專利名稱：線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)由反射光學(xué)元件制成的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，列陣各半導(dǎo)體激光器輸出的光束位于同一平面。
近年來，大功率半導(dǎo)體激光器技術(shù)的迅速、進(jìn)一步地發(fā)展，推動(dòng)了半導(dǎo)體激光器在多方面的應(yīng)用。其中，把半導(dǎo)體激光器用于固體激光器的泵浦就是一例。
半導(dǎo)體激光器的一個(gè)特別的稟性是其不對(duì)稱的輸出光束截面，該光束由發(fā)射區(qū)和出光面輸出。這種光束的截面呈代表它的特性的橢圓狀。這種橢圓形截面的長軸垂直于二極管結(jié)構(gòu)的pn結(jié)(也被稱為快方向)，而短軸平行于pn結(jié)的平面(也被稱為慢方向)。除了這種不對(duì)稱的光束截面外，輸出光束在長軸方向，也就是在垂直于pn結(jié)以及激活層的方向上顯示了高發(fā)散，其發(fā)散角達(dá)90°，而在短軸方向上這種發(fā)散角大約只有10°。
由于這種特殊的橢圓形光束截面和垂直于激活區(qū)(也稱為pn結(jié)面)的大發(fā)散以及由于平行于激活區(qū)相對(duì)微小的發(fā)散，半導(dǎo)體激光器的使用主要依賴于半導(dǎo)體激光器光束的合適的導(dǎo)光和整形，特別當(dāng)由許多半導(dǎo)體激光器組成半導(dǎo)體激光器場(chǎng)或半導(dǎo)體激光器列陣時(shí)。
通常，半導(dǎo)體激光器光束的導(dǎo)光和整形是通過安裝在半導(dǎo)體激光器的輸出光路中的輸送元件，如凸鏡和棱鏡，來實(shí)現(xiàn)的。在某些使用中，例如在固體激光器的半導(dǎo)體激光器泵浦方面，每一個(gè)二極管的激光束必須通過一個(gè)凸鏡聚焦到固體棒上。這里的問題是必須找到一種具有特別大的數(shù)字孔徑的凸鏡，通過它來使上面描述過的在垂直于pn結(jié)方向具有90°發(fā)散角的光束聚焦。這樣的凸鏡原則上只能用高折射率的玻璃制成。缺點(diǎn)是由大入射角造成了在凸鏡上的反射損耗，從而降低了效率，而半導(dǎo)體激光器相對(duì)于其它激光器的優(yōu)勢(shì)卻在于它的高效率。
大功率半導(dǎo)體激光器通常具有截面為1×100微米的激活介質(zhì)。此外，由于費(fèi)用的緣故，把多個(gè)激光器連同它們的光束輸出面并排放在一起，或排成一維或兩維列陣。在線型(即一維)列陣中各半導(dǎo)體激光束的橢圓截面的長軸相互平行。光束質(zhì)量在快方向取衍射極限值，而在pn結(jié)面上大約是衍射極限值的1000倍。列陣發(fā)出的光束無法通過柱面鏡和球面鏡以及這兩種透鏡的組合聚焦成圓形的光斑，因此，半導(dǎo)體激光列陣在光纖傳輸或所謂的固體激光器“端面泵浦”的應(yīng)用中受到了限制。
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問題提供一種裝置，它可以用于半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束的導(dǎo)光和整形。每一各半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束至少與一個(gè)第一反射面相對(duì)應(yīng)，各反射面位于不同的、相互錯(cuò)位的平面里，錯(cuò)位是與列陣中各半導(dǎo)體激光器的次序相對(duì)應(yīng)的。用本裝置的最簡單的技術(shù)方案即可實(shí)現(xiàn)光束列陣的整形。通過恰當(dāng)?shù)倪x擇反射面和入射光線之間的夾角，可以使各半導(dǎo)體激光器所發(fā)出的光束沿快方向密集迭加到一起。此外，各反射面與其對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體激光器的出射面的距離各不相同，其距離的改變與列陣的半導(dǎo)體激光器的次序相對(duì)應(yīng)。一種具有優(yōu)勢(shì)的裝置是所有的第一反射面的中心位于同一條直線上，也就是說，各錯(cuò)位相等。
為了簡單的實(shí)現(xiàn)整形裝置，可以在每一個(gè)第一反射面后加一個(gè)第二反射面。第二反射面也位于不同的相互錯(cuò)位的平面里，錯(cuò)位是與其相應(yīng)的第一反射面的次序相符的。另外，可根據(jù)需要在每個(gè)第二反射面之后加上其它反射面。
