一种相干阵激光器的无透镜聚焦装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种相干阵激光器的无透镜聚焦装置及方法，包括：相干阵激光器、二元光学微结构基底和二元光学微结构；二元光学微结构通过二元光学微结构基底设置在相干阵激光器的输出端上，二元光学微结构的结构微元、二元光学微结构基底的结构微元基底和相干阵激光器的激光单元上下相对应，在相位调制结构阵列后得到聚焦光束。本发明专利技术利用二元光学微结构，使阵列光束产生相位延迟，实现无透镜聚焦效果；同时，本发明专利技术的二元光学微结构采用半导体工艺技术制备在芯片上，消除了传统透镜制造工艺复杂、尺寸大、重量大的局限以及外搭光路造成的误差；结构简洁，制备工艺简单便宜，实现方便。便。便。

【技术实现步骤摘要】
一种相干阵激光器的无透镜聚焦装置及方法


[0001]本专利技术涉及半导体激光芯片
，具体涉及一种相干阵激光器的无透镜聚焦装置及方法。

技术介绍

[0002]随着激光技术的发展，高功率高光束质量的激光器已经成为现代激光应用的追求目标。然而，单孔径激光器由于受到增益饱和效应、烧孔效应、热效应等因素的影响，无法满足对高功率激光器的需求。因此相干合成阵列激光器，是目前高功率激光技术研究的前沿和热点之一。
[0003]对激光束进行聚焦变换是控制激光能量分布的有效手段，这在激光焊接、激光打标、激光手术、激光武器等领域是必不可少的。使用传统透镜进行聚焦时，容易在搭建光路时产生误差以及复杂性高；而且对大阵列激光器聚焦时，高能量激光辐射到镜面，对镜片产生的热应力，会使镜片发生热畸变甚至破裂；同时镜片本身也存在尺寸大、重量大和加工复杂的缺陷。
[0004]为了弥补传统镜片存在的不足，采用片上集成工艺，使用二元光学微结构代替传统透镜产生聚焦效果，结构简洁，制备工艺简单，实现方便。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种相干阵激光器的无透镜聚焦装置及方法。
[0006]本专利技术公开了一种相干阵激光器的无透镜聚焦装置，包括：相干阵激光器、二元光学微结构基底和二元光学微结构；
[0007]所述二元光学微结构通过所述二元光学微结构基底设置在所述相干阵激光器的输出端上，所述二元光学微结构的结构微元、所述二元光学微结构基底的结构微元基底和所述相干阵激光器的激光单元上下相对应；
[0008]所述二元光学微结构对每个激光单元输出光束的相位调制满足薄聚焦透镜相位变换关系；其中，
[0009]当所述相干阵激光器为二维面发射相干阵激光器时，所述二元光学微结构产生的相位调制函数满足关系式为：
[0010][0011]当所述相干阵激光器为一维面发射相干阵激光器时，所述二元光学微结构产生的相位调制函数满足关系式为：
[0012][0013]所述二元光学微结构的结构微元的厚度d满足关系式为：
[0014][0015]式中，i为虚数单位，λ为激光波长，f为等效焦距，以激光阵列中心为坐标原点，x
m
、y
n
分别为第m列、第n行的发光单元的横纵向坐标；n1和n2分别为结构微元基底折射率和结构微元折射率；为相位变换，若则去掉2π的整数倍。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述二元光学微结构对所述相干阵激光器的每个激光单元的激光束均产生相位调制作用。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述结构微元均为亚波长厚度。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述二元光学微结构为在所述二元光学微结构基底上刻蚀后沉积异种折射率的光学材料制备得到。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述结构微元折射率大于结构微元基底材料折射率。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，所述二元光学微结构基底为SiO2基底，所述二元光学微结构为Si3N4层。
[0021]本专利技术还公开了一种相干阵激光器的无透镜聚焦装置的制备方法，包括：
[0022]在相干阵激光器的输出端上沉积二元光学微结构基底；
[0023]计算二元光学微结构中各个结构微元的厚度，并基于各个结构微元的厚度刻蚀所述二元光学微结构基底以形成台阶状；
