專利名稱：用于聚焦半導(dǎo)體激光器輸出光束的光束處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光束處理器，尤其涉及一種可用于改造半導(dǎo)體激光器的輸出 光束，將其聚焦為極小的對(duì)稱光點(diǎn)的光束處理器，屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
根據(jù)光學(xué)不變量原理，一個(gè)光束的線度_發(fā)散度乘積(SDP)在光學(xué)系統(tǒng)中是不變 的。眾所周知，側(cè)面輻射的半導(dǎo)體激光器的光束性質(zhì)在橫向(平行于PN結(jié)或量子阱的方向) 和豎向(垂直于PN結(jié)或量子阱的方向)兩個(gè)方向上的線度-發(fā)散度乘積很不對(duì)稱。正是 由于這種不對(duì)稱，使得半導(dǎo)體激光器的輸出光束無(wú)法聚焦成有用的光點(diǎn)，因此在許多極有 前途而且比其它種類(lèi)的激光器都優(yōu)越得多的應(yīng)用領(lǐng)域無(wú)法發(fā)揮作用。由于半導(dǎo)體激光器的這種特性以及由此造成的應(yīng)用上的局限都源于基本的物理 定律，所以克服半導(dǎo)體激光器局限性的努力就只能放在后續(xù)的光束處理上。為此，人們先后 發(fā)展出了多種光束處理技術(shù)。例如本發(fā)明人在2002年設(shè)計(jì)的光束分配裝置(參見(jiàn)中國(guó)實(shí) 用新型專利ZL02253490. 3,2003年8月13日授權(quán)公告)就是其中之一。該光束分配裝置包括可發(fā)射沿單個(gè)光束橫截面的橫向方向排列展開(kāi)的一組光束 的發(fā)光裝置以及若干個(gè)屋脊反射器。屋脊反射器為兩面相互交叉的平面反射鏡，其交叉處 為屋脊，兩面平面反射鏡之間的夾角為45°的整數(shù)倍，且不大于90° ；屋脊反射器沿光束的 橫向方向平行排列，其開(kāi)口正對(duì)光束組入射方向，屋脊反射器固定在一個(gè)板塊上，板塊底座 上裝有萬(wàn)向節(jié)；夾角為90°的屋脊反射器的屋脊繞光束入射方向旋轉(zhuǎn)45° ；屋脊反射器的 開(kāi)口寬度不小于到達(dá)開(kāi)口處的入射光束的橫向線度。利用該光束分配裝置，屋脊反射器反射回來(lái)的每一個(gè)光束都已繞其傳播方向旋轉(zhuǎn) 了 90°。這樣，被反射回來(lái)的光束組的橫向SDP和豎向SDP得以調(diào)整，從而有可能被聚焦成 為極小的對(duì)稱的光點(diǎn)。但是被反射的光束組不能沿原路返回，因?yàn)檫@樣它就會(huì)回到半導(dǎo)體 激光器。被反射的光束組的傳播方向必須離開(kāi)入射光束組的傳播方向。為此，將屋脊反射 器繞X軸旋轉(zhuǎn)了 45°，沿Z方向傳播的入射光被屋脊反射器反射后，將繞X軸旋轉(zhuǎn)90°，在 Y軸方向傳播，這樣后續(xù)的光學(xué)處理可以在新的空間方向上進(jìn)行，不再受阻。但與此同時(shí)，反 射后的光束組還繞Z軸旋轉(zhuǎn)了 45°，這樣就在相鄰光束間引進(jìn)了光程差。為了解決這一問(wèn) 題，聚焦光束組的光學(xué)系統(tǒng)必須采取相應(yīng)的措施。采取這類(lèi)措施無(wú)疑將增加光學(xué)系統(tǒng)的實(shí) 施成本和實(shí)現(xiàn)難度。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種用于聚焦半導(dǎo)體激光器輸出光束 的光束處理器。該光束處理器在上述光束分配裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行了巧妙的改造，從根本上 避免了在反射光束組的相鄰光束之間引進(jìn)光程差。為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型采用下述的技術(shù)方案一種用于聚焦半導(dǎo)體激光器輸出光束的光束處理器，包括兩個(gè)偏振光束分離器和