各反射面可簡單的由階梯形反射鏡產(chǎn)生。該階梯鏡可以用玻璃磨制。反射面可以是平面，這種情形下的階梯鏡加工簡易。這種階梯鏡也可用于多行線型列陣的光束的整形。
另一種整形裝置的技術(shù)方案是每一個(gè)半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束入射到一個(gè)帶狀波導(dǎo)里，波導(dǎo)的兩個(gè)與快方向垂直的面為界面。波導(dǎo)在光束傳播方向上有一個(gè)張角，波導(dǎo)的出射面與光束方向成一斜角，入射光束由于出射端面的反射而從波導(dǎo)的側(cè)面輸出。這里的張角為5～15°，波導(dǎo)的長度為2～10mm。使用這種波導(dǎo)可以使每一個(gè)半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束輸送到與其相應(yīng)的第一反射面上，同時(shí)使光束的發(fā)散角縮小。波導(dǎo)的張角沿半導(dǎo)體激光器的快軸方向。該波導(dǎo)還具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)它不必采用光學(xué)成像系統(tǒng)，并能與半導(dǎo)體激光器集成在同一個(gè)基底(如硅)上。
每一波導(dǎo)的出射端面的位置和它與光束傳播方向之間的夾角可以根據(jù)它所要達(dá)到的光束截面來確定，在波導(dǎo)出射端面后可使用第二反射面來進(jìn)一步改變光束截面。
本發(fā)明的第三種裝置的技術(shù)方案是所有的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束入射到同一平面型波導(dǎo)里，波導(dǎo)在光束傳播方向上有一個(gè)5～15°張角，波導(dǎo)的長度為5～20mm。波導(dǎo)出射面與光束方向成斜角，與一個(gè)截面為矩形的玻璃棒有光學(xué)接觸。輸入到玻璃棒里的全部半導(dǎo)體激光由于全反射而從離半導(dǎo)體激光器最遠(yuǎn)的一端輸出。這里的輸出窗口可以由與玻璃棒有光學(xué)接觸的棱鏡構(gòu)成。
本發(fā)明的第四種裝置的技術(shù)方案是半導(dǎo)體激光器列陣發(fā)出的光束入射到一端面為四邊形的波導(dǎo)里，這種波導(dǎo)的各對(duì)應(yīng)端面相互平行，光束從某一個(gè)端面輸入，在波導(dǎo)里由于全反射而使所有的光束從一個(gè)共同的窗口輸出，該窗口也可由與玻璃棒有光學(xué)接觸的棱鏡構(gòu)成。這里，相鄰端面的夾角為90°的波導(dǎo)更有優(yōu)勢(shì)。
根據(jù)需要可以在半導(dǎo)體激光器的輸出面和第一反射面之間加一光學(xué)成像系統(tǒng)，此成像系統(tǒng)可由帶狀波導(dǎo)構(gòu)成。
本發(fā)明的第五種裝置的技術(shù)方案是每一個(gè)半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束分別入射到一個(gè)沿光束傳播方向有一張角的帶狀波導(dǎo)里，相鄰波導(dǎo)間的距離沿光束傳播方向逐漸減小，最后匯成一個(gè)波導(dǎo)。
一種簡易整形裝置的技術(shù)方案是第一反射面和第二反射面都由階梯鏡組成，在第一階梯鏡后面各光束的位置排列呈階梯狀，而在第二階梯鏡后各光束沿方向排成上下一列。
本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)和要點(diǎn)如附頁中各示意圖所示

圖1是第一種按本發(fā)明用一個(gè)階梯鏡做成的用于線型半導(dǎo)體激光器列陣的導(dǎo)光和整形裝置的示意圖。
圖2是圖1所示的階梯鏡整形裝置的側(cè)視圖及光路圖。
圖3是圖1和圖2中的整形裝置的另一側(cè)視圖。
圖4是一種由多個(gè)半導(dǎo)體激光器組成的半導(dǎo)體激光器列陣。
圖5是圖4中的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光錐。
圖6和圖7是按本發(fā)明用兩個(gè)階梯鏡做出的第二種整形裝置。
圖8是在圖1～圖3所示的整形裝置基礎(chǔ)上加上成像系統(tǒng)。
圖9是圖8中的整形裝置沿1X-1X方向的剖面圖。
圖10是圖8中的整形裝置沿X-X方向的剖面圖。
圖11～圖13是按本發(fā)明用多個(gè)波導(dǎo)做成的第三種整形裝置沿不同方向的側(cè)面圖。
圖14是利用圖11～圖13中的整形裝置得到的光束截面圖。
圖15～圖21是按本發(fā)明用兩個(gè)波導(dǎo)做成的第四種整形裝置。
圖22是按本發(fā)明做成的第五種整形裝置。
圖23是圖22中的整形裝置沿XX111-XX111方向的剖面圖。
