本發(fā)明涉及半導體激光器技術，尤其涉及一種實現均勻光斑的高功率半導體激光系統(tǒng)。

背景技術：

由于半導體激光器結構特性，導致半導體激光器快慢軸能量分布呈類高斯分布。對于由若干個巴條封裝的半導體激光器疊陣，由于存在填充因子的特性，光源本身就是明暗交替的排布方式，系統(tǒng)在焦點處的輸出光能量也就呈亮暗交替的分布。對于能量均勻性要求較高的場合，這樣的高功率半導體激光器系統(tǒng)是達不到要求的。目前解決此問題的辦法有：非球面法、微透鏡陣列法、衍射元器件等，但這些方法不足之處在于元件昂貴、成品率低下、對輸入光源變動較敏感等缺點，因此實際應用中受到很多限制。

技術實現要素：

為了克服傳統(tǒng)高功率激光勻化方案存在的元件昂貴、成品率低下、對輸入光源變動較敏感等缺陷，本發(fā)明提出一種新的可實現均勻光斑的高功率半導體激光系統(tǒng)。

本發(fā)明的解決方案如下：

第一類方案：

一種實現均勻光斑的高功率半導體激光系統(tǒng)，包括半導體激光器疊陣，其特征在于：在所述半導體激光器疊陣的出光方向上傾斜設置有第一平板透鏡組件和/或第二平板透鏡組件，平板透鏡組件的厚度和傾角的設置使得：經過第一平板透鏡組件后的光束在慢軸方向上發(fā)生位移，滿足相關巴條整體的出光在慢軸方向上的排布存在錯位(某些巴條的光斑位置發(fā)生相對位移后，慢軸方向上的位置對應于另一些巴條慢軸方向上發(fā)光點之間的非發(fā)光區(qū)域)；經過第二平板透鏡組件后的光束在快軸方向上發(fā)生位移，滿足相關巴條整體的出光在快軸方向上更加緊湊(填補或縮小相關巴條間的非發(fā)光區(qū)域)。即，該類方案通過改變平板透鏡組件的厚度和傾角來實現對巴條光束位移矢量(距離以及正、反向)的調節(jié)。

這里，僅設置第一平板透鏡組件使慢軸方向上發(fā)生位移，或僅設置第二平板透鏡組件使快軸方向上發(fā)生位移，都是可行的。

第二類方案：

該高功率半導體激光系統(tǒng)，包括半導體激光器疊陣，半導體激光器疊陣中的巴條存在錯位排列，使得部分巴條的發(fā)光點位置在疊陣堆疊方向上對應于其他巴條上各發(fā)光點之間的間隙(非發(fā)光區(qū)域)。這樣，通過改進半導體激光器疊陣自身的巴條布局結構，使得整體出光得到勻化。

對于上述第一類方案，本發(fā)明還進一步作了如下重要優(yōu)化。

1、對第一平板透鏡組件結構、設置方式的優(yōu)化：

1.1第一平板透鏡組件(的空間位置)對應于半導體激光器疊陣的部分巴條，所述部分巴條經過第一平板透鏡組件后的光束與其他巴條的出光在慢軸方向上的排布形成錯位。

這里，第一平板透鏡組件可以采用一體件，該一體件對應于連續(xù)的若干個巴條(通?？蓪谥虚g的若干個巴條)；或者，第一平板透鏡組件也可以由多個平板透鏡組成，分別一一對應于相間隔的多個巴條(這些平板透鏡可以為同一規(guī)格；也可以根據光斑調節(jié)需求對各個平板透鏡的厚度和傾角作不同的設置，例如針對半導體激光器疊陣自身的光斑缺陷位置作針對性的光束偏移調節(jié))。

進一步的，當采用多個平板透鏡組成第一平板透鏡組件時，對于整個半導體激光器疊陣，可使每隔一個巴條對應一個平板透鏡。

1.2第一平板透鏡組件(的空間位置)對應于半導體激光器疊陣的全部巴條，所述第一平板透鏡組件包括規(guī)格不同的多個平板透鏡，使得全部巴條經過相應的平板透鏡后的光束均在慢軸方向上發(fā)生位移，但位移矢量存在不同。

綜合考慮加工和安裝等因素，上述規(guī)格不同的多個平板透鏡，是指部分平板透鏡的傾斜方向相反(即這些平板透鏡中，一部分為正向傾斜、另一部分為反向傾斜)，厚度可以相同也可以不同，使得經過第一平板透鏡組件后的一部分光束在慢軸方向上發(fā)生正向位移，另一部分光束在慢軸方向上發(fā)生反向位移。

2、對第二平板透鏡組件結構、設置方式的優(yōu)化：

第二平板透鏡組件對應于半導體激光器疊陣的全部巴條或者部分巴條；第二平板透鏡組件由多個平板透鏡(可以規(guī)格相同，也可以規(guī)格不同)組成，每一平板透鏡對應一個巴條。

