用于从二极管激光器阵列生成线光束的装置制造方法及图纸

用于产生线光束(26)的装置包括二极管激光器条(20)、线性微透镜阵列(34)，以及沿光轴间隔开布置的多个透镜(30，32，36，38)。线性微透镜阵列(34)和透镜(30，32，36，38)对由二极管激光器条(20)发射的激光辐射进行整形，以在照射平面(28)中形成均匀的线光束(26)。透镜(30，32，36，38)将二极管激光器条(20)的远场图像投影到靠近照射平面(28)的图像平面(62)上。二极管激光器条(20)从与线性微透镜阵列(34)平行对准旋转，以在沿光轴的一系列位置上提供均匀的线光束照射。

Device for Generating Linear Beams from Diode Laser Arrays

Devices for generating a line beam (26) include a diode laser strip (20), a linear microlens array (34), and multiple lenses (30, 32, 36, 38) arranged at intervals along the optical axis. Linear microlens arrays (34) and lenses (30, 32, 36, 38) shape the laser radiation emitted by a diode laser strip (20) to form a uniform line beam (26) in the irradiation plane (28). The lens (30, 32, 36, 38) projects the far-field image of the diode laser strip (20) onto the image plane (62) near the irradiation plane (28). The diode laser bar (20) rotates in parallel with the linear microlens array (34) to provide uniform line beam irradiation at a series of positions along the optical axis.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从二极管激光器阵列生成线光束的装置优先本申请要求2016年7月28日提交的美国临时专利申请序列号62/368,078和2016年8月15日提交的美国非临时专利申请号15/236,774的优先权，其公开内容全部通过引用方式结合于本文中。
本专利技术一般涉及对来自二极管激光器的光进行整形。它特别涉及将来自二极管激光发射器阵列的光整形成具有均匀细长横截面的辐射束。
技术介绍
二极管激光器是用于将电功率转换成相干光功率的高效装置。边发射二极管激光器具有二极管激光发射器，其是在单晶衬底上生长的波导谐振器。二极管激光发射器通过发射方向上的端面发射激光辐射。二极管激光发射器通常在500微米(μm)和2,000μm长之间，40μm和200μm宽之间，以及约1μm高。激光辐射在慢轴方向上(与发射器宽度平行)弱发散并且在快轴方向上(与发射器高度平行)强发散。慢轴、快轴和发射方向相互垂直。对于高功率应用，具有多个二极管激光发射器的二极管激光器条提供了一种方便的方式来缩放单个二极管激光发射器可用的光功率。二极管激光器条通常具有10到60个这样的二极管激光发射器，这些二极管激光发射器间隔开并布置成其“水平”线性阵列。相邻二极管激光发射器的中心之间的距离通常称为“间距”。典型的二极管激光器条的间距在150μm和500μm之间。二极管激光发射器通常位于二极管激光器条的“顶部”表面上，其高度通常在约50μm和200μm之间。激光辐射从所有二极管激光发射器通过共同的“前端面”沿共同的发射方向发射。“封装”二极管激光器条通常通过焊接安装在冷却基座上，用于机械保护并去除废热。然而，将相对较薄的二极管激光器条焊接到刚性冷却基座上会导致机械应力，从而使二极管激光发射器偏离理想的线性对准。偏离理想的线性对准被本领域技术人员称为“微笑(smile)”。可以选择封装的二极管激光器条以获得最小的微笑。但是，额外的计量和降低的产量会增加成本。通过选择延展性的“软焊料”，例如铟，可以减轻微笑。然而，由于原子扩散和氧化，软焊料更容易失效。已经提出了各种方案来预补偿由“硬焊料”(例如金-锡)引起的机械应力。然而，这些方案增加了封装的成本和复杂性。激光器已成为各种应用中均匀照射的必要来源，包括半导体材料的表面检测，显示屏玻璃的热退火以及生物医用流体的快速分析。常见的要求是细长的激光辐射束，其均匀地照射平坦表面或一定体积的透明材料中的平面上的线。这种细长的激光辐射束通常称为“线光束”。二极管激光器条具有作为线光束源的优点，包括高功率和细长的发射截面。然而，必须克服来自多个空间分布的二极管激光发射器的固有的发射不均匀性。用于变换辐射束以使其在光束的横截面上的功率均匀的光学设备通常被称为“光束均化器”。