圖24是按本發(fā)明用一個(gè)矩形的波導(dǎo)做成的第六種整形裝置。
圖25是圖24中的整形裝置沿XXV-XXV方向的剖面圖。
圖26是由圖24至圖25所示的整形裝置改制的整形裝置。
圖27是接按本發(fā)明做成的第七種整形裝置。
圖28是圖27所示的整形裝置沿XX111箭頭所示的方向的俯視圖。
圖29是由圖27所示的整形裝置改制的整形裝置。
圖30是圖29所示的整形裝置沿XXX箭頭所示的方向的側(cè)視圖。
圖31是圖29所示的整形裝置沿XXX1箭頭所示的方向的側(cè)視圖。
圖32是按本發(fā)明用一個(gè)螺旋形波導(dǎo)做成的整形裝置。
本發(fā)明涉及一種線型半導(dǎo)體激光器列陣1的光束的導(dǎo)光和整形裝置，該列陣由多個(gè)半導(dǎo)體激光器2組成，例如圖4所示的列陣由八個(gè)半導(dǎo)體激光器組成。所有的半導(dǎo)體激光器排列在同一條直線上，它們的出射面4在同一平面3里。圖5所示的是一個(gè)典型的半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)。出射面4沿pn結(jié)方向有一定的寬度(100微米)，而沿與pn結(jié)垂直的方向的高度很小(約1微米)。由于圖5所示的出射面4在兩個(gè)方向的尺寸大小的不同，光束的截面成橢圓狀，橢圓的長軸(快方向)與pn結(jié)垂直，短軸(慢方向)與pn結(jié)平行?？旆较虻陌l(fā)散角通常在90°左右，慢方向的發(fā)散角大約為10°。常用的列陣由24個(gè)半導(dǎo)體激光器構(gòu)成，其寬度為一個(gè)厘米。
在第一種整形裝置中，半導(dǎo)體激光器列陣1發(fā)出的各光束14(各不同的光錐15)通過圖1中的光學(xué)系統(tǒng)16成像到一個(gè)階梯鏡18的相應(yīng)的第一反射面17上，各光束15被其相應(yīng)的第一反射面17反射到一個(gè)平面20上。光束15在XZ一平面的入射角和階梯鏡的梯高(即各反射面之間的錯(cuò)位)的選擇標(biāo)準(zhǔn)是保證所有的半導(dǎo)體激光器2發(fā)出的光束在與XZ一平面平行的平面里。在選擇XY一平面里的光束的入射角和階梯鏡18的取向時(shí)，要保證被第一反射面反射的光束19不再被與第一反射面垂直的階梯鏡的側(cè)面所反射。在第一反射面之后，各光束沿Y方向排成一列。因而導(dǎo)致沿Y方向的光束質(zhì)量下降，而沿X方向的光束質(zhì)量得到提高。這樣，可使光束在這兩個(gè)方向上的光束質(zhì)量相等，整形后的光束可用透鏡聚焦成近似圓形的光斑。圖3所示的是該整形裝置的側(cè)面圖和它所輸出的光束的截面圖。
在圖1～圖3所示的第一種整形裝置中，光束被一個(gè)階梯鏡的各個(gè)反射面18反射而重新排列。在第一個(gè)階梯鏡18后的光路中安上第二個(gè)階梯鏡21，就得到圖7和圖8所描述的第二種整形裝置。
這里必須說明的是，在涉及不同的整形裝置的示意圖中，相同或類似的元件采用了相同的標(biāo)號(hào)。
如圖6所示，半導(dǎo)體激光器列陣1發(fā)出的光束14由一個(gè)成像系統(tǒng)16成像到由第一個(gè)階梯鏡18構(gòu)成的各反射面17上。反射的光束19在一個(gè)與擺在YZ一平面平行的平面20里排列成圖中所示的梯形，相鄰光束間的距離相等。作為比較，圖7的右上圖給出了在半導(dǎo)體激光器列陣1的光束出射面22后面的光束截面圖，而右下圖給出了光束14在入射到階梯鏡18之前在平面23里的光束截面圖。在平面23里，各光束相互等距離地排列在一條直線上。在階梯鏡18后，反射光束19傳播到第二個(gè)階梯鏡上。在確定入射角和第一階梯鏡的梯高時(shí)，要使由反射產(chǎn)生的錯(cuò)位比各光束在Y方向(快方向)上的寬度要大一點(diǎn)。對(duì)于第二階梯鏡，在確定它的入射角和梯高時(shí)，要使所有的光束在位于第二個(gè)階梯鏡21后面的平面(XY—平面)25里沿Y方向排列成一列。
圖8至圖10所示的是圖1中標(biāo)出的一種光學(xué)成像系統(tǒng)16，它與常用的由柱面鏡和球面鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)不同，它由固定到基座28上的帶狀波導(dǎo)27構(gòu)成。每一個(gè)波導(dǎo)27在由光束的快方向和傳播方向構(gòu)成的平面里有一個(gè)張角，該張角，也就是波導(dǎo)27和基座28的接觸面29與波導(dǎo)上表面30之間的夾角，大約為10°。半導(dǎo)體激光器的光束從窄的端面31傳播到波導(dǎo)27里，然后從另一端的大端面32輸出。這個(gè)張角用來縮小快方向上的發(fā)散。每一個(gè)波導(dǎo)27的寬度33都至少等于每個(gè)半導(dǎo)體激光器的出射面4寬度(見圖10)。窄端面31的高度為幾微米至幾十微米，大端面32的高度為10微米至約100微米。這種帶狀波導(dǎo)27可以鍍到基座28上，例如通過鍍膜的方法。這種波導(dǎo)當(dāng)然也可以由粘在基座上的楔形的小玻璃塊組成。
