質(zhì)量的因 素。Smile效應(yīng)是由于激光器巴條芯片本身熱膨脹系數(shù)和熱沉之間熱膨脹系數(shù)不匹配，工作 時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力導(dǎo)致巴條芯片上的各個(gè)發(fā)光點(diǎn)不在一條直線上，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體激光陣列 整體發(fā)光彎曲，并且Smile效應(yīng)會(huì)增加后期光學(xué)整形中快軸準(zhǔn)直鏡的離軸象差，嚴(yán)重影響 半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量。指向性指準(zhǔn)直后的光偏離光軸的程度，指向性差的光束會(huì)導(dǎo)致 半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)場(chǎng)光斑不均勻。
[0004] 目前，通常使用常規(guī)光學(xué)透鏡組(例如凸透鏡組）直接對(duì)準(zhǔn)直后的激光光束進(jìn)行壓 縮整形，但是這種方法并不能消除Smile效應(yīng)和指向性差的影響，仍然會(huì)導(dǎo)致光斑不均勻， 形狀不良。為了減小smile效應(yīng)，可以在激光器巴條芯片的封裝工藝中選用熱膨脹系數(shù)與 激光器巴條芯片熱膨脹系數(shù)接近的材料，降低熱應(yīng)力，但是工藝難度大，成本高，較難在產(chǎn) 業(yè)中推廣應(yīng)用。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 為了解決半導(dǎo)體激光器指向性差和Smile效應(yīng)的問題，本實(shí)用新型提出一種高功 率半導(dǎo)體激光器的光學(xué)校正裝置及一種高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，可以校正Smile效應(yīng)和 指向性差對(duì)光斑的影響，得到均勻且質(zhì)量好的光斑。
[0006] 具體的技術(shù)方案為：
[0007] -種高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器模組和光學(xué)校正裝置；所述的半 導(dǎo)體激光器模組包括一個(gè)或者多個(gè)半導(dǎo)體激光器和準(zhǔn)直透鏡組，多個(gè)半導(dǎo)體激光器在與其 發(fā)光方向垂直的方向上疊加，所述的半導(dǎo)體激光器包括一個(gè)或者多個(gè)巴條，具體為由多個(gè) 巴條疊加焊接形成的疊陣，或者為一個(gè)單巴條半導(dǎo)體激光器，所述的準(zhǔn)直透鏡組安裝于半 導(dǎo)體激光器模組的出光方向上，用于準(zhǔn)直半導(dǎo)體激光器模組發(fā)出的激光。
[0008] 所述光學(xué)校正裝置為具有兩個(gè)透光面的透鏡，兩個(gè)透光面分別為A面和B面，A面 為由y個(gè)透鏡單元連接排列的透鏡陣列，用于將光束進(jìn)行發(fā)散或者先會(huì)聚再發(fā)散，B面為一 個(gè)凸透鏡，用于將A面發(fā)散后的激光光束會(huì)聚成所需的光斑。半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光，由準(zhǔn) 直透鏡組進(jìn)行快慢軸的準(zhǔn)直后，進(jìn)入A面透鏡陣列進(jìn)行發(fā)散或者先會(huì)聚后發(fā)散，擾亂smile 效應(yīng)和指向性差的激光光束排序，然后由B面的凸透鏡進(jìn)行聚焦和光束疊加，聚焦后的光 斑疊加強(qiáng)度相等，在焦平面處形成均勻的呈平頂分布的光斑。
[0009] 所述的光學(xué)校正裝置A面透鏡陣列可以為凸透鏡陣列，也可以為凹透鏡陣列。當(dāng) 確定所需求的工作光斑的高度尺寸w后，A面透鏡陣列的透鏡單元需滿足：
[0010]

【權(quán)利要求】
1. 一種高功率半導(dǎo)體激光器的光學(xué)校正裝置，其特征在于：所述光學(xué)校正裝置為具有 兩個(gè)透光面的透鏡，兩個(gè)透光面分別為A面和B面，A面為由 y個(gè)透鏡單元連接排列的透鏡 陣列，用于將激光光束進(jìn)行發(fā)散或者先會(huì)聚再發(fā)散，B面為一個(gè)凸透鏡，用于將A面發(fā)散后 的激光光束會(huì)聚。
