[发明专利]一种等效于单发光单元输出的半导体激光器的结构及方法

说明书

本发明公开了一种等效于单发光单元输出的半导体激光器的结构及方法，属于半导体激光器合束技术领域，包括以下步骤：将多个芯片进行对齐排列，对齐排列包括将多个芯片或芯片的镜像排列在与激光传输方向垂直的同一个平面上，并且将多个芯片或芯片的镜像对齐排列，排列方向一致；分别对各个芯片发出的光束在快轴方向上进行准直；将准直以后的光束在快轴方向上的进行密集排列并合束；在快轴方向上通过一个柱面镜对光束总体进行发散处理，选择柱面镜的光学参数和放置位置，使得发散光束的反向延长线会聚，所有光束反向延长线会聚成一个芯片的像，等效于所有光束从一个芯片发出。

技术领域

本发明属于半导体激光器合束技术领域，具体地涉及一种等效于单发光单元输出的半导体激光器的结构及方法。

背景技术

当前半导体激光器的技术方案，最典型的是：(1)光纤耦合输出的半导体激光器，它使用了多个激光器芯片或芯片阵列，每个芯片或芯片阵列的激光经过光学准直、合束(密排合束或偏振合束或光谱合束)、光纤耦合，然后从一根光纤输出，其存在的缺点，首先是半导体激光器本身及其输出光纤的盘绕需占体积，其次是在某些应用中，光纤出来的光需再做光学整形然后才能应用，这样光纤耦合显得多余；(2)开放式单发光点芯片封装成的半导体激光器，它的缺点是功率不够高，不能满足更高的功率需求；(3)开放式巴条封装的半导体激光器，芯片巴条上有多个发光点，发光点之间有间隔，这种激光器的不足之处是激光的源点分散，光束质量较差；(3)利用偏振合束的激光器，对偏振方向互相垂直的两束光进行偏振合束，它的缺点只能对两束光进行合束，不能达至较大的功率合成，且由于偏振度的原因，偏振合束会造成功率损失。

发明内容

本发明的目的在于：为了克服上述的缺点，把多个芯片发出的激光，经过光学整形、合束等处理方法以后，形成的激光输出，这种激光输出从远场来看，相当于从一个芯片发出。

本发明采用的技术方案如下：

一种等效于单发光单元输出的半导体激光器的方法，包括以下步骤：

第一步：将多个芯片在长轴方向上进行对齐排列，对齐排列包括将多个芯片或芯片的镜像排列在与激光传输方向垂直的同一个平面上，并且将多个芯片或芯片的镜像对齐排列，排列方向一致；

第二步：分别对各个芯片发出的光束在快轴方向上进行准直；

第三部：将准直以后的光束在快轴方向上的进行密集排列并合束；

第四步：在快轴方向上通过一个柱面镜对光束总体进行发散处理，选择柱面镜的光学参数和放置位置，使得发散光束的反向延长线会聚，所有光束反向延长线会聚成一个芯片的像，等效于所有光束从一个芯片发出，即所说的等效于单发光单元输出；发散透镜放置位置的要求是发散透镜的主面到芯片的距离等于发散透镜的焦距，发散透镜的焦距越大，光束发散角越小，选择合适的发散透镜焦距，可以使得激光器输出光束快发散角与慢轴发散角相同。

一种等效于单发光单元输出的半导体激光器结构，包括多个台阶芯片和多级散热台阶，所述多个芯片设置在多级散热台阶，所述多个台阶芯片依次经过有第二微透镜、第二反射镜和第二柱面镜，各个台阶芯片经第二微透镜进行快轴方向上的光学准直，经过第二反射镜反射，使各光束紧密排列组束，再经过一个第二柱面镜折射发散。

本发明的进一步优选，所述第二柱面镜主面到各个台阶芯片发光面的距离等于第二柱面镜的有效焦距。

本发明的进一步优选，所述各个台阶芯片光束在合束前的传输距离相同。

一种等效于单发光单元输出的半导体激光器结构，包括安装在散热器上的芯片阵列，芯片阵列由多个芯片阵列而成，该芯片阵列通常称为半导体激光器巴条，芯片阵列依次经过有快轴准直镜、光束转向微透镜阵列和第三柱面镜，芯片阵列发出的激光经过快轴准直静准直，再经过一体化的光束转向微透镜阵列，在快轴方向上形成整齐排列，再经过一个柱面镜折射发散。