一种应用于半导体激光器光束整形的透镜制造技术

一种应用于半导体激光器光束整形的透镜，涉及半导体激光器光束整形领域。根据透镜的口径大小由透镜需要摆放的位置确定，选定折射率为的材料1作为双胶合透镜的前透镜即第一个透镜材料，折射率为的材料2作为后透镜即第二个透镜材料，前后两透镜之间采用双胶合的方法胶合为一块厚透镜，此双胶合透镜的三个面依次为非球面、球面、球面。透镜为双胶合透镜，第一个面为快轴方向的非球面柱面，非球面方程由几何光学折射定律得到，使快轴方向光束得到准直，第二个面为球面，在对慢轴方向高斯光束进行准直的同时，对快轴方向的光进行聚焦，第三个面为球面柱面，且与第二个面的距离由快轴目标光斑大小决定，使最终出射光斑为目标大小的近方形光斑。

Lens used for shaping laser diode laser beam

The utility model relates to a lens applied to the shaping of a semiconductor laser beam, relating to the field of laser beam shaping. According to the size of the lens aperture placed by the lens needs to determine the location of the selected materials, the refractive index is 1 as the lens doublet lens is the first lens material, the refractive index of the material 2 as the lens is second lens material between two lens using glue method for a thick doublet lens. The three surface of the lens are aspheric, spherical and spherical. Lens is a lens, the first non spherical cylindrical surface for the fast axis direction, the aspheric equation obtained by the refraction law of geometrical optics, the fast axis beam collimation was second, spherical, in the slow axis of the Gauss beam collimation and focusing on the direction of the fast axis of light, third a spherical cylinder, and second of the distance determined by the fast axis of target spot size, so that the final spot for target size near the square spot.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于半导体激光器光束整形的透镜
本专利技术设计光学设计领域和半导体激光器领域，尤其涉及半导体激光器光束整形领域。
技术介绍
由于半导体的发光特性，垂直边发射的半导体激光器快慢轴发散角差距较大，这使得半导体激光器的光束质量较差，给光束整形造成一定困难，在对光束质量要求较高的应用领域，半导体激光器无法达到要求，限制了半导体激光器的应用，多片整形透镜的整形方法对于装配精度要求较高，运用单片透镜整形可以使整形系统更简化。
技术实现思路
本专利技术是一种将半导体快慢轴整形用一块双胶合透镜实现的设计。根据透镜的口径大小由透镜需要摆放的位置确定，选定折射率为n2的材料1作为双胶合透镜的前透镜即第一个透镜材料，折射率为n3的材料2作为后透镜即第二个透镜材料，前后两透镜之间采用双胶合的方法胶合为一块厚透镜，此双胶合透镜的三个面依次为非球面、球面、球面，对光束进行整形，n2＞n3。第一个透镜的前表面为快轴方向的凸非球面柱面，使快轴方向的光束达到平行，其非球面方程由折射方程n1sinθ1＝n2sinθ2得出，其中n1为空气折射率，n2为材料1的折射率，θ1为光由空气到非球面的入射角，θ2为光由空气到非球面的出射角。第一个透镜的后表面即第二个透镜的前表面为凹球面，对快轴方向的光进行聚焦的同时，对慢轴方向的光(近似为高斯光)进行准直。此球面与前表面的距离有目标光斑的大小决定，此球面的半径即球面距光源的距离。第二个透镜的后表面为快轴方向的凸球面柱面，对通过前一表面聚焦的快轴方向的光进行准直。此凸球面柱面的半径由目标光斑的大小决定，材料2折射率为n3。在快轴方向，先通过非球面进行准直，在通过球面进行聚焦，最后通过球面再次准直得到半径较小的光斑，快轴方向结构图如图2；在慢轴方向，采用球面对慢轴光斑进行压缩，慢轴结构图如图3。最终得到的整形后能量在X,Y方向的分布图如图3、4。此透镜为双胶合透镜，第一片透镜的第一个表面为非球面，用于对快轴方向光束进行准直；第二个面为双胶合球面，在对快轴方向光束进行聚焦的同时对慢轴方向光束进行准直；第三个面为柱面，对快轴方向的光束进行准直。非球面为快轴与光轴方向的非球面柱透镜，由几何光学光束传播的折射方程得出面型方程。球面半径大小由慢轴方向光束传播的折射方程决定，球面位置与镜片到光源距离有关。柱面在快轴与光轴平面内为球面，其半径长度由目标光斑大小决定。附图说明图1为整形透镜在快轴方向的截面图。图2为整形透镜在慢轴方向的截面图。图3为整形后能量在快轴方向的分布图。图4为整形后能量在慢轴方向的分布图。图中，Z方向为光束传播方向，Y为半导体激光器的快轴方向，X为半导体激光器的慢轴方向，图1在YOZ平面内，图2在XOZ平面内。具体实施方式具体实施方式：结合图1到图4，说明本实施方式，本实施方式中激光器采用405nm半导体激光器，快轴方向发散角为20°，慢轴方向发散角为10°,LD条宽为1*20um,目标为出射光斑为正方形，具体按以下步骤实现：由激光器的装配确定透镜摆放位置L为8mm，由快轴发散角确定透镜的口径ω，其中ω0＝0.5um，d为虚拟点光源到实际光源的距离，可得ω＝1.411mm，由慢轴发散角确定透镜的口径ω′，其中ω0′＝10um，d′为虚拟点光源到实际光源的距离，可得ω′＝0.7099mm，即透镜口径为1.411mm。由折射定律n1sinθ1＝n2sinθ2，及光线传播的几何光学计算得，此为YOZ方向的非球面面型：z＝-0.0005y4-0.006y3+0.132y2-0.003y+8000。胶合面为球面，其球心在Z轴上，距离光源(n3-n2)*(L+d)+L＝9622.860um，球面半径即r1＝(n3-n2)*(L+d)＝1622.860um，由此确定胶合面方程，而胶合面与非球面的距离对已准直的快轴方向没有影响，且两个面的边缘厚度为0。出射面为球面柱面，与前一表面的焦点重合，由成像的高斯公式可得，其半径与前一表面的半径r1的关系为：r2＝1.2575r1，且距离上一平面的距离D为两个曲面焦距之差，得到r2＝2040.746um，D＝6048.399um。图3、4为整形后的能量分布情况，由于衍射的存在，此光斑为TEM01模。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于半导体激光器光束整形的透镜，其特征在于：根据透镜的口径大小由透镜需要摆放的位置确定，选定折射率为n

