本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光，尤其是涉及一種用于半導(dǎo)體激光疊陣偏振分離以及光束整形的裝置。

背景技術(shù)：

1、半導(dǎo)體激光器具有成本低，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，波長范圍寬，可靠性高等諸多優(yōu)點。然而輸出功率低、光束質(zhì)量差以及功率密度低等缺點限制著半導(dǎo)體激光器作為直接光源進行應(yīng)用。因此，如何提升半導(dǎo)體激光輸出功率，改善光束的光束質(zhì)量以及提升激光輸出亮度成為了半導(dǎo)體激光器發(fā)展歷程中的重要技術(shù)瓶頸。

2、半導(dǎo)體激光器可以根據(jù)發(fā)光單元數(shù)量與封裝方式的不同可以分為：單管，巴條以及疊陣三種。與單管、巴條相比，半導(dǎo)體激光疊陣是將半導(dǎo)體激光巴條沿快軸方向進行堆疊，因此半導(dǎo)體激光疊陣的輸出功率一般為半導(dǎo)體激光巴條的幾倍到幾十倍以上，目前半導(dǎo)體激光疊陣的商品化器件最高輸出功率能夠達到萬瓦以上。

3、然而，由于快軸上的光斑之間存在暗區(qū)，進行疊加會惡化快軸的光束質(zhì)量。因此，如何在維持半導(dǎo)體激光疊陣的功率同時提升其輸出的光束質(zhì)量成為了研究人員的重點方向之一。2006年，美國林肯實驗室首次將開環(huán)光譜合束應(yīng)用到半導(dǎo)體激光疊陣中，輸出激光功率89.5w，光譜合束效率75％，光譜寬度14nm。2015年，中國工程物理研究院采用半導(dǎo)體激光疊陣進行光譜合束，實現(xiàn)輸出功率大于120w，電光轉(zhuǎn)化效率大于48％，快軸光束質(zhì)量11.5，慢軸光束質(zhì)量10.2。

4、目前針對半導(dǎo)體激光疊陣的光譜合束主要在慢軸方向，由于疊陣光譜合束本質(zhì)上無法解決空間光斑疊加時的快軸光束質(zhì)量退化的問題，因此對激光的亮度提升非常有限。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的內(nèi)容部分用于以簡要的形式介紹構(gòu)思，這些構(gòu)思將在后面的具體實施方式部分被詳細描述。本公開的內(nèi)容部分并不旨在標識要求保護的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保護的技術(shù)方案的范圍。

2、本發(fā)明的一些實施例提供了用于半導(dǎo)體激光疊陣偏振分離以及光束整形的裝置，來解決以上背景技術(shù)部分提到的技術(shù)問題。

3、本發(fā)明的一些實施例提供了一種用于半導(dǎo)體激光疊陣偏振分離以及光束整形的裝置，包括依次設(shè)置的可旋轉(zhuǎn)半波片、偏振分光棱鏡、四分之一波片、全反射鏡以及設(shè)置到所述偏振分光棱鏡上下兩端的直角階梯棱鏡，其中，

4、通過旋轉(zhuǎn)半波片實現(xiàn)光束中p光和s光分量的調(diào)節(jié)；

5、偏振分光棱鏡能夠使s光發(fā)生全反射并通過上方的直角階梯棱鏡出射；

6、p光穿過所述偏振分光棱鏡，通過四分之一波片變?yōu)橛倚龍A偏振光，通過全反射鏡的鏡面反射變?yōu)樽笮龍A偏振光，并再次通過四分之一波片變?yōu)閟光后，經(jīng)過下方的直角階梯棱鏡后出射。

7、可選的，所述可旋轉(zhuǎn)半波片用于使光束中兩個偏振態(tài)的光產(chǎn)生相位延遲，通過改變光軸與輸出光束電場方向上的角度，以改變光束的偏振態(tài)。

8、可選的，所述偏振分光棱鏡的光膠面鍍偏振分光膜，所有直角面鍍有增透膜。

9、可選的，所述偏振分光膜用于使s光發(fā)生全發(fā)射并射入到直角階梯棱鏡。

10、可選的，所述偏振分光膜用于使p光透射穿過所述偏振分光棱鏡。

11、可選的，所述偏振分光棱鏡由紫外熔石英制作而成。

12、可選的，所述直角階梯棱鏡的階梯斜面的垂直高度應(yīng)不小于單個巴條發(fā)出的光沿快軸方向的寬度。

13、可選的，所述四分之一波片用于對透射所述偏振分光膜的p光的左旋圓偏振光和右旋圓偏振光進行轉(zhuǎn)變。

14、可選的，所述四分之一波片由石英晶體制作而成。

15、可選的，所述全反射鏡用于折返光路并實現(xiàn)右旋圓偏振光和左旋圓偏振光的鏡像轉(zhuǎn)換。

16、本發(fā)明的上述實施例具有如下有益效果：

17、半導(dǎo)體激光器疊陣發(fā)出的光束經(jīng)過快慢軸準直陣列準直后，射入偏振分光棱鏡前放置的可旋轉(zhuǎn)半波片，通過旋轉(zhuǎn)該可旋轉(zhuǎn)半波片實現(xiàn)光束中p光和s光分量的調(diào)節(jié)。

