47]圖3D是本發(fā)明的激光光源中微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖4是激光元件位于準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)和偏離該焦點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖5為本發(fā)明的激光光源的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖6為圖5所不激光光源中積分棒的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051]針對(duì)圖1所示的激光光源不能產(chǎn)生均勻面分布的問(wèn)題，發(fā)明人做了針對(duì)性的研究。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，一般的光束之所以在方棒中能夠?qū)崿F(xiàn)均勻化，其關(guān)鍵在于該光束的角分布是連續(xù)的，這樣經(jīng)過(guò)方棒內(nèi)多次反射后其面分布才可能是連續(xù)的，而且能夠?qū)崿F(xiàn)反射次數(shù)越多面分布的均勻性越好。
[0052]然而經(jīng)過(guò)匯聚透鏡13會(huì)聚的激光光束不同于一般的光束，它是由多個(gè)激光光束組合而成的，每個(gè)激光光束來(lái)自于一個(gè)激光二極管和對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡，所以總的光束的角分布并不是連續(xù)的，而是分立的。這些分立的激光束在方棒14中的傳播過(guò)程如圖2所示。激光束LI以入射角α入射，以出射角α出射，激光束L2以入射角β入射，以出射角β出射，兩者由于各自的角度都很小，在方棒中反射多次仍然保持為一根很細(xì)的光線，因此在方棒的出口處無(wú)法形成混合的效果，即均勻的光分布。
[0053]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0054]實(shí)施例一
[0055]圖3Α為本發(fā)明的激光光源的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該激光光源300包括激光光源陣列，該激光光源陣列用于產(chǎn)生準(zhǔn)直的一次激光光束陣列381。其中激光光源陣列包括激光元件陣列和準(zhǔn)直透鏡陣列，激光元件陣列包括激光元件31a、31b和31c，準(zhǔn)直透鏡陣列包括32a、32b和32c，其中每個(gè)準(zhǔn)直透鏡對(duì)應(yīng)于一個(gè)激光元件，激光元件的發(fā)光位置位于對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)上，其發(fā)出的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡后得以準(zhǔn)直。
[0056]在本實(shí)施例中，激光元件為激光二極管，實(shí)際上激光元件也可以是其它發(fā)射激光的元件，本發(fā)明不做限制。當(dāng)然，激光元件陣列和準(zhǔn)直透鏡陣列中的元件數(shù)量只是舉例，并不做限制。
[0057]如圖3B所示，圖3B為激光元件的發(fā)光示意圖。激光元件31的發(fā)光面為長(zhǎng)方形，經(jīng)過(guò)該長(zhǎng)方形長(zhǎng)邊311的截面上的光發(fā)散角為α，經(jīng)過(guò)該長(zhǎng)方形短邊312的截面上的光發(fā)散角為β，其中α小于β。一般來(lái)說(shuō)，β大于α的5倍。也即激光元件31的出射光光分布的長(zhǎng)軸313平行于長(zhǎng)方形的短邊312，出射光光分布的短軸314平行于長(zhǎng)方形的長(zhǎng)邊311。
