[发明专利]大功率半导体激光器阵列光束准直系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光器，特别是一种大功率半导体激光器阵列光束准直系统。

背景技术

半导体激光器由于具有光电转换效率高、体积小、寿命长、功率密度高等优点，已成为固态激光器最有效的泵浦源。随着大功率半导体激光器的发展，半导体激光器抽运的固态激光器的研究工作取得了很大的进展。

半导体激光器固有的结构特点决定了它存在一个严重的不足就是它的不对称性，具有像散和较大发散角的输出光束。光束的光斑形状成椭圆状，垂直于发光面的方向(快轴)具有较大的发散角，通常为40°左右，平行于发光面方向(慢轴)的发散角相对较小，大约在10°左右。

通过阵列的方式提高半导体激光器的功率是现在常用的方法，如何提高半导体激光器阵列的光束质量，是关系其应用的重要步骤。现在提高大功率半导体激光器阵列光束质量方面，有两条技术路线：利用微光学系统或者光纤阵列的方法。

微光学系统的方法是通过微光学系统(微透镜、微棱镜阵列等)对光束进行整形、变换，将阵列器件中的各发光单元的输出光束变换为平行光束。微透镜系统方法的优点是可以同时对大功率半导体激光器阵列的快轴和慢轴方向同时准直，并且准直效果不错；缺点是微透镜阵列加工难度大，相对来说价格比较昂贵。

光纤阵列准直方法是通过光学系统将激光器阵列各发光单元与相同数目的光纤一一耦合，然后在光束出射端再进行集束。目前的光纤阵列准直方法都没有解决准直后光束的填充因子和光束质量无法提高的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大功率半导体激光器阵列光束准直系统。该系统具有准直后光束的准直度高、填充因子和光束质量极大改善、结构简单和成本较低的优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种大功率半导体激光器阵列光束准直系统，其特点是：多根柱面自聚焦光纤与半导体激光器阵列的多个发光区一一对应并对准排列，所述的柱面自聚焦光纤的直径等于半导体激光器阵列两相邻发光区的间距，所述的柱面自聚焦光纤的两个端面均为平凸型柱面，其中第一端面沿半导体激光器的快轴方向为曲面，沿半导体激光器的慢轴方向为平面，第二端面沿半导体激光器的慢轴方向为曲面，沿半导体激光器的快轴方向为平面，所述的柱面自聚焦光纤第一端面朝向所述的半导体激光器阵列的发光区。

所述的柱面自聚焦光纤的长度L满足公式：

DA=0.21cos(AL)+0.23sin2(AL)2.61sin(AL)+1.36cot(AL);]]>

式中：D是光纤半径，A是自聚焦光纤折射率特征参数，L是光纤长度，R端面柱面曲率半径。

所述的柱面自聚焦光纤端面的柱面曲率半径R满足公式：