第二平板透鏡組件的各個平板透鏡依次遞增或遞減改變傾角和/或厚度，使經過第二平板透鏡組件后的光束向快軸方向的某一端偏移?；蛘?，第二平板透鏡組件的各個平板透鏡從分別從兩端向中間依次遞減改變傾角和/或厚度，使經過第二平板透鏡組件后的光束從兩端向中間偏移。

本發(fā)明具有以下技術效果：

1、本發(fā)明不易受到光源變動的影響，光學器件簡單成本低，安裝、調節(jié)簡便，可控性強。

2、通過傾斜設置平板透鏡，利用平板透鏡兩次折射后對光束的平行偏移作用，使半導體激光器疊陣(各個的巴條發(fā)光點的)出光產生位移，調節(jié)光斑整體效果，從而達到勻化光源的目的。

3、半導體激光器疊陣(或其出光)以巴條為單元進行錯位排布，調節(jié)精度要求不高，光源整體均勻性較好。

4、半導體激光器疊陣(各個巴條發(fā)光點的)出光在快軸方向上的位移，消除了因巴條厚度方向上的發(fā)光點間隙，使得整體出光更為緊湊，一定程度上實現了光源的勻化，同時也提高了光斑能量密度。

附圖說明

圖1為常規(guī)的半導體激光器疊陣的發(fā)光點排布的示意圖，圖中每一行對應一個巴條。

圖2為本發(fā)明設置的以巴條為單元進行錯位排布。

圖3為本發(fā)明利用平板透鏡使光束發(fā)生位移的示意圖。

圖4為本發(fā)明利用平板透鏡使位于中間的連續(xù)多個巴條出光在慢軸方向上發(fā)生位移的示意圖。

圖5為本發(fā)明利用平板透鏡使相間隔的一半數量的巴條出光在慢軸方向上發(fā)生位移的示意圖。

圖6為本發(fā)明利用平板透鏡(厚度依次遞增的多個平板透鏡)使部分巴條出光在快軸方向上發(fā)生位移的示意圖。

圖7為本發(fā)明同時設置第一平板透鏡組和第二平板透鏡組分別使部分巴條出光在慢軸方向、快軸方向上發(fā)生位移的示意圖。

附圖標號說明：

1‐半導體激光器疊陣；2‐平板透鏡(組)；21‐第一平板透鏡組；22‐第二平板透鏡組。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。

實施例一：

如圖2，將半導體激光器疊陣自身的巴條布局結構設置為錯位排列的形式，使得部分巴條的發(fā)光點位置在疊陣堆疊方向上對應于其他巴條上各發(fā)光點之間的間隙，使得整體出光得到勻化。

實施例二：

如圖4，可以實現對疊陣中某一部分的巴條的發(fā)光點陣實現整體位移。平板透鏡設置于半導體激光器疊陣的出光方向上，并在快軸方向上僅對應于需做發(fā)光點位移的巴條，平板透鏡在慢軸方向的視圖中，與激光光軸呈一定的夾角。巴條發(fā)出激光器經平板透鏡后，相對于原光斑位置發(fā)生了位移(圖4中從上倒下的第3～6個巴條經過第一平板透鏡組件后的光束與第1、2、7、8個巴條的出光在慢軸方向上的排布形成錯位)。

本實施例中的平板透鏡為一個整塊的平板透鏡；也可以組建平板透鏡陣列，其中的每個平板透鏡對應于一個巴條。

實施例三：

如圖5，第一平板透鏡組設置于半導體激光器疊陣的出光方向上，第一平板透鏡組的平板透鏡個數為巴條數的一半，并且每隔一個巴條對應一個平板透鏡；這些平板透鏡沿疊陣的快軸方向依次排列(快軸方向的視圖中與光軸平行，慢軸方向的視圖中與激光光軸呈一定的夾角)，相應的巴條發(fā)出的激光通過平板透鏡后，相對于原發(fā)光點發(fā)生了慢軸方向上的位移，使得最終位移后的巴條發(fā)光點與未位移的巴條發(fā)光點在快軸方向上間隔排列。

實施例四：

如圖6，第二平板透鏡組設置于半導體激光器疊陣的出光方向上，第二平板透鏡組包括多個平板透鏡，沿疊陣的快軸方向依次排列，平板透鏡設置與快軸方向的光軸呈一定的夾角，平板透鏡的厚度從上到下依次遞增，各巴條的激光光束通過平板透鏡后在快軸方向上產生相應的位移(量)，最終整體出光的光斑更加緊湊靠近上端。

實施例五：

如圖7，在半導體激光器疊陣的出光方向上同時設置第一平板透鏡組和第二平板透鏡組，分別對應于實現快軸方向的位移和慢軸方向的位移，以實現最優(yōu)的光斑質量。