光束均化器通常包括“微透镜阵列”，其包括多个微小的透镜，每个微小的透镜比入射光束小得多。每个微透镜成为贡献于变换后光束的光源。光束均化器的“间距”是相邻微透镜的中心之间的距离。需要附加的光学器件来收集和成形从截取入射光束的所有微透镜出射的多个光束。微透镜的线性阵列可以用作用于由二极管激光器条发射的细长激光辐射束的光束均化器。这种光束均化器的一个例子在美国专利号7,265,908中有所描述。然而，由这些设备产生的线光束会因微笑而降级。二极管激光器条之间的微笑差异导致由光束均匀化产生的线光束尺寸的变化。虽然现有技术的设备可以沿着变换后光束在一个位置处产生均匀的线光束，但是它们不能沿着一系列位置提供均匀的照射。需要一种改进的设备，用于对来自二极管激光器条的线光束进行整形，其对微笑和微笑的变化不敏感。优选地，光束整形设备产生在沿发射方向的一系列位置上保持均匀的线光束。专利技术概述在一个方面，根据本专利技术的线光束发生装置包括在发射方向上发射激光辐射的二极管激光器条。二极管激光器条具有垂直的慢轴和快轴方向。提供准直透镜。准直透镜被布置成截取激光辐射并在快轴方向上准直激光辐射。提供聚焦透镜和线性微透镜阵列。线性微透镜阵列具有多个以其细长阵列排列的圆柱形微透镜。线性微透镜阵列具有与细长圆柱形微透镜阵列平行的第一方向和垂直于细长圆柱形微透镜阵列的第二方向。提供第一柱面透镜和第二柱面透镜。准直透镜、聚焦透镜、线性微透镜阵列、第一柱面透镜和第二柱面透镜沿发射方向上的光轴按照所述顺序定位，并且布置成由从二极管激光器条发射的激光辐射形成线光束。慢轴和快轴方向从与第一和第二方向平行对齐旋转至少2°的固定角度。在本专利技术的另一个方面，一种线光束发生装置包括在发射方向上发射激光辐射的二极管激光器条。二极管激光器条具有垂直的慢轴和快轴方向。提供了一种快轴准直透镜。快轴准直透镜被布置成截取激光辐射并在快轴方向上准直激光辐射。提供第一线性微透镜阵列。第一线性微透镜阵列具有多个第一圆柱形微透镜，所述多个第一圆柱形微透镜以其细长阵列布置。第一线性微透镜阵列具有与细长的第一圆柱形微透镜阵列平行的第一方向和与细长的第一圆柱形微透镜阵列垂直的第二方向。提供聚焦透镜和第二线性微透镜阵列。第二线性微透镜阵列具有多个第二圆柱形微透镜，所述第二圆柱形微透镜以其细长阵列布置。第二线性微透镜阵列具有与细长的第二圆柱形微透镜阵列平行的第三方向和与细长的第二圆柱形微透镜阵列垂直的第四方向。提供柱面透镜。快轴准直透镜、第一线性微透镜阵列、聚焦透镜、第二线性微透镜阵列和柱面透镜在发射方向上沿光轴按照所述顺序定位，并且布置成由二极管激光器条发射的激光辐射形成线光束。第一和第二方向从与第三和第四方向平行对齐旋转至少2°的固定角度。在本专利技术的又一个方面，一种线光束产生装置包括在发射方向上发射激光辐射的二极管激光器条。二极管激光器条具有垂直的慢轴和快轴方向。提供准直透镜。准直透镜被布置成截取激光辐射并在快轴方向上准直激光辐射。提供聚焦透镜和线性微透镜阵列。线性微透镜阵列具有多个以其细长阵列排列的圆柱形微透镜。线性微透镜阵列具有与细长圆柱形微透镜阵列平行的第一方向和与细长圆柱形微透镜阵列垂直的第二方向。慢轴和快轴方向从与第一和第二方向平行对齐旋转至少2°的固定角度。聚焦透镜和线性微透镜阵列被布置用于通过激光辐射进行线性微透镜阵列的均匀照射。提供柱面透镜。准直透镜、聚焦透镜、线性微透镜阵列和柱面透镜在发射方向上沿光轴按照所述顺序定位，并且布置成由二极管激光器条发射的激光辐射在第一照射平面中形成线光束。提供孔。孔位于第二照射平面中。孔被布置成在第一方向上部分地阻挡线光束。提供球面透镜。球面透镜位于光轴上并且布置成将第二照射平面中的部分阻挡的线光束的图像投影到第三照射平面。在本专利技术的又一个方面，一种线光束产生装置包括在发射方向上发射激光辐射的二极管激光器条。二极管激光器条具有垂直的慢轴和快轴方向。提供了一种快轴准直透镜。快轴准直透镜被布置成截取激光辐射并在快轴方向上准直激光辐射。提供第一线性微透镜阵列。第一线性微透镜阵列具有多个第一圆柱形微透镜，所述多个第一圆柱形微透镜以其细长阵列布置。第一线性微透镜阵列具有与细长的第一圆柱形微透镜阵列平行的第一方向和与细长的第一圆柱形微透镜阵列垂直的第二方向。提供聚焦透镜和第二线性微透镜阵列。第二线性微透镜阵列具有多个第二圆柱形微透镜，所述第二圆柱形微透镜以其细长阵列布置。第二线性微透镜阵列具有与细长的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于产生线光束的装置，包括：二极管激光器条，在发射方向上发射激光辐射，所述二极管激光器条具有垂直的慢轴和快轴方向；准直透镜，布置成用于截取所述激光辐射并在所述快轴方向上准直所述激光辐射；聚焦透镜；线性微透镜阵列，具有多个以其细长阵列排列的圆柱形微透镜，该线性微透镜阵列具有与细长圆柱形微透镜阵列平行的第一方向和与细长圆柱形微透镜阵列垂直的第二方向；第一柱面透镜和第二柱面透镜；其中，所述准直透镜、聚焦透镜、线性微透镜阵列、第一柱面透镜和第二柱面透镜在所述发射方向上沿光轴按所述顺序排列，并布置成由二极管激光器条发射的激光辐射形成线光束；并且其中，所述慢轴和快轴方向从与所述第一和第二方向平行对齐旋转至少2°的固定角度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.28 US 62/368,078;2016.08.15 US 15/236,7741.