圖11至圖14說明了第三種半導(dǎo)體激光器列陣1的光束的導(dǎo)光和整形裝置。在這種裝置中，與每一個(gè)半導(dǎo)體激光器2相對(duì)應(yīng)的帶狀波導(dǎo)35被鍍到形狀為階梯結(jié)構(gòu)37的基座36上。它們?cè)谟煽旆较蚝凸馐鴤鞑シ较驑?gòu)成的平面里有一個(gè)張角。從圖12和圖13還能看出，基座的各階梯在光束的傳播方向上不是相互平行的；相應(yīng)地，各波導(dǎo)35位于相互傾斜的平面里。與每一個(gè)半導(dǎo)體激光器的出射面4的位置相對(duì)應(yīng)，各個(gè)波導(dǎo)的入射端38位于一條直線上，而出射端39象階梯結(jié)構(gòu)37中相應(yīng)的那樣相互有錯(cuò)位。如圖11所示，所有的波導(dǎo)27的出射端39的端面40與光束傳播方向成一不等于90°的夾角，光束在端面40上被全反射(如光束19所示)，從波導(dǎo)27的側(cè)面輸出。由于基座36的階梯結(jié)構(gòu)和由此產(chǎn)生的輸出端39的階梯形排列，各光束從不同的高度輸出。圖14給出了輸出光束的截面圖。波導(dǎo)27的張角用來減小快方向上的光束發(fā)散角。
圖15至圖21所示的是第四種整形裝置。與圖11至圖14所示的第三種整形裝置不同，該裝置使用了兩組波導(dǎo)，第一組波導(dǎo)35如圖15至圖17所示，第二組波導(dǎo)41如圖19和圖20所示，第一組波導(dǎo)35與圖11至圖13所示的波導(dǎo)原理上相同。通過比較圖16和圖12可以看出，該整形裝置的基座臺(tái)階的高度較小。如圖17所示，波導(dǎo)35同樣有一張角。各半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束從一端入射，入射面位于同一高度。出射端面40與光束傳播方向成一不等于90°的夾角，使光束由于在出射端面40上的全反射而從波導(dǎo)的側(cè)面輸出。如圖15的虛線所示，在第一組波導(dǎo)35下面安置了第二組波導(dǎo)41，兩組波導(dǎo)之間有光學(xué)接觸，從而使從第一組波導(dǎo)輸出的光束從窗口42入射到第二組波導(dǎo)里。在第二組波導(dǎo)里，所有的光束相互重疊產(chǎn)生圖21所示的光束截面圖樣。如圖18和圖20所示，各波導(dǎo)由平整的小玻璃片粘制成，或由整塊的具有相應(yīng)形狀的大玻璃板做成。如圖11至圖20所示，用于整形的波導(dǎo)可以和半導(dǎo)體激光器列陣安裝在同一個(gè)基座上。
圖22和圖23所示的是第五種整形裝置，在該裝置中，每一個(gè)半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束入射到各自的波導(dǎo)43上，各波導(dǎo)在光束傳播方向上有一張角。各波導(dǎo)之間的距離沿光束傳播方向逐漸減小，以至于它們?cè)谳敵龆藚R聚成一個(gè)平面波導(dǎo)44。圖22所示的是位于最下面的兩個(gè)波導(dǎo)43里的光路。波導(dǎo)的側(cè)面構(gòu)成第一、第二和其它相互錯(cuò)位的反射面。本裝置的優(yōu)點(diǎn)是所有的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在同一個(gè)平面里，因此可以使用平面基座45。同時(shí)，波導(dǎo)和半導(dǎo)體可以使用同一個(gè)基座(例如硅)。
圖24～圖26所示的是第六種整形裝置，在圖24中，半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束從一塊正方形的玻璃片47的一個(gè)第一側(cè)面46入射，其入射角約為45°。如圖25所示，該玻璃片很薄且厚度均勻。入射到玻璃片47上的光束被它的側(cè)面46反射。如玻璃片47里的光路所示，各光束在玻璃片內(nèi)側(cè)面被多次循環(huán)反射，每經(jīng)過一次循環(huán)反射，光束到出射窗口48距離就縮小一次，最后，所有的光束從出射窗口48輸出。出射窗口48由一個(gè)粘在玻璃片46上的棱鏡組成。離出射窗口48遠(yuǎn)的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束比其相鄰的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束在玻璃片里多一次循環(huán)反射。