3兩個(gè)屋脊反射器列陣，所述屋脊反射器列陣包括至少兩個(gè)相互平行排列、具有同一開(kāi)口方 向的屋脊反射器，所述屋脊反射器為兩面相互交叉的平面反射鏡，其交叉處為屋脊，所述屋 脊與所述開(kāi)口方向的夾角為45°，其特征在于所述偏振光束分離器包括四個(gè)通光面，其中兩個(gè)通光面是光的出入面，另兩個(gè)通 光面是光的處理面；兩個(gè)所述屋脊反射器列陣分別放置在正對(duì)從第一偏振光束分離器出射的P偏振 光束組和s偏振光束組的方向上，第二偏振光束分離器與所述第一偏振光束分離器平行放置。其中，所述偏振光束分離器為平行六面體，由兩個(gè)棱鏡組成；所述棱鏡的一個(gè)面為 分光面(也稱結(jié)合面)，兩個(gè)棱鏡沿分光面互相結(jié)合在一起。所述光束處理器還包括第三偏振光束分離器，所述第三偏振光束分離器分別接收 來(lái)自兩個(gè)偏振光束分離器的S偏振光束組和P偏振光束組。所述偏振光束分離器和屋脊反射器列陣做成一體，所述偏振光束分離器中的光的 處理面是所述屋脊反射器列陣。所述偏振光束分離器的一個(gè)作為光的出入面使用的通光面是柱面；或者，所述偏 振光束分離器的一個(gè)作為光的出入面使用的通光面是雙柱面；或者，所述偏振光束分離器 的一個(gè)作為光的出入面使用的通光面是球面。所述偏振光束分離器的分光面由相間的兩組小平面組成，其中一組小平面與通光 面的夾角是45°。由兩個(gè)偏振光束分離器集成為一個(gè)偏振光束分離器，集成后的偏振光束分離器有 兩個(gè)互相平行或者互相垂直的分光面。或者，由三個(gè)偏振光束分離器集成為一個(gè)偏振光束 分離器，集成后的偏振光束分離器有三個(gè)分光面，其中一個(gè)分光面為公共分光面，另外兩個(gè) 分光面中，一個(gè)和公共分光面平行，另一個(gè)和公共分光面垂直。本光束處理器的基本單元是一個(gè)偏振光束分離器和一個(gè)屋脊反射器列陣。光束處 理器由兩個(gè)基本單元組成，兩個(gè)基本單元分別用以處理不同偏振狀態(tài)的光束。兩個(gè)基本單 元共用一個(gè)偏振光束分離器。光束射入偏振光束分離器以后，在分光面上被分解成為偏振方向互相垂直的兩部 分，分別送往對(duì)應(yīng)的屋脊反射器列陣，在那里被垂直地反射，反射后每一個(gè)光束都繞前進(jìn)方 向旋轉(zhuǎn)了 90°，相對(duì)于偏振光束分離器的偏振狀態(tài)因而被改變，然后返回偏振光束分離器， 在分光面上被疊加成為一個(gè)新的光束，從偏振光束分離器中出射。出射方向不同于入射方 向。如果入射的是光束組，由于每一個(gè)光束都在屋脊反射器列陣上被反射及旋轉(zhuǎn)了 90°，反射以后的光束組的橫向SDP和豎向SDP都已被改變，成為可以被聚焦成為小光點(diǎn)的 光束組。值得指出的是，光束處理器的基本組成部分可以處理任何偏振狀態(tài)的光束，甚至 非偏振的光束。為獲得高功率的輸出，可將偏振方向互相垂直的兩組入射光束組在進(jìn)入光束處理 器之前先由另一偏振光束分離器處理，將它們疊加成為傳播方向相同，偏振方向互相垂直 的兩個(gè)光束組，然后一同進(jìn)入光束處理器的基本組成部分，進(jìn)行如上所述的處理。再進(jìn)一步，在一個(gè)偏振方向上的光束組還可以有多組，例如從疊加的半導(dǎo)體激光條輻射的多組光 束，先將兩個(gè)偏振方向互相垂直的多組入射光束組分別從兩個(gè)方向送入另一偏振光束分離 器，疊加在一起以后再送入光束處理器的基本組成部分進(jìn)行處理，可以達(dá)到極高的功率輸 出。如果將其聚焦，被聚焦的小光點(diǎn)上的功率密度可達(dá)到極高的數(shù)值。偏振光束分離器的斜面和六面體的六個(gè)面有各種不同的設(shè)計(jì)，使偏振光束分離器 還能具備許多其它功能，例如對(duì)光束進(jìn)行準(zhǔn)直，聚焦和壓縮。