[0058]激光元件31所發(fā)光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡后的一次激光光束并不是嚴(yán)格的平行光。相比激光元件所發(fā)光，經(jīng)準(zhǔn)直的激光光束的發(fā)散角減小，但經(jīng)準(zhǔn)直的激光光束仍存在光分布的長(zhǎng)軸方向和短軸方向。如圖3C所示，圖3C為激光元件31所發(fā)光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡32后的發(fā)光示意圖。需注意的是，一次激光光束的光分布的長(zhǎng)軸315平行于激光元件31的發(fā)光面的長(zhǎng)邊311，一次激光光束的光分布的短軸316平行于激光元件31的發(fā)光面的短邊312，且長(zhǎng)軸315方向上的發(fā)散角與短軸方316方向上的發(fā)散角的比值較大，而且一般會(huì)大于5。為描述清楚，下文所說(shuō)的“長(zhǎng)軸方向”和“短軸方向”均指的是光束的光分布上的長(zhǎng)軸方向和短軸方向。
[0059]這樣，各激光元件所發(fā)光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直得到的一次激光光束陣列381中，各個(gè)一次激光光束的光軸相互平行，但每一個(gè)激光光束具有一定發(fā)散角，且光分布的長(zhǎng)軸方向的發(fā)散角與短軸方向的發(fā)散角的比值仍較大。
[0060]激光光源300還包括位于激光光源陣列后端并依次排列的聚焦光學(xué)元件33和準(zhǔn)直光學(xué)元件34，一次激光光束陣列381依次經(jīng)過(guò)聚焦光學(xué)元件33和準(zhǔn)直光學(xué)元件34后形成準(zhǔn)直的二次激光光束陣列382。
[0061]在本實(shí)施例中，聚焦光學(xué)元件為凸透鏡33，準(zhǔn)直光學(xué)元件為凹透鏡34，凸透鏡33和凹透鏡34的焦點(diǎn)重合，其中凹透鏡34的焦點(diǎn)為虛焦點(diǎn)，該虛焦點(diǎn)在凹透鏡34的光路后端。這樣，一次激光光束陣列381首先被凸透鏡33所聚焦而面向其焦點(diǎn)會(huì)聚，在入射到凹透鏡34上時(shí)其光束截面積會(huì)小于在入射到凸透鏡33上時(shí)的光束截面積，此時(shí)由于該激光光束也是面向凹透鏡的焦點(diǎn)會(huì)聚的，因此經(jīng)過(guò)凹透鏡34后會(huì)再次呈平行光出射，即形成準(zhǔn)直的二次激光光束陣列382，但激光光束的截面面積被壓縮了，即二次激光光束陣列382中的各二次激光光束的間距小于一次激光光束陣列中的各一次激光光束的間距。
[0062]根據(jù)光學(xué)擴(kuò)展量守恒原理，光束的截面面積被壓縮，其發(fā)散角必然增大，即:
[0063]S1X sin2 Θ j= S 2X sin2 θ 2 (I)
[0064]其中S1、θ I分別是一次激光光束陣列的橫截面積和發(fā)散半角，S2、Θ 2分別是二次激光光束陣列的橫截面積和發(fā)散半角，其中S2〈S1，則Θ 2—定大于Θ1。值得注意的，公式(I)中的發(fā)散半角并不是各激光光束之間的夾角，而是每個(gè)激光光束自己的發(fā)散角的一半。
[0065]在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)控制凸透鏡33和凹透鏡34的位置和曲率，可以控制二次激光光束陣列382對(duì)一次激光光束陣列381截面積的壓縮比例(近似來(lái)說(shuō)，凸透鏡33和凹透鏡34的焦距之比就是光束的壓縮比)，進(jìn)而控制二次激光光束陣列中每一個(gè)激光光束的發(fā)散半角相比一次激光光束陣列中每一激光光束的發(fā)散半角增大的程度。容易理解的是，其中二次激光光束陣列中每一個(gè)激光光束的光分布上長(zhǎng)軸方向上的發(fā)散角與短軸方向上的發(fā)散角的增大程度是近似一樣的，因此該兩個(gè)方向上的發(fā)散角的比值仍然較大。
