单管半导体激光二极管密集排列光束整形耦合装置的制作方法

本发明涉及激光器件，尤其涉及一种单管半导体激光二极管密集排列光束整形耦合装置。

背景技术：

1、现有技术中，大致有两种半导体激光二极管整形耦合方式，一种是并排的半导体激光二极管长条(bar条)先做快轴准直，再用柱面镜阵列做每一个二极管的慢轴压缩，此类激光器因排列过于紧密，如果要光斑之间不相互干扰，慢轴准直的柱面镜阵列慢轴焦距不能做的大，这样就导致耦合时慢轴方向的焦点光斑大。鉴于这种整形耦合方式的明显缺点，发展了另一种bar条整形耦合方式，即先将bar条的各二极管做快轴准直，用一个快慢轴转换镜片组把bar条中的每一个光斑的快慢轴转90度，让bar条的光斑重新排列，再将慢轴做准直，这种整形方式解决了聚焦光斑大的问题。

2、然而，上述两类整形方式存在一些问题：激光芯片排列过于紧密，随着单芯片的功率增大，散热困难；各环节的光路调试必须加电点亮bar条，但是一些特殊的半导体材料对工作和使用环境要求严苛，在没有合适保护气体和良好无尘环境的情况下裸露着加电点亮bar条，必然会导致bar条光功率衰减甚至失效。快轴准直时，快轴准直镜片离芯片的距离过短，大部分都在100微米以内，在调试过程中容易损伤芯片端面致使芯片失效。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种单管半导体激光二极管密集排列光束整形耦合装置，用于至少解决上述技术问题。

2、本发明实施例提供一种单管半导体激光二极管密集排列光束整形耦合装置，包括：半导体阵列激光器，被配置为发射第一光束阵列；准直系统，设置在半导体阵列激光器光束出射的光路上，被配置为对第一光束阵列的快轴和慢轴进行准直，得到第二光束阵列，其中，第二光束阵列的光束沿慢轴方向排列；缩束系统，设置在准直系统光束出射的光路上，被配置为将第二光束阵列快轴方向的光斑缩小且保持慢轴方向的光斑不变，得到第三光束阵列；快慢轴转换系统，设置在缩束系统光束出射的光路上，被配置为将第三光束阵列快慢轴旋转90度，得到第四光束阵列；扩束系统，设置在快慢轴转换系统光束出射的光路上，被配置为将第四光束阵列慢轴方向的光斑扩大且保持快轴方向的光斑不变，得到第五光束阵列；聚焦系统，设置在扩束系统光束出射的光路上，被配置为将第五光束阵列的光斑聚焦至目标大小。

3、根据本发明的实施例，半导体阵列激光器，包括：至少两个半导体激光二极管单芯片，沿慢轴方向排列，半导体激光二极管单芯片被配置为发射激光光束；反射镜，设置在半导体激光二极管单芯片光束出射的光路上，被配置为改变激光光束的方向，得到第一光束阵列；其中，对至少两个半导体激光二极管单芯片和反射镜进行气密性封装，得到半导体阵列激光器。

4、根据本发明的实施例，准直系统包括球面镜透镜阵列、非球面镜透镜阵列中的一种；被配置为对第一光束阵列的快轴和慢轴进行同时准直。

5、根据本发明的实施例，准直系统被配置为对第一光束阵列的快轴和慢轴分别准直；其中，快轴准直时，准直系统采用非球面柱面镜、柱面镜、柱面镜组阵列、非球面柱面镜阵列中的其中之一；慢轴准直时，准直系统采用多个非球面镜、多个柱面镜、一个柱面镜阵列、一个非球面柱面镜阵列中的其中之一。

6、根据本发明的实施例，缩束系统包括：第一镜片，被配置为对第二光束阵列快轴方向的光斑进行汇聚；第二镜片，被配置为将汇聚快轴方向的光斑整形成准平行光，得到第三光束阵列。

7、根据本发明的实施例，第一镜片包括柱面镜、柱面微透镜阵列、非球面柱面镜、柱面透镜组、柱面镜与非球面镜的透镜组、非球面透镜组中的其中之一。

8、根据本发明的实施例，第二镜片包括柱面镜、柱面微透镜阵列、非球面柱面镜、柱面透镜组、柱面镜与非球面镜的透镜组、非球面透镜组中的其中之一，第一镜片的焦距大于第二镜片的焦距。

9、根据本发明的实施例，快慢轴转换系统包括柱面镜对、非球面镜对、阶梯反射镜、微片棱镜堆中的其中之一，柱面镜对和非球面镜对相对于快轴或者慢轴方向倾斜45度。

10、根据本发明的实施例，扩束系统包括：第三镜片，被配置为将第四光束阵列慢轴方向的光斑汇聚或者扩散；第四镜片，被配置为将汇聚或者扩散后的慢轴方向的光斑整形成准平行光，将慢轴方向的光斑放大，快轴方向的光斑不变，得到第五光束阵列。