圖26是圖24中的玻璃片47的另一種幾何形狀，這里的玻璃片49是棱形的。
如圖29和圖30所示，圖25和圖26所示裝置中的半導(dǎo)體激光器列陣發(fā)出的光束可以通過一波導(dǎo)50從入射面46入射到玻璃片里。為了使結(jié)構(gòu)緊湊、簡單和穩(wěn)定，半導(dǎo)體激光器和所有的波導(dǎo)可以安裝在同一個(gè)基座上。
圖27和圖28所示的是第七種整形裝置。在該裝置中使用了一個(gè)底面為三角形的波導(dǎo)50。一個(gè)玻璃棒52被粘到波導(dǎo)50的出射面51上。如圖29至圖31所示，波導(dǎo)50可以分成代號(hào)53和代號(hào)54兩部份。代號(hào)53在由快方向和光束方向構(gòu)成一平面里有一個(gè)張角，該張角和前面描述過的整形裝置中的波導(dǎo)的張角一樣，也起減小發(fā)散角的作用。代號(hào)54的截面為三角形，這段波導(dǎo)不具有這樣的張角。圖27所示的玻璃棒52的截面為矩形。如玻璃棒52里的光路所示，各光束在玻璃棒內(nèi)側(cè)面被多次來回全反射，每經(jīng)過一次來回全反射，光束到出射窗口55的距離就縮小一次，最后，所有的光束從出射窗口55輸出。出射窗口55由一個(gè)粘在玻璃棒52上的三角棱鏡構(gòu)成。作為另一種選擇，波導(dǎo)50可以有兩個(gè)斜面，并且玻璃棒可以是兩截，如圖中虛線56標(biāo)出的那樣，這樣可使進(jìn)入玻璃棒51的每一束光由這兩個(gè)棒的外端輸送到正中間，然后通過一個(gè)粘在中間的出射棱鏡輸出。波導(dǎo)50也可由多個(gè)以上介紹的整形裝置中所用的帶狀波導(dǎo)(沒繪出)做成。最后，也可以把半導(dǎo)體激光器列陣的光束直接輸送到玻璃棒上，然而加用波導(dǎo)50更具優(yōu)勢(shì)。玻璃棒52也可用由四個(gè)鏡面組成的空腔波導(dǎo)來代替?？涨徊▽?dǎo)的一個(gè)側(cè)面具有線狀孔徑，光束通過它入射到空腔里。在空腔波導(dǎo)里，光束通過多次反射傳播到出口處。
圖32描述了第八種線型半導(dǎo)體激光器列陣1和光束導(dǎo)光和整形裝置。該裝置涉及到一個(gè)位于光路中的波導(dǎo)板57。該波導(dǎo)板由以下步驟制成首先做一塊玻璃楔，它在由快方向和光束方向組成的平面里有一個(gè)張角，在由慢方向和光束方向組成的平面里的寬度沿光束方向逐漸減小(如圖所示)，然后，將此玻璃楔繞光束方向至少扭轉(zhuǎn)180°，從而得到波導(dǎo)板57。圖中使用格線是為了更清楚的描述波導(dǎo)板57，對(duì)光束而言，波導(dǎo)板的側(cè)面也可被看成一個(gè)個(gè)反射面。在這種板狀的波導(dǎo)一扭轉(zhuǎn)體57內(nèi)，光束被全反射，并在快方向上光束的發(fā)散角被減小，而在慢方向上光束的寬度受到壓縮，結(jié)果使入射的光束從光束出射窗口60輸出。這種裝置的特殊的優(yōu)點(diǎn)是它使所有半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束匯聚成一束光。
權(quán)利要求
1.一種線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，該裝置采用反射型光學(xué)器件，其特征在于光束列陣(14)的每一束光(15)至少與一個(gè)第一反射器件(18；35；43；44；47；49；50；52；57)的一個(gè)反射面(17；40；46)相對(duì)應(yīng)，所說的反射面位于相互錯(cuò)位的平面里，所說的錯(cuò)位與列陣(1)的半導(dǎo)體激光器(2)次序相符。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于各個(gè)不同的反射面(17)離與之相對(duì)應(yīng)的光束輸出面(4)有不同的距離，并且距離的改變與列陣(1)的半導(dǎo)體激光器(2)次序相符。