[0024]在所述二元光学微结构基底的刻蚀沟槽内填充形成二元光学微结构；
[0025]相干阵激光束通过二元光学微结构最终得到聚焦的两维相干激光输出。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0027]本专利技术利用二元光学微结构，使阵列光束产生相位延迟，实现无透镜聚焦效果；同时，本专利技术的二元光学微结构采用半导体工艺技术制备在芯片上，消除了传统透镜制造工艺复杂、尺寸大、重量大的局限以及外搭光路造成的误差；结构简洁，制备工艺简单便宜，实现方便。
附图说明
[0028]图1为本专利技术一种实施例公开的相干阵激光器的无透镜聚焦装置的结构示意图；
[0029]图2为本专利技术一种实施例公开的四方形面发射相干阵激光器出光面结构示意图；
[0030]图3为本专利技术一种实施例公开的一维面发射相干阵激光器出光面结构示意图；
[0031]图4为本专利技术一种实施例公开的8台阶二元光学微结构的制备流程示意图。
[0032]图中：
[0033]1、相干阵激光器；2
‑
1、二元光学微结构基底；2
‑
2、二元光学微结构；3、面发射光源；4、边发射光源；5、光刻掩膜层；6、SiO2层；7、Si3N4层。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细描述：
[0036]如图1所示，本专利技术提供一种相干阵激光器的无透镜聚焦装置，包括：相干阵激光器1、二元光学微结构基底2
‑
1和二元光学微结构2
‑
2，相干阵激光器1为一维或两维阵列排布的激光单元相干合成的激光器，二元光学微结构基底2
‑
1为由多个结构微元基底形成的中心高、边缘低的台阶状结构，二元光学微结构2
‑
2为由多个结构微元形成的与二元光学微结构基底2
‑
1互补的中心低、边缘高的台阶状结构；其中，
[0037]二元光学微结构2
‑
2通过二元光学微结构基底2
‑
1设置在相干阵激光器1的输出端上，二元光学微结构2
‑
2的结构微元、二元光学微结构基底2
‑
1的结构微元基底和相干阵激光器1的激光单元上下相对应；
[0038]二元光学微结构对每个激光单元输出光束的相位调制满足薄聚焦透镜相位变换关系；其中，
[0039]当相干阵激光器为如图2所示的二维面发射相干阵激光器时，二元光学微结构产生的相位调制函数满足关系式为：
[0040][0041]二元光学微结构的结构微元的厚度d与两维阵列排布的结构微元坐标、等效焦距、结构微元折射率、结构微元基底材料折射率和激光波长满足关系式为：
[0042][0043]当相干阵激光器为如图3所示的一维面发射相干阵激光器时，二元光学微结构产生的相位调制函数满足关系式为：
[0044][0045]二元光学微结构的结构微元的厚度d与两维阵列排布的结构微元坐标、等效焦距、结构微元折射率、结构微元基底材料折射率和激光波长满足关系式为：
[0046][0047]式中，i为虚数单位，λ为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相干阵激光器的无透镜聚焦装置，其特征在于，包括：相干阵激光器、二元光学微结构基底和二元光学微结构；所述二元光学微结构通过所述二元光学微结构基底设置在所述相干阵激光器的输出端上，所述二元光学微结构的结构微元、所述二元光学微结构基底的结构微元基底和所述相干阵激光器的激光单元上下相对应；所述二元光学微结构对每个激光单元输出光束的相位调制满足薄聚焦透镜相位变换关系；其中，当所述相干阵激光器为二维面发射相干阵激光器时，所述二元光学微结构产生的相位调制函数满足关系式为：当所述相干阵激光器为一维面发射相干阵激光器时，所述二元光学微结构产生的相位调制函数满足关系式为：所述二元光学微结构的结构微元的厚度d满足关系式为：式中，i为虚数单位，λ为激光波长，f为等效焦距，以激光阵列中心为坐标原点，x
m
、y
n
分别为第m列、第n行的发光单元的横纵向坐标；n1和n2分别为结构微元基底折射率和结构微元折射率；为相位变换，若则去掉2π的整数倍。2.如权利要求1所述的相干阵激光器的无透镜聚焦装置，其特征在于，所述二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，代京京，兰天，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：