11、根据本发明的实施例，第三镜片包括柱面镜、柱面微透镜阵列、非球面柱面镜、柱面透镜组、柱面镜与非球面镜的透镜组、非球面透镜组中的其中之一；第四镜片包括柱面镜、柱面微透镜阵列、非球面柱面镜、柱面透镜组、柱面镜与非球面镜的透镜组、非球面透镜组中的其中之一；第三镜片的焦距小于第四镜片的焦距。

12、根据本发明的实施例，聚焦系统包括单片球面镜、非球面镜、多片球面镜、非球面镜的组合透镜和多片柱面镜组中的其中之一。

13、根据本发明的实施例，单管半导体激光二极管密集排列光束整形耦合装置还包括：光束反射分离系统和光束反射合束系统，光束反射分离系统设置在准直系统与缩束系统之间，或者设置在缩束系统与快慢轴转换系统之间，被配置为对第二光束阵列或第三光束阵列做分离排布，增加阵列中的光束之间的距离并提高各光束的指向一致性；光束反射合束系统设置在快慢轴转换系统与扩束系统之间，或者是扩束系统与聚焦系统之间，被配置为对第四光束阵列或第五光束阵列做紧密排列，缩小光束之间的间距，并提高各光束指向的一致性。

14、根据本发明的实施例，单管半导体激光二极管密集排列光束整形耦合装置还包括：光束反射排列系统，设置在准直系统与缩束系统之间，被配置为对所述第二光束阵列中的光束做重新排布，提高光束指向的一致性。

15、根据本发明的实施例，单管半导体激光二极管密集排列光束整形耦合装置还包括：反射二维光束排列系统，设置在聚焦系统之前，被配置为对多个第五光束阵列做二维排布，也可以对多个偏振合束后的第五光束整列做二维排布。

16、根据本发明的实施例，单管半导体激光二极管密集排列光束整形耦合装置还包括：偏振合束系统，设置于准直系统与聚焦系统之间，被配置为对两个第二光束阵列或两个第三光束阵列或两个第四光束阵列或两个第五光束阵列进行偏振合束或两个未经偏振合束构成的二维排列阵列进行偏振合束。

17、根据本发明实施例提供的单管半导体激光二极管密集排列光束整形耦合装置，至少能够实现以下技术效果：

18、采用快慢轴进行准直，再通过缩束系统将快轴方向的光斑缩小而保持慢轴方向的光斑不变，通过快慢轴转换系统将光束阵列快慢轴旋转90度后，将慢轴方向的光斑扩大而保持快轴方向的光斑不变，基于缩束系统、快慢轴转换系统和扩束系统的各功能之间相互作用，增大准直系统与半导体阵列激光器之间的距离，避免了调试过程中损坏芯片，降低了调试难度，从而能够很好地实现快慢轴同时准直后的光束整形。并且，该光束整形装置在光路调试过程中，因半导体阵列激光器预先做好有保护气体的气密性封装，从而避免了在没有合适保护气体和良好无尘环境的情况下裸露着加电点亮bar条，导致bar条光功率衰减甚至失效的问题。

19、半导体阵列激光器由沿着慢轴方向排列的至少两个半导体激光二极管单芯片和反射镜通过气密性封装形成，再基于准直系统对多个半导体激光二极管单芯片发射的激光进行快慢轴准直，相对于单一bar条过于紧密排列的方式，散热效果好，解决了传统的散热问题。并且，不需要为过分密集的bar条中的每一个发光点分别对应设置快轴阵列、慢轴准直阵列等，能够极大程度地降低准直器件的精密程度，能较好的控制材料成本，降低了光束整形装置的复杂程度以及调试难度。

20、采用大焦距准直系统对快慢轴准直后，再基于缩束系统、快慢轴转换系统和扩束系统进行光斑整形，因快慢轴准直系统焦距较大，这样相较于在bar条前直接加快轴准直透镜，能够进一步增大准直系统与半导体阵列激光器之间的距离，避免了调试过程中损坏芯片，降低了调试难度，提高了生产效率，提高了产品成品率，提高了产品品质，拓展了可封装材料的种类。并且，因大焦距快慢轴准直系统可增大准直系统与半导体阵列激光器之间的距离，所以有足够空间做半导体阵列激光器预先气密性封装，相比于密集排列的bar条，进一步保护了芯片。同时也可以进一步降低光束整形装置调试的复杂程度。

21、通过合理的设计准直系统、缩束系统、快慢轴转换系统和扩束系统的具体组成结构，进一步保证光束整形效果。