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所有被照射的所說的各第一反射面(17)中心位于同一條直線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的相鄰的反射面(17)之間的錯(cuò)位和距離的改變相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于每一個(gè)第一反射面(17)至少與另一個(gè)第二反射面(24)相對(duì)應(yīng)，所說的第二反射面(24)位于不同的平面里，所說的平面相互之間有錯(cuò)位，所說的平面到第一反射面(17)的距離各不相同，所說的第二反射面(24)的錯(cuò)位和不同的距離與第一反射面(17)次序相對(duì)應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于每一個(gè)第二反射面(24)與第三至第n個(gè)反射面相對(duì)應(yīng)，所說的第n個(gè)反射面位于一些平面里，這些平面之間有錯(cuò)位，并且它們到與其相對(duì)應(yīng)的第n-1個(gè)反射面的距離各不相同，所說的錯(cuò)位和距離與第n-1個(gè)反射面的次序相對(duì)應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的n＝3或4。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的第一反射面(17)由一階梯形第一反射鏡(18)組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的第一反射面(17)呈平面狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的第二反射面(24)由一階梯形第二反射鏡(21)組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的第二反射面(24)呈平面狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于每一個(gè)半導(dǎo)體激光器(2)發(fā)出的光束與一個(gè)帶狀波導(dǎo)(35)相對(duì)應(yīng)，所說的波導(dǎo)(35)的兩個(gè)界面沿光束方向有一個(gè)張角，光束由一端面(40)輸入，另一個(gè)端面(40)與光束方向成一斜角，從而使光束由波導(dǎo)的側(cè)面輸出。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的波導(dǎo)的兩個(gè)界面沿光束方向有一個(gè)張角，并且所說的界面擁有共同的垂直面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的夾角在5～15°之間，并且所說的波導(dǎo)的長度在2～10mm之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或13或14所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的第二反射面由階梯形的第二反射鏡組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所有的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束擁有一個(gè)共同的平面波導(dǎo)(50)，所說的波導(dǎo)在光束方向有一個(gè)張角，全部光束從一個(gè)端面入射，從另一個(gè)端面出射，所說的出射端面與光束方向有一斜角，并且所說的出射端面與一個(gè)截面為矩形的玻璃棒有光學(xué)接觸，所輸入的半導(dǎo)體激光在所說的玻璃棒(51)內(nèi)由于全反射而從離半導(dǎo)體激光器最遠(yuǎn)的一端(55)輸出。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的平面波導(dǎo)有兩個(gè)界面，所說的界面沿著光束的方向擁有一個(gè)張角，并且兩界面有一共同的垂直面。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的夾角在5～15°之間，并且所說的波導(dǎo)的長度在5～20mm之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求16或17或18所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的第二反射面由階梯形的第二反射鏡組成。
