[发明专利]对半导体激光器出射光束的整形方法

说明书

技术领域

本发明涉及为提高半导体激光器光束质量而对半导体激光叠阵发出的光 束进行整形耦合的方法。

背景技术

半导体激光器由于体积小、重量轻、电光转换效率高、寿命长等优点， 在工业加工领域得到广泛的应用，同时对半导体激光器光束质量的要求越来 越高。但是由于半导体激光器自身结构的限制，其光束质量较差。目前使用 的半导体激光器的发光单元尺寸在水平方向和垂直方向分别为50μm～ 200μm和0.5μm～2μm，垂直方向即快轴方向的发散角为30～60度，水平方 向即慢轴方向的发散角为5度～10度。由这些发光单元水平排列形成半导体 激光BAR条，长度为10mm，包含发光单元的个数为5～49个。经过快轴准 直和慢轴准直之后，快轴方向的光参数积(光参数积即光束的束腰半径与远 场发散角乘积的一半)变为1mm mrad～2mm mrad，慢轴方向的光参数积为 30mm mrad～200mm mrad。由多个半导体激光BAR条在快轴方向堆叠就得 到半导体激光叠阵，半导体激光叠阵快轴方向的光参数积与半导体激光BAR 条的个数有关，慢轴方向的光参数积与半导体激光BAR条的光参数积相等。 半导体激光叠阵慢轴方向的光参数积与快轴方向的光参数积相差几倍到几十 倍。由于半导体激光叠阵慢轴方向的光参数积较大，因此很难直接聚焦进光 纤，必须通过光束整形方法，提高慢轴方向的光束质量。

Paul Grenier等人采用的反射型整形方法(“Apparatus for reshaping an optical beam bundle”；Patent US 6870682)利用两组棱镜的反射对光束进行分 割、平移、重排。这两组棱镜需要加工成特定的形状，并且需要放置在特定 的位置，系统非常复杂，加工难度比较大。

Biesenbach J等人采用的折射型整形方法(“Einrichtung zur Strahlformung eines Laserstrahls und Hochleistungs-Diodenlasers mit einer solchen EInrichtung“. Patent DE 19846532C1.)利用两组棱镜的折射对光束进行分割、平移、重排。 半导体激光叠阵出射的激光束经过第一组棱镜的折射，在慢轴方向被分割成n 份，并且使每份激光束在快轴方向产生不同的位移量，之后经过第二组平板 使每份激光束在慢轴方向产生一定的平移量，对激光束进行重排，结果出射 的激光束的光参数积在慢轴方向减小了1/n倍，而在快轴方向增加了n倍，达 到整形的目的。这种整形方法限制了半导体激光叠阵中半导体激光BAR条的 使用数量，从而限制了半导体激光叠阵的最大输出功率。

Laserline公司采用的折射型整形方法(“Laser optics and diode laser”Patent WO/2001/069304)利用两组平板玻璃光束进行分割、平移、重排。半导体激 光叠阵出射的激光束经过第一组平板的折射，在慢轴方向被分割成n份，并 且使每份激光束在快轴方向产生不同的位移量，之后经过第二组平板使每份 激光束在慢轴方向产生一定的平移量，对激光束进行重排，结果出射的激光 束的光参数积在慢轴方向减小了1/n倍，而在快轴方向保持不变，达到整形 的目的。但是这种方法平板玻璃的加工难度大，对每片平板玻璃的放置的角 度和位置都有一定的要求，调整难度较高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述目前已有技术的缺陷，提供一种改进的对半 导体激光器出射光束的整形方法，该方法克服了目前惯用整形方法存在的技 术缺陷，使其实现光束整形装置结构更为简捷、更能有效的提高其半导体激 光器的光束质量。

本发明对半导体激光器出射光束的整形方法，其特征在于包括以下步骤：

a.从半导体激光叠阵上的每个BAR条的出射光束在进行快轴准直后， 再对激光叠阵上的每个BAR条的每个发光单元的出射光分别进行慢轴准直， 并将准直后的光束分割成相等的两部分光束；

b.上述中的一束输出光束通过一半波片将其偏振方向旋转90°，使所述 的两光束的偏振方向相互垂直；

c.上述偏振方向相互垂直的两光束沿45°角入射到一个前表面镀有偏振 分光膜的偏振分光平板，其中的一束光束透过偏振分光膜、经偏振分光平板 的后表面全反射后，与在偏振分光平板前表面发生反射的另一束光束重合为 一束光束；