用于高功率半导体激光器的激光望远镜制造技术

一种用于高功率半导体激光器的激光望远镜，它包括置于调整架上的镜筒内有置放半导体激光器的头架，由头架向镜筒内同光轴地置有透射窗口、准直光学元件、整形光学元件、和由三块扩束透镜构成的扩束光学元件。获得光束发散度优于０．５ｍｒａｄ，透过率Ｔ＞８０％，比已有技术提高了５％。它具有较好的稳定性和可靠性。特别适用于连续输出１－６瓦单条半导体激光器。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术是一种用于高功率半导体激光器的激光望远镜。特别是应用于单条瓦级红外半导体激光器的激光望远镜。瓦级高功率半导体激光器(也称激光二极管以下简称为LD)是红外照明、搜索、跟踪或其它军事应用的重要光源。这些应用均要求具有高亮度、远距离、特定球面度内的均匀照明。但是，瓦级高功率LD的发光面积通常为50μm×1μm～500μm×1μm，其近场是一几百微米×1μm的线形发光源，其远场光斑是与近场线光源成付里叶变换的椭圆光斑(长短轴比大)。这样，LD发射的激光束散很大，而且由于绕射效应，光束锥体是很不对称的，垂直于LD芯片结面方向的发散角度，典型为θ⊥≈60-80°，甚者大到90°(全角)，而平行于结面方向的发散角度，典型为θ‖≈15-20°(全角)。上述的典型例，θ⊥为θ‖的4-6倍。用已有的光学望远镜无法实现把LD的辐射准直成近对称的平行光束或设计成特定发散度的光束。为把高功率LD宽条(50-500)μm×1μm发射的瓦级光功率的自然辐射—宽带状(椭圆)发散光斑高效地耦合变换成发射角仅为0.5mrad的近平行近圆对称的远场光束，以达到远距离(几km)高亮度近红外照明的目的，需要提供一种新型的望远镜。本技术的目的为解决上述已有技术中的难题，提供一种用于高功率半导体激光器的激光望远镜，以利于提高激光束的耦合效率和激光器的可靠性，达到最后发送的光束发散度优于0.5mrad，透过率T≥80％，从而解决连续(CW)光功率大于1瓦LD的激光望远镜的技术难题。本技术的激光望远镜如附图说明图1所示结构。包括置于调整架11上的镜筒3内一端有置放半导体激光器头的头架1，由头架1向镜筒3内同光轴地依次置于镜筒3内有透射窗口2，准直光学元件4，整形光学元件12和扩束光学元件10。所说的准直光学元件4是非球面透镜，或者是由一组三块球面透镜构成的。所说的整形光学元件12是由第一柱面透镜5与第二柱面透镜6构成的，或者是由变形棱镜对构成的。所说的扩束光学元件12含有扩束付透镜7，第一扩束主透镜8和第二扩束主透镜9。所说的镜筒3置于调整架11上，调整架11具有上下、前后、左右以及俯仰的精密调节，因此镜筒3可以做多维的调节。如图1所示，由LD发射的激光束经准直光学元件4准直后发送出，准直光束对应于结面方向为椭圆长轴方向，平行于结面方向为椭圆短轴方向，经第一和第二两柱面透镜5、6整形后发送出近圆形光束，实际上整形光学元件12把LD平行于结面方向的小发散角θ‖扩展成与垂直于结面方向的大发散角θ⊥相近。再经扩束光学元件10扩束，改善方向性。最后发送出发散角为近0.5mrad的近圆形对称近平行光束。2km远处光束直径为φ1米。为了提高望远镜的透过率，(1)LD透射窗口2及组成光路的所有光学元件4、12、10的透镜的透光表面均镀有对LD激光束透过率T＞99.5％的增透膜层；(2)后级光学元件的接收通光孔径略大于前一级光学元件的发送通光孔径，避免各元件的人为拦光损耗。为了提高准直光学元件4的准直效率，采用非球面透镜适配大的通光孔径和高数值孔径NA＞0.5，以它的大接收角与LD的大发散角相匹配。同时，对非球面透镜调整其背面厚度，就修正了由于0.3mm厚的透射窗口12引起的象差。LD的束散越大，象差越大。NA＝0.3时，象差小，可忽略修正。NA≥0.5时，象差很快增大到大于0.1λ，从而限制望远镜的性能。本技术中的准直光学元件4也可以采用三块球面透镜粘合而成，整形光学元件12也可采用变形棱镜对来完成。本技术特别适用于连续(CW)输出光功率大于1瓦的LD(尤其适用于1-6瓦)的50μm×1μm→500μm×1μm的激光发射面。本技术的优点。