專利名稱：采用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置的制作方法
采用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于激光光電子及其應(yīng)用領(lǐng)域，是通過平行四邊形棱鏡、三角形棱鏡與偏振分光膜對半導(dǎo)體激光器的輸出光束進(jìn)行偏振I禹合，改善輸出光束亮度和光束質(zhì)量的一種采用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器具有光電轉(zhuǎn)換效率高、體積小、壽命長等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于泵浦固體激光器、醫(yī)療、材料加工等多種應(yīng)用。半導(dǎo)體激光器陣列(包括一維半導(dǎo)體激光器陣列和二維半導(dǎo)體激光器疊層陣列——堆棧)是實現(xiàn)大功率輸出的有效途徑。但半導(dǎo)體激光器陣列的光束質(zhì)量，限制了半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍。壓縮半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光束尺寸可以提高光束的亮度和光束質(zhì)量，從而滿足實用要求。
通過波長合束和偏振合束來實現(xiàn)光束的合并都可壓縮半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光束尺寸，提高光束的亮度。
對兩個具有不同偏振態(tài)的半導(dǎo)體激光器陣列的光束進(jìn)行偏振合束時，可使兩個半導(dǎo)體激光器陣列發(fā)出的光束相互垂直入射到偏振合束器上。由于兩路光束具有不同的偏振態(tài)，一路光束透射而另一路光束反射，原來傳播方向相互垂直的兩路光束合并為一路。
但要將一個半導(dǎo)體激光器陣列的光束分為兩路，對兩路光束進(jìn)行偏振耦合時，由于兩路光束的偏振態(tài)相同并且傳播方向也相同，需要改變其中一路光束的偏振態(tài)，并且改變其中一路光束的傳播方向，再使兩路光束相互垂直入射到偏振合束器上才能夠使兩路光束合并為一路。而在光路中加入過多的元件會增加整個系統(tǒng)的體積和復(fù)雜程度。
本發(fā)明的裝置采用平行四邊形棱鏡、三角形棱鏡和偏振分光膜，能夠以相對簡單的結(jié)構(gòu)和相對小的體積來對一個半導(dǎo)體激光器陣列的光束進(jìn)行偏振耦合。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種采用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置，其可壓縮半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光束尺寸，可以提高光束的亮度和光束質(zhì)量，從而滿足實用要求。
本發(fā)明提出一種采 用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置，包括:
一半導(dǎo)體激光器陣列，該半導(dǎo)體激光器陣列包括第一輸出光路和第二輸出光路；
一半波片，該半波片位于半導(dǎo)體激光器陣列的第二輸出光路上；
一偏振分光棱鏡，該偏振分光棱鏡位于半導(dǎo)體激光器陣列的第二輸出光路和第一輸出光路上，該半波片位于半導(dǎo)體激光器陣列和偏振分光棱鏡之間。
本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明采用平行四邊形棱鏡、三角形棱鏡和偏振分光膜實現(xiàn)光束的偏振耦合輸出，入射到偏振分光膜的兩部分光的偏振方向相互垂直，合成的出射光的光束尺寸小于初始激光的光束尺寸，輸出光束的強(qiáng)度是兩部分入射光的疊加，提高了光束質(zhì)量和光功率密度，從而實現(xiàn)了滿足較好光束質(zhì)量下的高亮度高功率激光輸出。


為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中:
圖1是本發(fā)明第一實施例的結(jié)構(gòu)原理圖2是圖1的立體結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明第二實施例的結(jié)構(gòu)原理圖4是圖3的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1及圖2所示，為本發(fā)明的第一實施例，本發(fā)明提供一種采用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置，包括:
一半導(dǎo)體激光器陣列I。該半導(dǎo)體激光器陣列包含快軸準(zhǔn)直元件，也可以包含慢軸準(zhǔn)直元件。該半導(dǎo)體激光器陣列發(fā)出的光束經(jīng)過快軸準(zhǔn)直后在y方向的發(fā)散角很小，基本可以忽略。該半導(dǎo)體激光器陣列發(fā)出的光束也可以通過慢軸準(zhǔn)直來在一定程度減小X方向上的發(fā)散角。該半導(dǎo)體激光器陣列發(fā)出的光束經(jīng)過準(zhǔn)直后，在X方向上的寬度共有10mm，可分為兩路，每一路在X方向上的寬度為5mm。其中偏向X軸正方向的一路為第一輸出光路11，偏向X軸負(fù)方向的一路為第二輸出光路12 ;第一輸出光路11和第二輸出光路12的偏振態(tài)均為P光(偏振方向沿X軸)，傳播方向均為z軸正方向。
一半波片2，該半波片2位于半導(dǎo)體激光器陣列I的第二輸出光路12上。所述半波片2的光軸垂直于第一輸出光路11和第二光路12的傳播方向,在χ-y平面內(nèi)，且與X方向和y方向間的夾角為45° ;該半波片2對于偏振方向垂直于其光軸的光和偏振方向平行于其光軸的光具有不同的折射率。法向入射的光透過該半波片2后,兩個偏振方向的光之間的相位差等于η或η的奇數(shù)倍。該半波片2可對偏振光進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。線偏振光垂直入射到該半波片2時，如果偏振方向和該半波片2的光軸之間的夾角為Θ，則透過的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)2 Θ。第二輸出光路12的光束的偏振態(tài)在通過半波片2之前為P偏振，偏振方向沿X軸，偏振方向與半波片2的光軸方向間的夾角為45°。第二輸出光路12的光束通過半波片2后,偏振方向旋轉(zhuǎn)了 90° ,偏振態(tài)變?yōu)镾光(偏振方向沿y軸)，傳播方向仍為z軸正方向。
