本发明专利技术涉及一种光束压缩镜，该光束压缩镜为一块玻璃板，其第一入射面与第一反射面之间的夹角为４５°，第一入射面与出射面之间相互平行，各第二反射面与第一反射面之间相互平行；每个沟槽具有一个平行于第一入射面的光学表面，该光学表面为第二入射面；从第一入射面入射的各单元光束经第一反射面和第二反射面反射后穿插在从第二入射面入射的各单元光束之间，并与从第二入射面入射的单元光束一同由出射面出射。本发明专利技术的光束压缩镜反射率高、结构简单、加工方便、成本低、装调简便，在减小光束线宽的同时不增加发散角，有效减小了条纹光斑的光参数积，增加了输出光束的亮度，可适用于多个准直后的光束叠加而成的条纹光束的压缩。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体激光光束整形
，涉及一种将经过准直后的多个激光光 束叠加而成的条纹光束进行压缩的光束压缩镜。
技术介绍
半导体激光器具有转换效率高、寿命长、体积小和重量轻等优点，在人类的生产活 动中占有日益增长的地位，广泛应用于工业、军事和科研等方面。但是半导体激光器光束质 量差，限制了它在一些对功率密度和亮度要求高场合的应用，如激光切割、激光打孔等。提 高半导体激光器的光束质量和亮度成为了拓展半导体激光器应用市场研究的重要研究方 向。光束质量一般用光参数积来评价，它定义为光束的半宽*光束的发散半角，它和 光束的线宽成正比，光参数积越小，光束质量越好。亮度为单位面积单位空间立体角上的功 率输出，它和光斑线宽的平方成反比关系。压缩光束的线宽可以极大地提高半导体激光器 的光束质量和亮度，拓宽半导体激光器的应用范围。目前，产生高功率的半导体激光器单元形式主要为边发射半导体激光器，其单个 出光口尺寸为lum*100um左右，受衍射影响，Ium方向输出发散角为60°以上，称为快轴方 向，另外一个方向称为慢轴方向，其发散角也在10°左右，这就造成光斑在快慢轴方向上极 不对称。对于标准的半导体激光器结构，慢轴方向上有多个发光点，其长度一般为1cm，称为 bar, bar的慢轴方向的光参数积是快轴方向的几百或上千倍。Bar可以直接进行运用，也可以进光纤。在此主要是考虑进光纤的情况，由于bar 的快慢轴方向的光参数积不均衡，而光纤的光参数积(纤芯半宽*数值孔径)是对称的，慢 轴的光参数积远大于光纤的光参数积，而快轴的远小于光纤的光参数积，因此为了进纤芯 直径小的光纤，实现高功率密度输出，快慢轴方向的光参数积必须进行均衡，其方法主要是 将慢轴方向的光参数积切割成η份，然后再在快轴方向上叠加，其中η由实际情况而定。在 光束切割重排后，快轴方向的叠加若出现中间不发光区过大，造成整体线宽增加，必须减小 中间的不发光区。为了实现上千瓦功率输出，一般采用多个bar条叠加形成叠阵形式，其准直后的 单元光束叠加形成条纹光束。bar之间的距离一般取为1.9mm左右，于是在单元光束之间 形成大的缝隙，而光斑尺寸计算时将缝隙也计算在内，于是增加了光参数积，降低了功率密 度。用光束填充缝隙，而不增加光束的发散角，可以降低光参数积，提高输出光束的亮度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够减小由多个单元光束叠加形成的条纹 光束的线宽而不增加发散角，从而有效减小条纹光斑的光参数积，增加输出光束的亮度的 光束压缩镜。为了解决上述技术问题，本专利技术的光束压缩镜为一块玻璃板，该玻璃板具有第一入射面、第一反射面、出射面、N个第二反射面及M个与第二反射面均勻相间分布的沟槽；其 中第一入射面与第一反射面之间的夹角为45°，第一入射面与出射面之间相互平行，各第 二反射面与第一反射面之间相互平行；每个沟槽具有一个平行于第一入射面的光学表面， 该光学表面为第二入射面；从第一入射面入射的各单元光束经第一反射面和第二反射面反 射后穿插在从第二入射面入射的各单元光束之间，并与从第二入射面入射的单元光束一同 由出射面出射。条纹光束由玻璃板的第一入射面和第二入射面垂直入射；从第一入射面入射的单 元光束在第一反射面上发生内反射，光轴发生90°偏折，反射的光束打在第二反射面上，又 发生内反射，光轴再次发生90°偏折，按原来的方向传输，从出射面出射；从第二入射面入 射的单元光束直接从出射面出射。这样，将从第一入射面入射的单元光束平移，穿插到从第 二入射面入射的单元光束中，实现了条纹光束的线宽压缩。本专利技术的光束压缩镜结构简单，可以通过在一块锐角为45°的平行四边形玻璃平 板的一个侧面上刻蚀45°直角三角形沟道制成。