2. -種高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，其特征在于：包括半導(dǎo)體激光器模組和光學(xué)校正裝 置；所述的半導(dǎo)體激光器模組包括一個(gè)或者多個(gè)半導(dǎo)體激光器和準(zhǔn)直透鏡組，所述的半導(dǎo) 體激光器包括一個(gè)或者多個(gè)巴條，所述的準(zhǔn)直透鏡組安裝于半導(dǎo)體激光器模組的出光方向 上，用于準(zhǔn)直半導(dǎo)體激光器模組發(fā)出的激光；所述光學(xué)校正裝置為具有兩個(gè)透光面的透鏡， 兩個(gè)透光面分別為A面和B面，A面為由y個(gè)透鏡單元連接排列的透鏡陣列，用于將光束進(jìn) 行發(fā)散或者先會(huì)聚再發(fā)散，B面為一個(gè)凸透鏡，用于將A面發(fā)散后的激光光束會(huì)聚成所需的 光斑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，其特征在于：所述的光學(xué)校 正裝置的口徑H為：h彡H彡1.2h A面透鏡陣列的透鏡單元參數(shù)為：
B面凸透鏡的曲率半徑R2為：見= 1) 其中，R為A面透鏡陣列中的透鏡單元的曲率半徑，h為半導(dǎo)體激光器陣列的高度，t 為工作面至B面凸透鏡的距離，w為所需要光斑的工作高度，p為透鏡單元的口徑，η為透鏡 材料的折射率，y為透鏡單元的個(gè)數(shù)，X為半導(dǎo)體激光器模組中的半導(dǎo)體激光器中巴條的個(gè) 數(shù)，m為自然數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的一種高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，其特征在于：所述的 光學(xué)校正裝置的A面透鏡陣列為凹透鏡陣列，光學(xué)校正裝置的邊緣厚度和中心厚度為：
光學(xué)校正裝置的邊緣厚度Cl1滿足： 光學(xué)校正裝置的中心厚度d2滿足： 其中，h為半導(dǎo)體激光器陣列的高度，t為B面凸透鏡的焦平面至B面凸透鏡的距離，w 為所需要光斑的工作高度，馬為B面凸透鏡的曲率半徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的一種高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，其特征在于：所述的 光學(xué)校正裝置的A面透鏡陣列為凸透鏡陣列，光學(xué)校正裝置的邊緣厚度和中心厚度為： 光學(xué)校正裝置的邊緣厚度d3滿足：
光學(xué)校正裝置的中心厚度d4滿足： 其中，h為半導(dǎo)體激光器陣列的高度，t為B面凸透鏡的焦平面至B面凸透鏡的距離，w 為所需要光斑的工作高度，&為B面凸透鏡的曲率半徑，f 3為凸透鏡單元的焦距，且f 3=R3/ (n-1)，R3為凸透鏡單元的曲率半徑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，其特征在于：所述的半導(dǎo)體 激光器模組中的多個(gè)半導(dǎo)體激光器在與其發(fā)光方向垂直的方向上疊加，半導(dǎo)體激光器為由 多個(gè)巴條疊加焊接形成的疊陣，或者為一個(gè)單巴條半導(dǎo)體激光器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，其特征在于：所述的準(zhǔn)直透 鏡組與半導(dǎo)體激光器模組中半導(dǎo)體激光器的巴條一一對(duì)應(yīng)，分別放置于每個(gè)巴條的出光方 向上，或者準(zhǔn)直透鏡組為與半導(dǎo)體激光器相匹配的準(zhǔn)直透鏡陣列。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2或7所述的一種高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，其特征在于：所述準(zhǔn)直 透鏡組包括沿激光出光方向依次放置的快軸準(zhǔn)直鏡和慢軸準(zhǔn)直鏡，快軸準(zhǔn)直透鏡為準(zhǔn)直D 型非球面透鏡，慢軸準(zhǔn)直鏡為單陣列柱面透鏡。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，其特征在于：所述的光 學(xué)校正裝置的材料為石英玻璃或者K9玻璃。
【文檔編號(hào)】G02B27/09GK204188886SQ201420686229
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】蔡磊, 劉興勝, 楊凱 申請(qǐng)人:西安炬光科技有限公司