兩個(gè)甚至三個(gè)偏振光束分離器 還能結(jié)合在一起，做成集成的光學(xué)元件。進(jìn)而，還可以將屋脊反射器結(jié)合到偏振光束分離器 上，成為集多種功能于一體的高度集成的光學(xué)元件。一個(gè)這樣的元件的功能不僅是光束處 理器，而且還包括對(duì)光束快軸和慢軸兩個(gè)方向的準(zhǔn)直。這樣，光束處理工作變得非常簡(jiǎn)單， 相當(dāng)于快軸方向的準(zhǔn)直。由于高度集成，最大限度地減少了分立光學(xué)元件的數(shù)目，由此做成 的半導(dǎo)體激光器件將會(huì)非?？煽亢头€(wěn)定。本光束處理器還包括重新設(shè)計(jì)的偏振光束分離器。按照新的設(shè)計(jì)，偏振光束分離 器的兩個(gè)棱鏡的結(jié)合斜面不再是一個(gè)平面，而是由相間的兩組小平面組成，但是其中一組 小平面與通光面的夾角不再是45°，而另一組小平面與通光面的夾角仍是45°。新設(shè)計(jì)的 偏振光束分離器的入射面和出射面的寬度因而可以做得很不相等，例如入射面很寬而出射 面很窄。很寬的入射面適合于接收細(xì)光束寬間距的入射光束組(這是高功率半導(dǎo)體激光器 輸出光束組)；很窄的出射面適合于輸出窄間距的出射光束組。光束間的間距被壓縮，這也 有利于聚焦。本光束處理器在光束分配裝置的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了一系列相關(guān)的光學(xué)設(shè)計(jì)，使之能滿 足應(yīng)用領(lǐng)域的各項(xiàng)要求，比現(xiàn)有的市場(chǎng)產(chǎn)品更簡(jiǎn)便實(shí)用，便于進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。本光束處理器 不僅可以從根本上避免出現(xiàn)光程差，而且還可進(jìn)一步調(diào)整光束組的橫向SDP和豎向SDP，為 產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了滿足各種目的的不同選擇。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1所示為本實(shí)用新型所述的光束處理器的基本單元，包括一個(gè)偏振光束分離器 (5，6)，一個(gè)屋脊反射器列陣7以及一組P偏振的入射光束1。圖2所示為光束處理器的基本單元的另一實(shí)施例，包括一個(gè)偏振光束分離器(5， 6)，一個(gè)屋脊反射器列陣12，所不同的是有一組S偏振的入射光束8。圖3所示為本實(shí)用新型所述的光束處理器的基本組成部分，即一個(gè)偏振光束分離 器(5，6)和兩個(gè)屋脊反射器列陣7和12。圖4所示為本實(shí)用新型所述的光束處理器，包括基本組成部分和一個(gè)附加的偏振 光束分離器(15，16)。圖5所示為兩個(gè)光束處理器的基本組成部分和一個(gè)附加的偏振光束分離器(15， 16)。這兩個(gè)光束處理器的基本組成部分一個(gè)是7和(5，6)，另一個(gè)是12和(5A，6A)。圖6所示為集成的偏振光束分離器和屋脊反射器列陣。圖7所示為集成的光束處理器的基本組成部分。圖8所示為偏振光束分離器的衍生例之一。圖9所示為偏振光束分離器的衍生例之二。[0035]
圖10所示為對(duì)圖6或圖8的衍生例之一，偏振光束分離器(5，6)的一對(duì)透射相關(guān) 的通光面分別演變?yōu)槲菁狗瓷淦髁嘘嚭椭妗?br> 圖11所示為對(duì)圖6的衍生例之二，偏振光束分離器(5，6)的一對(duì)反射相關(guān)的通光 面分別演變?yōu)槲菁狗瓷淦髁嘘嚭椭妗?br> 圖12所示為對(duì)
圖10或
圖11的又一衍生例，其中與屋脊反射器列陣反射相關(guān)和透 射相關(guān)的兩個(gè)通光面都演變?yōu)橹妗?br> 圖13所示為集成在一起的光束處理器的基本組成部分，兩個(gè)光的出入面演變?yōu)?柱面，兩個(gè)光的處理面演變?yōu)槲菁狗瓷淦髁嘘嚒?br> 圖14所示為新設(shè)計(jì)的偏振光束分離器的一個(gè)變化了的棱鏡(小平面棱鏡)。