由于采用内反射方式来反射光束，不需要 采用镀高反射膜的工艺，不仅反射率高，而且加工方便、降低了成本；采用一个元件实现了 光束的空间穿插压缩，降低了装调难度；采用空间耦合方法实现光束压缩，光束质量提高1 倍。在减小光束线宽的同时不增加发散角，有效减小了条纹光斑的光参数积，增加了输出光 束的亮度。对于斜45°平行玻璃板的选择入射光要在玻璃斜45°的面上发生内反射，玻璃 板的折射率η只要满足全反射条件即可。所述玻璃板的厚度a大于单元光束的长度L ；玻璃板的尺寸b与光束平移的距离 相等；玻璃板斜边c的尺寸与在第一反射面反射的单元光束有关，它等于1. 414d，其中d为 第一反射面反射的单元光束沿y方向的尺寸。所述沟槽形状为45°的直角三棱柱，该直角三棱柱在yz平面上为45°直角三角 形，该直角三棱柱的斜面与第二反射面在同一平面上，并且直角三棱柱在χ方向的尺寸与 第二反射面的在该方向的尺寸相等；该直角三棱柱与ζ方向垂直的面为第二入射面，第二 入射面沿y方向的尺寸等于光束周期m的1/2 ；第二入射面沿y方向的空间周期为光束周 期m。所述的第一入射面、第二入射面和出射面均镀有增透膜。本专利技术的光束压缩镜可适用于多个准直后的光束叠加而成的条纹光束的压缩，要 求单元光束的宽度小于光束周期m的1/2，如叠阵，对于半导体激光器光束整形合束具有很 强的实用性。本专利技术也可对LIMO公司生产的光束变形系统(BTS)输出的光束进行光束压 缩，它能将条纹光束线宽压缩到原来的1/2，将光参数积减小到原来的一半，功率密度提高 4倍。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1为本专利技术的光束压缩镜的主视图。图2为本专利技术的光束压缩镜的立体图。图3a、3b分别为制作本专利技术的光束压缩镜所用的锐角为45°的玻璃平板的xy和yz平面视图。图4a、4b分别为条纹光束压缩前的示意图和条纹光束经压缩后的示意图。图5a为针对BTS设计的光束压缩镜的立体图。图5b为针对BTS设计的光束压缩镜的第二反射面3和沟槽6的局部放大图。图6为采用zemax模拟的光路图。具体实施例方式如图1、2所示，本专利技术的光束压缩镜直接在一块斜45°的平行玻璃板的一个斜面 上刻蚀沟槽6制得。光束压缩镜具有第一入射面1、第一反射面2、第二反射面3、第二入射 面4和出射面5。其中第一入射面1与第一反射面2之间的夹角为45°，第一入射面1与出射面5 之间相互平行，第一反射面2与第二反射面3之间相互平行；N个第二反射面3与M个沟槽 6均勻相间分布(N的数值等于所要平移的单元光束8的数量，设单元光束的数量为K，当K 为偶数2q时，N = M = q，当K为奇数2q+l时，N = M = q，还有一条单元光束直接从玻璃板 的第一入射面和出射面透射过去，如图1中有19个单元光束入射，第二反射面3的数量N 等于9，沟槽6的数量M等于9，入射光的中间一条单元光直接从第一入射面和出射面透射 过去)。沟槽6具有一个平行于第一入射面1的光学表面，该光学表面为第二入射面4。压缩光束的过程沿ζ方向传输的准直光束，入射到玻璃板的第一入射面1和第二 入射面4 ；从第一入射面1入射的光束在第一反射面2发生内反射，光轴发生90°偏折，沿 y方向传输，反射的光束打在玻璃板的第二反射面3，又发生内反射，光轴再次发生90°偏 折，光束按原来的方向ζ方向传输，从出射面5出射，实现一端光束平移到另一端。从第二 入射面4入射的光束，传输方向不改变，仍沿ζ本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光束压缩镜，其特征在于所述的光束压缩镜为一块玻璃板，该玻璃板具有第一入射面（１）、第一反射面（２）、出射面（５）、Ｎ个第二反射面（３）及Ｍ个与第二反射面（３）均匀相间分布的沟槽（６）；其中第一入射面（１）与第一反射面（２）之间的夹角为４５°，第一入射面（１与出射面（５）之间相互平行，各第二反射面（３）与第一反射面（２）之间相互平行；每个沟槽（６）具有一个平行于第一入射面（１）的光学表面，该光学表面为第二入射面（４）；从第一入射面（１）入射的各单元光束经第一反射面（２）和第二反射面（３）反射后穿插在从第二入射面（４）入射的各单元光束之间，并与从第二入射面（４）入射的单元光束一同由出射面（５）出射。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张俊，王立军，王琪，郝明明，张志军，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。