【技术特征摘要】
1.一种应用于半导体激光器光束整形的透镜，其特征在于：根据透镜的口径大小由透镜需要摆放的位置确定，选定折射率为n2的材料1作为双胶合透镜的前透镜即第一个透镜材料，折射率为n3的材料2作为后透镜即第二个透镜材料，前后两透镜之间采用双胶合的方法胶合为一块厚透镜，此双胶合透镜的三个面依次为非球面、球面、球面，对光束进行整形，n2＞n3；第一个透镜的前表面为快轴方向的凸非球面柱面，使快轴方向的光束达到平行，其非球面方程由折射方程n1sinθ1＝n2sinθ2得出，其中n1为空气折射率，n2为材料1的折射率，θ1为光由空气到非球面的入射角，θ2为光由空气到非球面的出射角；第一个透镜的后表面即第二个透镜的前表面为凹球面，对快轴方向的光进行聚焦的同时，对慢轴方向的光进行准直；此球面与前表面的距离有目标光斑的大小决定，此球面的半径即球面距光源的距离；第二个透镜的后表面为快轴方向的凸球面柱面，对通过前一表面聚焦的快轴方向的光进行准直；此凸球面柱面的半径由目标光斑的大小决定，材料2折射率为n3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭葆，李姣，张二军，米庆改，孙静，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11