圖15所示為采用小平面棱鏡組成的小平面偏振光束分離器的應(yīng)用實(shí)施例之一。
圖16所示為45°小平面偏振光束分離器的衍生例之一，其中一個(gè)光的出入面演 變?yōu)橹妗?br> 圖17所示為45°小平面偏振光束分離器的衍生例之二，其中另一個(gè)光的出入面 演變?yōu)橹妗?br> 圖18所示為采用小平面棱鏡組成的45°小平面偏振光束分離器的應(yīng)用實(shí)施例之 二，其中兩個(gè)光的出入面都演變?yōu)橹妗?br> 圖19所示為合并在一起的兩個(gè)偏振光束分離器，其中兩個(gè)分光面互相平行。圖20所示為合并在一起的兩個(gè)偏振光束分離器，其中兩個(gè)分光面互相垂直。圖21所示為合并在一起的三個(gè)偏振光束分離器。其中集成以后的偏振光束分離 器有三個(gè)分光面，一個(gè)分光面為公共分光面；另外兩個(gè)分光面中的一個(gè)和公共分光面平行， 另一個(gè)和公共分光面垂直。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型所提供的光束處理器是在專利號(hào)為ZL 02253490. 3的光束分配裝置 基礎(chǔ)上的進(jìn)一步發(fā)展。該光束處理器補(bǔ)充了一系列相關(guān)的光學(xué)設(shè)計(jì)，從根本上避免了在反 射光束組的相鄰光束之間引進(jìn)光程差。
圖1所示為本光束處理器的基本單元的一個(gè)實(shí)施例。該光束處理器包括一個(gè)偏振 光束分離器和一個(gè)屋脊反射器列陣7。偏振光束分離器由兩個(gè)棱鏡5和6組成(以下簡(jiǎn)記 為5，6)，棱鏡的一個(gè)面為結(jié)合面24，兩個(gè)棱鏡沿結(jié)合面互相結(jié)合在一起組成偏振光束分離 器，如前所述，結(jié)合面24按其功能也可以稱呼是分光面。偏振光束分離器是一個(gè)六面體。 面對(duì)分光面的四個(gè)側(cè)面為通光面A、B、C、D，這四個(gè)通光面可分為兩組，A、B為一組，C、D為 另一組。屋脊反射器列陣包括至少兩個(gè)相互平行排列、具有同一開(kāi)口方向的屋脊反射器，屋 脊反射器為兩面相互交叉的平面反射鏡，其交叉處為屋脊。兩個(gè)平面反射鏡之間的夾角為 90°左右，屋脊與開(kāi)口方向的夾角為45°左右。在使用時(shí)，一組通光面的功能是光的出入面，而另一組通光面的功能是光的處理 面。它們的功能可以互換。來(lái)自發(fā)光源的入射光束組1在到達(dá)偏振光束分離器的分光面之 前先透過(guò)的通光面A是光的出入面，從偏振光束分離器的分光面送往屋脊反射器列陣的光 所透過(guò)的通光面C是光的處理面，被屋脊反射器列陣處理過(guò)后返回偏振光束分離器的光通 過(guò)的還是這個(gè)光的處理面，光在返回偏振光束分離器以后再由分光面送出偏振光束分離器時(shí)所透過(guò)的通光面B也是光的出入面。無(wú)論是光的出入面還是光的處理面，它們都垂直于 出入偏振光束分離器的光束。此外，這四個(gè)通光面還兩兩相關(guān)A、C兩個(gè)通光面透射相關(guān)， B、D兩個(gè)通光面透射相關(guān)；A、D兩個(gè)通光面反射相關(guān)，B、C兩個(gè)通光面反射相關(guān)。在本實(shí)施 例中，A和B這組通光面是光的出入面，通光面C是光的處理面。如
