[发明专利]一种半导体激光器叠阵的光学处理方法

说明书

本发明涉及一种半导体激光器叠阵的光学处理方法，包括：(1)在封装好的N个巴条的两侧分别设置一根垫条；(2)挡住N‑1个巴条的发光面，暴露一个巴条的发光面，在暴露的巴条发光面上方放置D型柱透镜，使得D型柱透镜焦点所在的直线与巴条发光点所在的直线重合；(3)只暴露一个巴条的发光面，使得D型柱透镜焦点所在的直线与巴条发光点所在的直线重合；(4)按照步骤(3)，逐个调整巴条上方D型柱透镜的位置。与现有技术相比，提高了输出光的能量密度，且输出的光都为类平行光，具有更强的穿透力和光热效应，在医疗美容方面的应用时，该方法输出的光斑比较均匀，可直接作用与皮肤表面，无需再经过光波导的匀化作用。

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器叠阵的光学处理方法，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

半导体激光器因其电流注入泵浦的特性以及波长可选择的优势，在各个领域有广泛的应用，以多个发光芯片构成巴条，以多个巴条封装组成激光器叠阵的封装形式，是半导体激光器功率扩展的主要方法，目前，多巴条封装的高功率激光器叠阵，依据选择性的光热动力学原理，在特定波长、能量的激光穿透人体的皮肤表层，在不损伤人体皮肤组织的前提下达到毛发的根部毛囊，激光被将毛囊内的黑色素吸收转化为热能，对毛囊进行破坏去除，使其失去再生能力。目前半导体激光器叠阵已经广泛地应用在该领域中，并且向着更高功率、小型化以及高舒适性的方向发展。

由于半导体激光器的波导性质导致其输出的光束质量相对较差，单芯片输出的光在远场是不对称的，发光点数越多，其光束质量分布越复杂，我们通常用高斯模型E(X₀,Y₀)来表征激光器光束分布：

其中，A₀是源场的幅度，W_0X和W_OY分别是快轴和慢轴的束腰半径，X₀和Y₀分别表示发光点处在快轴和慢轴方向的坐标。巴条和由巴条组成的叠阵可以看做是由各个点光源的不相干叠加来表示。基于此，远场可以用基于对光束的衍射积分来表征，利用非傍轴圆偏振衍射积分公式来表征高斯光束的远场分布：

其中z表征光束的传播方向，x，y表示沿z向传播的快轴、慢轴坐标：

光束在空间中传播时，束腰半径满足双曲线传播规律：

ω²(z)＝ω₀²+z²tan²θ₀

W₀是半导体激光器90％能量的束腰半径，ω(z)表示空间中的光斑宽度，则激光器的发散角可以由下面的公式表征：

由于半导体激光器在快轴和慢轴方向上的发光面积不一致，根据上述公式计算出快、慢轴的发散角存在较大的差异，导致激光器输出光在快轴与慢轴方向的尺寸差距较大，输出光束质量较差，对于多个单管构成的巴条而言，快轴、慢轴方向的尺寸差距更大，其光束质量变得更差。

对于激光器的应用需求，激光器远场、能量分布均匀的大光斑是最好的选择，直接输出的叠阵激光器快轴发散角较大，慢轴发散角较小，无法直接应用；目前，一种方法是通过多个巴条组成多巴条叠阵来平衡输出光斑的快慢轴尺寸，另一种方法是将激光器通过光波导，利用光的全反射原理使光束聚焦匀化，获得分布均匀的光斑。