如上所述，本技术用于高功率半导体激光器的激光望远镜，在镜筒3内同光轴地在准直光学元件4和扩束光学元件10之间置有整形光学元件12，获得的光束发散度优于0.5mrad。本新型的准直光学元件4采用非球面透镜作为准直物镜与其扩束光学元件10构成的扩束望远镜结构相配合，使本新型望远镜具有较好的稳定性、可靠性。本技术的望远镜光束透过率T≥80％，比已有技术的光束透过率提高了5％。所以，本新型对激光束耦合效率高。附图的说明图1为本技术的用于高功率半导体激光器的激光望远镜的光路示意图。实施例如图1所示的结构应用于发光面为100μm×1μm的λ＝808nm的1瓦LD。具体数据如下准直光学元件4是非球面透镜，它两面的曲率半径分别为R1＝250，R2＝28.085；整形光学元件中第一柱面透镜的两面曲率半径分别为R3＝∝，R4＝15.85；第二柱面透镜6的两面曲率半径分别为R5＝∝，R6＝65.77；扩束光学元件10中扩束付透镜7的两面曲率半径分别为R7＝-59.3，R8＝400；第一扩束主透镜8两面的曲率半径分别为R9＝-274.3，R10＝-191.87；第二扩束主透镜9两面的曲率半径分别为R11＝2400，R12＝-300。LD发光面与准直光学元件4的非球面透镜的接收面距离d1＝45.7，准直光学元件4发送面与整形光学元件12中第一柱面透镜5接收面之间距离d2＝5，两个柱面透镜5、6相对两面之间距离d3＝73.15，第二柱面透镜6与扩束付透镜7之间距离d4＝5，扩束付透镜7与第一扩束主透镜8相对两面之间距离d5＝182.9，两块扩束主透镜8、9相对两面之间距离d6＝0.5。准直光学元件4的非球面透镜4的焦距f1＝49.90，第一柱面透镜5的焦距f2＝-24.08，第二柱面透镜6的焦距f3＝99.91，扩束付透镜7的焦距f4＝-78.28，扩束主透镜的焦距f5＝-279.62。准直光学元件4的非球面透镜的数值孔径NA＝0.5-0.6。如上所述，本技术经实施例的结构具有的特点是(1)具有内建半导体微致冷器控温的瓦级LD激光头置于头架1上，透过0.3mm厚镀了增透膜的玻璃透射窗口2发送激光束。(2)激光望远镜由一块非球面透镜作准直光学元件4；二块柱面透镜5、6作整形光学元件12；三块球面透镜7、8、9作扩束光学元件10。(3)LD激光头和激光望远镜全部按装在黑色铝镜筒3之内，镜筒3座落在具有调整上下、前后、左右方位及俯仰角功能的调整架11上，望远镜整机稳而重心好、美观、使用方便。最后获得发送光束的发散角度优于0.5mrad，光束透过率T＞80％。权利要求1.一种用于高功率半导体激光器的激光望远镜，包括置于调整架(11)上的镜筒(3)内一端有置放半导体激光器头的头架(1)，由头架(1)向镜筒(3)内同光轴地依次置于镜筒(3)内有透射窗口(2)，准直光学元件(4)和扩束光学元件(10)，其特征在于在镜筒(3)内，在准直光学元件(4)与扩束光学元件(10)之间同光轴地置有整形光学元件(12)，所说的扩束光学元件(10)含有扩束付透镜(7)、第一扩束主透镜(8)和第二扩束主透镜(9)。2.根据权利要求1所述的用于高功率半导体激光器的激光望远镜，其特征在于所说的整形光学元件(12)是由第一柱面透镜(5)和第二柱面透镜(6)构成的，或者是由变形棱镜对构成的。3.根据权利要求1所述的用于高功率半导体激光器的激光望远镜，其特征在于所说的准直光学元件(4)是非球面透镜，或者是由一组三块球面透镜构成的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高功率半导体激光器的激光望远镜，包括：置于调整架（１１）上的镜筒（３）内一端有置放半导体激光器头的头架（１），由头架（１）向镜筒（３）内同光轴地依次置于镜筒（３）内有透射窗口（２），准直光学元件（４）和扩束光学元件（１０），其特征在于在镜筒（３）内，在准直光学元件（４）与扩束光学元件（１０）之间同光轴地置有整形光学元件（１２），所说的扩束光学元件（１０）含有扩束付透镜（７）、第一扩束主透镜（８）和第二扩束主透镜（９）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡衍芝，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]