18、隨著光束射入偏振分光棱鏡，s光不能透過偏振分離膜，在此處發(fā)生全反射，并向上射入到上方的直角階梯棱鏡的階梯斜面，隨后向右方出射，實現(xiàn)快軸方向光束的壓縮。

19、對于p光來說，直接透射穿過偏振分光棱鏡，并射入四分之一波片，通過四分之一波片實現(xiàn)p光到右旋圓偏振光的轉(zhuǎn)變，隨著光路前進，右旋圓偏振光入射到全反射鏡的表面。

20、由于全反射鏡的鏡面反射作用，右旋圓偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮龍A偏振光，并沿著原來的光路反向傳播。當(dāng)光束再次經(jīng)過四分之一波片時，由于此時的光束為左旋圓偏振光，因此通過四分之一波片后，左旋圓偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閟光。隨著光路前進，s光在偏振分光棱鏡發(fā)生全反射，并入射到下方的直角階梯棱鏡的階梯斜面，同樣從右方出射。

21、至此，實現(xiàn)了半導(dǎo)體激光疊陣的偏振分離以及光束整形。

技術(shù)特征：

1.一種用于半導(dǎo)體激光疊陣偏振分離以及光束整形的裝置，其特征在于，包括依次設(shè)置的可旋轉(zhuǎn)半波片、偏振分光棱鏡、四分之一波片、全反射鏡以及設(shè)置到所述偏振分光棱鏡上下兩端的直角階梯棱鏡，其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體激光疊陣偏振分離以及光束整形的裝置，其特征在于，所述可旋轉(zhuǎn)半波片用于使光束中兩個偏振態(tài)的光產(chǎn)生相位延遲，通過改變光軸與輸出光束電場方向上的角度，以改變光束的偏振態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體激光疊陣偏振分離以及光束整形的裝置，其特征在于，所述偏振分光棱鏡的光膠面鍍偏振分光膜，所有直角面鍍有增透膜。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于半導(dǎo)體激光疊陣偏振分離以及光束整形的裝置，其特征在于，所述偏振分光膜用于使s光發(fā)生全發(fā)射并射入到直角階梯棱鏡。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于半導(dǎo)體激光疊陣偏振分離以及光束整形的裝置，其特征在于，所述偏振分光膜用于使p光透射穿過所述偏振分光棱鏡。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體激光疊陣偏振分離以及光束整形的裝置，其特征在于，所述偏振分光棱鏡由紫外熔石英制作而成。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體激光疊陣偏振分離以及光束整形的裝置，其特征在于，所述直角階梯棱鏡的階梯斜面的垂直高度應(yīng)不小于單個巴條發(fā)出的光沿快軸方向的寬度。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于半導(dǎo)體激光疊陣偏振分離以及光束整形的裝置，其特征在于，所述四分之一波片用于對透射所述偏振分光膜的p光的左旋圓偏振光和右旋圓偏振光進行轉(zhuǎn)變。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于半導(dǎo)體激光疊陣偏振分離以及光束整形的裝置，其特征在于，所述四分之一波片由石英晶體制作而成。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體激光疊陣偏振分離以及光束整形的裝置，其特征在于，所述全反射鏡用于折返光路并實現(xiàn)右旋圓偏振光和左旋圓偏振光的鏡像轉(zhuǎn)換。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種用于半導(dǎo)體激光疊陣偏振分離以及光束整形的裝置，包括依次設(shè)置的可旋轉(zhuǎn)半波片、偏振分光棱鏡、四分之一波片、全反射鏡以及設(shè)置到所述偏振分光棱鏡上下兩端的直角階梯棱鏡。該實施方式通過旋轉(zhuǎn)半波片實現(xiàn)光束中P光和S光分量的調(diào)節(jié)；偏振分光棱鏡能夠使S光發(fā)生全反射并通過上方的直角階梯棱鏡出射；P光穿過所述偏振分光棱鏡，通過四分之一波片變?yōu)橛倚龍A偏振光，通過全反射鏡的鏡面反射變?yōu)樽笮龍A偏振光，并再次通過四分之一波片變?yōu)镾光后，經(jīng)過下方的直角階梯棱鏡后出射，實現(xiàn)了半導(dǎo)體激光疊陣的偏振分離以及光束整形。

技術(shù)研發(fā)人員：秦文斌,李奎奎,王智勇,姜夢華
受保護的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8