—偏振分光棱鏡3,該偏振分光棱鏡3位于半導(dǎo)體激光器陣列I的第二輸出光路12和第一輸出光路11上。 半波片2位于半導(dǎo)體激光器陣列I和偏振分光棱鏡3之間。該偏振分光棱鏡3包括一平行四邊形棱鏡31和一三角形棱鏡32。該平行四邊形棱鏡31的稅角為45°。該平行四邊形棱鏡31和該三角形棱鏡32的材料的折射率相同，均大于1.42。折射率該三角形棱鏡32的斷面為等腰直角三角形。該平行四邊形棱鏡31和三角形棱鏡32的材料相同，為折射率大于1.42的玻璃。由于該平行四邊形棱鏡31的折射率大于1.42，沿z軸正方向傳播的光線照在該平行四邊形棱鏡31的與z軸夾角為45°的斜面上會發(fā)生全反射，傳播方向變?yōu)閄軸正方向。該平行四邊形棱鏡31和三角形棱鏡32靠合在一起，形成斷面為梯形的結(jié)構(gòu)。該平行四邊形棱鏡31與該三角形棱鏡32之間鍍有偏振分光膜33。由于該平行四邊形棱鏡31和該三角形棱鏡32的材料的折射率相同，光線透射通過該平行四邊形棱鏡31和該三角形棱鏡32之間鍍的偏振分光膜33時傳播方向不發(fā)生改變。偏振分光膜33對S偏振光反射對P偏振光透射。第一輸出光路11的光束照在偏振分光膜33上時偏振態(tài)為P光，光束通過偏振分光膜33透射,光束傳播方向不變,仍為z軸正方向。第二輸出光路12的光束照在平行四邊形棱鏡31的一個面上反射，傳播方向變?yōu)閄軸正方向，再照到偏振分光膜33,由于此時偏振態(tài)為S光,光束在偏振分光膜33上反射,傳播方向變?yōu)閦軸正方向。從偏振分光棱鏡3出射時,具有P偏振態(tài)的第一輸出光路11和具有S偏振態(tài)的第二輸出光路12已經(jīng)合并為一束光。
經(jīng)過偏振耦合后，半導(dǎo)體激光器陣列發(fā)出的光束在X方向上的寬度從IOmm減小到5_，而功率變化不大，從而增大了單位寬度內(nèi)的功率，提高了光束的亮度。
雖然經(jīng)過偏振耦合后的光束不再具有偏振性，但由于多數(shù)應(yīng)用中對光源的偏振性并沒有要求，因此對半導(dǎo)體激光器陣列的應(yīng)用范圍并沒有太大影響。
請參閱圖3及圖4所示，為本發(fā)明的第二實施例。該第二實施例與第一實施例基本相同。不同之處在于，該半波片2位于半導(dǎo)體激光器陣列I的第一輸出光路11上。第一輸出光路11的光束通過半波片后偏振態(tài)由P光變?yōu)镾光。偏振分光膜33對S偏振光透射對S偏振光反射。
以上說明對本發(fā)明而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，在不脫離以下所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改、變化或等效，但都將落入本發(fā)明的保 護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種采用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置，包括: 一半導(dǎo)體激光器陣列，該半導(dǎo)體激光器陣列包括第一輸出光路和第二輸出光路； 一半波片，該半波片位于半導(dǎo)體激光器陣列的第二輸出光路上； 一偏振分光棱鏡，該偏振分光棱鏡位于半導(dǎo)體激光器陣列的第二輸出光路和第一輸出光路上，該半波片位于半導(dǎo)體激光器陣列和偏振分光棱鏡之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置，其中偏振分光棱鏡包括一平行四邊形棱鏡和一三角形棱鏡，該平行四邊形棱鏡和三角形棱鏡靠合在一起，形成斷面為梯形的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置，其中該平行四邊形棱鏡與三角形棱鏡之間鍍有偏振分光膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置，其中半波片和偏振分光棱鏡垂直于半導(dǎo)體激光器陣列的光束傳播方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置，其中半波片位于半導(dǎo)體激光器陣列的第一輸出光路上，該半波片位于半導(dǎo)體激光器陣列和偏振分光棱鏡之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置，其中半波片的光軸與X方向和y方向間的夾角為45°。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置，其中平行四邊形棱鏡的稅角為45°。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置，其中三角形棱鏡的斷面為等腰直角三角形。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置，其中平行四邊形棱鏡和三角形棱鏡的材料相同，為折射率大于1.42的玻璃。
全文摘要
一種采用棱鏡的半導(dǎo)體激光器偏振耦合裝置，包括一半導(dǎo)體激光器陣列，該半導(dǎo)體激光器陣列包括第一輸出光路和第二輸出光路；一半波片，該半波片位于半導(dǎo)體激光器陣列的第二輸出光路上；一偏振分光棱鏡，該偏振分光棱鏡位于半導(dǎo)體激光器陣列的第二輸出光路和第一輸出光路上，該半波片位于半導(dǎo)體激光器陣列和偏振分光棱鏡之間。本發(fā)明可壓縮半導(dǎo)體激光器陣列的輸出光束尺寸，可以提高光束的亮度和光束質(zhì)量。
文檔編號G02B27/28GK103217803SQ20131012117
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者林學(xué)春, 郭渭榮, 陳凱, 王寶華, 王祥鵬, 王麗榮 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所