用于产生线光束的装置，包括：二极管激光器条，在发射方向上发射激光辐射，所述二极管激光器条具有垂直的慢轴和快轴方向；准直透镜，布置成用于截取所述激光辐射并在所述快轴方向上准直所述激光辐射；聚焦透镜；线性微透镜阵列，具有多个以其细长阵列排列的圆柱形微透镜，该线性微透镜阵列具有与细长圆柱形微透镜阵列平行的第一方向和与细长圆柱形微透镜阵列垂直的第二方向；第一柱面透镜和第二柱面透镜；其中，所述准直透镜、聚焦透镜、线性微透镜阵列、第一柱面透镜和第二柱面透镜在所述发射方向上沿光轴按所述顺序排列，并布置成由二极管激光器条发射的激光辐射形成线光束；并且其中，所述慢轴和快轴方向从与所述第一和第二方向平行对齐旋转至少2°的固定角度。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述固定角度在约20°至20°之间。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一柱面透镜在所述第一方向上具有正光功率，并且所述第二柱面透镜在所述第二方向上具有正光功率。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述准直透镜、所述聚焦透镜和所述第二柱面透镜被选择和布置成利用所述二极管激光器条的远场图像照射所述第二方向上的像平面。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述准直透镜具有第一焦距，所述准直透镜和所述二极管激光器条分开大约所述第一焦距。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述聚焦透镜在所述快轴和慢轴方向上具有正光功率。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述聚焦透镜的光功率在所述慢轴和快轴方向上大致相同。8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述聚焦透镜在所述慢轴方向上具有第二焦距，所述聚焦透镜和所述二极管激光器条分开大约所述第二焦距。9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述聚焦透镜和所述线性微透镜阵列分开大约所述第二焦距。10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述二极管激光器条包括多个二极管激光发射器，所述聚焦透镜和所述线性微透镜阵列被布置成在所述慢轴方向上散布所述激光辐射并利用来自每一个所述二极管激光发射器的激光辐射照射每一个所述圆柱形微透镜。11.根据权利要求10所述的装置，其中每个圆柱形微透镜是混合激光辐射源，所述第一柱面透镜布置成将来自每一个所述圆柱形微透镜的混合激光辐射在第一照射平面中重叠，所述重叠的混合激光辐射束在所述第一照射平面中形成线光束，所述线光束与所述第一方向平行。12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第一柱面透镜具有第三焦距，所述第一柱面透镜和所述第一照射平面分开大约所述第三焦距。13.用于产生线光束的装置，包括：二极管激光器条，在发射方向发射激光辐射，所述二极管激光器条具有垂直的慢轴和快轴方向；快轴准直透镜，用于截取所述激光辐射并在所述快轴方向上准直所述激光辐射；第一线性微透镜阵列，具有以其细长阵列排列的多个第一圆柱形微透镜，第一线性微透镜阵列具有与细长的第一圆柱形微透镜阵列平行的第一方向和与细长的第一圆柱形微透镜阵列垂直的第二方向；聚焦透镜；第二线性微透镜阵列，具有以其细长阵列排列的多个第二圆柱形微透镜，所述第二线性微透镜阵列具有与细长的第二圆柱形微透镜阵列平行的第三方向和与细长的第二圆柱形微透镜阵列垂直的第四方向；柱面透镜；其中，所述快轴准直透镜、第一线性微透镜阵列、聚焦透镜、第二线性微透镜阵列和柱面透镜在发射方向上沿光轴按所述顺序定位，并且布置成由二极管激光器发射的激光辐射形成线光束；并且其中，所述第一和第二方向从与所述第三和第四方向平行对齐旋转至少2°的固定角度。14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述固定角度在大约20°至20°之间。15.根据权利要求13所述的装置，其中，所述慢轴方向平行于所述第三方向，所述快轴方向平行于所述第四方向。16.根据权利要求13所述的装置，其中，所述聚焦透镜在所述第一和第二方向上具有正光功率，并且所述柱面透镜在所述第三方向上具有正光功率。17.根据权利要求13所述的装置，还包括位...

【专利技术属性】
技术研发人员：张睿，A·卡普拉拉，
申请(专利权)人：相干公司，
类型：发明
国别省市：美国,US