[发明专利]一种高功率半导体激光器的光学校正装置及其系统

说明书

技术领域

本发明属于半导体激光器技术领域，具体涉及一种高功率半导体激光器的光学校正装置及其系统。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、功耗低的优点，目前已经广泛应用于国民经济的各个领域，比如泵浦，医疗以及工业加工领域。但是当前半导体激光器的推广应用会受到其光束质量的制约，所以提高半导体激光器的光束质量、亮度和功率为当下重要的研究方向。

近场非线性（也称Smile效应）和较差的指向性是影响半导体激光器光束质量的因素。Smile效应是由于激光器巴条芯片本身热膨胀系数和热沉之间热膨胀系数不匹配，工作时产生的热应力导致巴条芯片上的各个发光点不在一条直线上，从而导致半导体激光阵列整体发光弯曲，并且Smile效应会增加后期光学整形中快轴准直镜的离轴象差，严重影响半导体激光器的光束质量。指向性指准直后的光偏离光轴的程度，指向性差的光束会导致半导体激光器的远场光斑不均匀。

目前，通常使用常规光学透镜组（例如凸透镜组）直接对准直后的激光光束进行压缩整形，但是这种方法并不能消除Smile效应和指向性差的影响，仍然会导致光斑不均匀，形状不良。为了减小smile效应，可以在激光器巴条芯片的封装工艺中选用热膨胀系数与激光器巴条芯片热膨胀系数接近的材料，降低热应力，但是工艺难度大，成本高，较难在产业中推广应用。

发明内容

为了解决半导体激光器指向性差和Smile效应的问题，本发明提出一种用于高功率半导体激光器的光学校正装置及一种高功率半导体激光器系统，可以校正Smile效应和指向性差对光斑的影响，得到均匀且质量好的光斑。

具体的技术方案为：

一种高功率半导体激光器系统包括半导体激光器模组和光学校正装置；所述的半导体激光器模组包括一个或者多个半导体激光器和准直透镜组，多个半导体激光器在与其发光方向垂直的方向上叠加，所述的半导体激光器包括一个或者多个巴条，具体为由多个巴条叠加焊接形成的叠阵，或者为一个单巴条半导体激光器，所述的准直透镜组安装于半导体激光器模组的出光方向上，用于准直半导体激光器模组发出的激光。

所述光学校正装置为具有两个透光面的透镜，两个透光面分别为A面和B面，A面为由y个透镜单元连接排列的透镜阵列，用于将光束进行发散或者先会聚再发散，B面为一个凸透镜，用于将A面发散后的激光光束会聚成所需的光斑。半导体激光器发出的光，由准直透镜组进行快慢轴的准直后，进入A面透镜阵列进行发散或者先会聚后发散，扰乱smile效应和指向性差的激光光束排序，然后由B面的凸透镜进行聚焦和光束叠加，聚焦后的光斑叠加强度相等，在焦平面处形成均匀的呈平顶分布的光斑。

所述的光学校正装置A面透镜阵列可以为凸透镜阵列，也可以为凹透镜阵列。当确定所需求的工作光斑的高度尺寸w后，A面透镜阵列的透镜单元需满足：

B面凸透镜的曲率半径R₂需满足：

光学校正装置的口径H满足：h≤H≤1.2h

其中， R为A面透镜阵列中的透镜单元的曲率半径，h为半导体激光器模组的高度，可以根据所需要的输出功率来选用的巴条个数从而确定h的取值，t为B面凸透镜的焦平面至透镜的距离（即所需要的光斑位置的工作距离且t=f_2，f₂为B面凸透镜的焦距），x为半导体激光器模组中的半导体激光器巴条的个数，w为所需要光斑的工作高度（即B面凸透镜焦平面处的光斑高度），p为透镜单元的口径，n为透镜材料的折射率， y为A面透镜阵列中透镜单元的个数， m为自然数1,2,3等。

所述的光学校正装置的边缘厚度的最小取值应满足国标GB 1205-75中的要求，当光学校正装置的A面透镜阵列为凹透镜阵列时，其边缘厚度d₁和中心厚度d₂取值还需满足：

光学校正装置的边缘厚度d₁满足：

光学校正装置的中心厚度d₂满足：

当光学校正装置的A面透镜阵列为凸透镜阵列时，其边缘厚度d₃和中心厚度d₄取值还需满足：

光学校正装置的边缘厚度d₃满足：

光学校正装置的中心厚度d₄满足：

其中，f₃为凸透镜单元的焦距，且f₃=R₃/（n-1），R₃为凸透镜单元的曲率半径。