[0066]激光光源300還包括位于準(zhǔn)直光學(xué)元件34后端的角分布控制元件35，用于接收二次激光光束陣列382并對(duì)其進(jìn)行整形，使得經(jīng)整形后的二次激光光陣列382中每個(gè)二次激光光束在光分布的短軸方向上的發(fā)散角與在長(zhǎng)軸方向上的發(fā)散角的比值大于或等于0.7。
[0067]具體地，本實(shí)施例中，角分布控制元件35為柱面透鏡。由于柱面透鏡可以只在一個(gè)維度上改變一束光束的發(fā)散角，因此可利用柱面透鏡增大激光光束的短軸方向上的發(fā)散角而不改變長(zhǎng)軸方向上的發(fā)散角，并通過(guò)對(duì)柱面透鏡的柱面的曲率設(shè)計(jì)使得每一個(gè)激光光束在短軸方向上的發(fā)散角與長(zhǎng)軸方向上的發(fā)散角的比值大于或等于0.7。為實(shí)現(xiàn)以上目的，入射于柱面透鏡的二次激光光束陣列中每個(gè)二次激光光束的光分布的長(zhǎng)軸方向均平行于該柱面透鏡的母線。
[0068]激光光源300還包括位于角分布控制元件35后端的積分棒36，用于接收經(jīng)角分布控制元件35整形的二次激光光束陣列382并使其均勻化。
[0069]在現(xiàn)有的對(duì)積分棒(【背景技術(shù)】中的方棒和錐形棒均是積分棒的一種)的理解中，入射光必須以一個(gè)較大的角度范圍入射才能夠產(chǎn)生較好的勻光效果，因?yàn)橹挥羞@樣光線才能夠在積分棒內(nèi)部發(fā)生多次反射而均勻化。然而針對(duì)本發(fā)明的研究使我們對(duì)積分棒的認(rèn)識(shí)更加深入，即若應(yīng)用于激光領(lǐng)域，僅將各束激光會(huì)聚形成較大的角度范圍是不能工作的，必須使每一束激光的發(fā)散半角增大。只要每一束激光的發(fā)散半角增大，即使各束激光之間接近于平行，也能夠經(jīng)過(guò)積分棒產(chǎn)生很好的均勻化效果。
[0070]但是，在使得每一束激光的發(fā)散半角增大的過(guò)程中，每一束激光在光分布上的長(zhǎng)軸方向上和短軸方向上的發(fā)散角增大的程度是近似一樣的，因此，在入射于積分棒時(shí)，雖然每一束激光的發(fā)散半角增大，但每一束激光在短軸方向的發(fā)散角相比長(zhǎng)軸方向的發(fā)散角小很多，因此這兩個(gè)方向上的光束在積分棒內(nèi)反射的次數(shù)相差也較大，進(jìn)而導(dǎo)致各個(gè)二次激光光束在積分棒的出光口所在面上所形成的光斑在長(zhǎng)軸方向上得到了較均勻的混光，而在短軸方向上的勻光效果較差。因此，本實(shí)施例中通過(guò)在準(zhǔn)直光學(xué)元件和積分棒之間設(shè)置角分布控制元件，使得入射于積分棒的各個(gè)二次激光光束在光分布的短軸方向和長(zhǎng)軸方向上的發(fā)散角的比值大于或等于0.7，進(jìn)而提高各個(gè)二次激光光束在短軸方向上的勻光效果。[0071 ] 本實(shí)施例中，角分布控制元件也可以為柱面透鏡陣列。柱面透鏡陣列的設(shè)置使得，每一個(gè)柱面透鏡對(duì)準(zhǔn)至少一列二次激光光束，每一列二次激光光束的走向均平行于該柱面透鏡的母線，其中該至少一列二次激光光束中的每一個(gè)二次激光光束的光分布的長(zhǎng)軸方向均相互平行，且平行于該柱面透鏡的母線。相比只采用一個(gè)柱面透鏡，采用柱面透鏡陣列可以使得每個(gè)二次激光光束在其光分布的短軸方向上的發(fā)散角增加得更大，更接近長(zhǎng)軸方向上的發(fā)散角。但只采用一個(gè)柱面透鏡有利于實(shí)際加工方便。
[0072]本實(shí)施例中，在激光元件自身發(fā)射的激光束的準(zhǔn)直度較好的場(chǎng)合中，準(zhǔn)直透鏡也是可能省略的。但需要注意的是，在激光光源陣列中省略掉準(zhǔn)直透鏡陣列后，一次激光光束陣列中每一個(gè)一次激光光束的