20.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所有的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束擁有一個(gè)共同的平面波導(dǎo)(47；49)，所說的波導(dǎo)有四個(gè)端面(46)，其中兩個(gè)對(duì)應(yīng)的端面相互平行，光束由一個(gè)端面(46)進(jìn)入波導(dǎo)，半導(dǎo)體激光器出光面和光束的入射面成一很小的夾角，光束在波導(dǎo)內(nèi)由于全反射而從一共同的輸出窗口(48)輸出。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的相鄰端面(46)之間的夾角等于90°。
22.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所有的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束擁有一個(gè)共同的波導(dǎo)(57)，所說的波導(dǎo)在光束方向有一個(gè)張角，全部光束從一個(gè)端面(59)入射，從另一個(gè)端面(60)出射，而在平行于pn-結(jié)的平面里沿光束方向有一合攏的夾角，所說的平面形波導(dǎo)圍繞光束傳播方向旋轉(zhuǎn)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的旋轉(zhuǎn)角等于180°。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的半導(dǎo)體激光器出光面和第一反射面之間有一光學(xué)成像系統(tǒng)(16)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的成像系統(tǒng)(16)是由帶狀波導(dǎo)(27)組成，所說的波導(dǎo)在光束方向有一張角，光束從一個(gè)端面(31)入射，從另一個(gè)與第一反射面相鄰的端面(32)出射。
26.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于每一個(gè)半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束與一個(gè)帶狀波導(dǎo)(43)相對(duì)應(yīng)，所說的波導(dǎo)(43)的兩個(gè)界面沿光束傳播方向有一張角，所有的波導(dǎo)(44)在光束傳播方向匯聚成一個(gè)波導(dǎo)(44)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的波導(dǎo)(43、44)在沿光束傳播方向有一張角。
28.根據(jù)權(quán)利要求5所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于確定第一和第二反射面(17；24)的取向要求為半導(dǎo)體激光器發(fā)出的各光束(19)在第一反射面(17)后的成像平面(20)上排成階梯狀，而在第二反射面(24)后的成像平面(25)上各光束排成上下一列，從而，構(gòu)成一個(gè)所需要的光束場(chǎng)。
29.根據(jù)權(quán)利要求12或13或14或20或21或25或26或27所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的波導(dǎo)(35；47；49、27、43、44)和列陣(1)的半導(dǎo)體激光器(2)在同一基座(45)上。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，其特征在于所說的基座(45)由硅構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由反射光學(xué)元件制成的用于線型半導(dǎo)體激光器列陣的光束的導(dǎo)光和整形裝置，列陣中的各個(gè)半導(dǎo)體激光器輸出的光束位于同一個(gè)平面里。為了用這種裝置來使各半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束構(gòu)成一個(gè)基本上對(duì)稱的光束場(chǎng)，光束列陣至少要用一個(gè)具有多個(gè)反射面的反射元件來使各光束重新排列，各反射面位于相互錯(cuò)位的平面里，錯(cuò)位在次序上與列陣的半導(dǎo)體激光器的排列相對(duì)應(yīng)。
文檔編號(hào)H01S5/00GK1168745SQ95195938
公開日1997年12月24日 申請(qǐng)日期1995年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月27日
發(fā)明者杜可明, 彼得·羅森 申請(qǐng)人:杜可明, 彼得·羅森