圖1所示，入射光束組1的前進(jìn)方向由光束上的箭頭指示，偏振方向由光束上的 短線指示，對(duì)于偏振光束分離器(5，6)，入射光束組1是P偏振光，它進(jìn)入偏振光束分離器后 穿過(guò)分光面而出，成為光束組2，然后射向屋脊反射器列陣7，在那里被反射，反射以后沿原 路逆向返回，成為光束組3，第二次進(jìn)入偏振光束分離器(5，6)。由于每一個(gè)光束都在反射 過(guò)程中繞前進(jìn)方向旋轉(zhuǎn)了 90°，不僅完成了對(duì)光束組橫向SDP和豎向SDP的改造。而且反 射后的光束組3第二次進(jìn)入偏振光束分離器時(shí)成了 S偏振光束，在分光面上被反射出去，被 成功地分離出來(lái)，成為出射光束組4。圖2所示為光束處理器的基本單元的另一實(shí)施例。光束組8的前進(jìn)方向由光束上 的箭頭指示，偏振方向由光束上的短線所示，對(duì)于偏振光束分離器，它是S偏振，進(jìn)入偏振 光束分離器后被分光面反射而出，成為光束組9，然后射向屋脊反射器列陣12，在那里被反 射。反射以后沿原路逆向返回，成為光束組10，第二次進(jìn)入偏振光束分離器。由于每一個(gè)光 束都在反射過(guò)程中繞前進(jìn)方向旋轉(zhuǎn)了 90°，反射后的光束組10第二次進(jìn)入偏振光束分離 器時(shí)成了 P偏振光束，它穿過(guò)分光面而出，被成功地分離出來(lái)，成為出射光束組11。在這個(gè) 實(shí)施例中，A和B這組通光面是光的出入面，通光面D是光的處理面。應(yīng)當(dāng)指出，
圖1和圖2的區(qū)別不在于基本單元的構(gòu)成，而在于入射光束組的偏振狀 態(tài)不同，光束處理器的基本單元構(gòu)成是一樣的。如果在
圖1中把出射光束組4作為入射光 束組反方向入射到偏振光束分離器，那么隨后的過(guò)程就是前述過(guò)程的逆過(guò)程，入射光束組1 成了出射光束組；
圖1成了圖2。偏振光束分離器也可以由一個(gè)棱鏡組成，該棱鏡中用作結(jié)合面的那個(gè)面經(jīng)光學(xué)技 術(shù)處理后，其光學(xué)功能相當(dāng)于兩個(gè)棱鏡組成的偏振光束分離器的分光面。另外，偏振光束分 離器還可以是一個(gè)經(jīng)過(guò)光學(xué)技術(shù)處理后按一定角度安放的薄平面，其光學(xué)功能相當(dāng)于分光圖3所示為本實(shí)用新型所述的光束處理器的基本組成，它包括兩個(gè)基本單元，但 共用一個(gè)偏振光束分離器。圖中的入射光束組1+8可以是任何偏振狀態(tài)的光束組，甚至是 非偏振的入射光束組。偏振光束分離器將入射光束組中的S和P偏振的成份分解以后分別 送到相應(yīng)的屋脊反射器列陣12和7，光束在那里被反射并繞前進(jìn)方向旋轉(zhuǎn)了 90°以后再沿 原路逆向返回偏振光束分離器，分別變成了 P和S偏振，在偏振光束分離器的分光面上分別 透過(guò)和反射。這樣，經(jīng)過(guò)處理的光束組被成功地合并而且從入射光束組分離出來(lái)，成為出射 光束組4+11。無(wú)論入射光束組的偏振狀態(tài)如何，輸出的總是疊加在一起的兩組偏振狀態(tài)互 相垂直的經(jīng)過(guò)處理的光束組。在這個(gè)實(shí)施例中，A和B這組通光面是光的出入面，C和D這 組通光面是光的處理面。在這個(gè)實(shí)施例中還可以看到，光的出入面和光的處理面是相關(guān)的。 例如，光的出入面A和光的處理面C以及D都是相關(guān)的，但又各不相同，光的出入面A和光 的處理面C是透射相關(guān)，而光的出入面A和光的處理面D是反射相關(guān)。同理，光的出入面B 和光的處理面D是透射相關(guān)，而光的出入面B和光的處理面C是反射相關(guān)。圖4所示為本實(shí)用新型所述的光束處理器，包括基本組成部分和一個(gè)附加的偏振光束分離器。該偏振光束分離器由兩個(gè)棱鏡15和16組成，簡(jiǎn)記為(15，16)。圖4中的13' 是在X方向疊加的幾組P偏振光束組，14'是在Z方向疊加的幾組S偏振光束組，它們?cè)诟?加的偏振光束分離器中匯合，在分光面分別被透過(guò)和反射，疊加以后一同進(jìn)入光束處理器 的基本組成部分，隨后的處理過(guò)程如圖3所述。出射的光束組4' +11'的橫向SDP和豎向 SDP已經(jīng)被改造，可由光學(xué)系統(tǒng)聚焦成為小光點(diǎn)。由于該小光點(diǎn)上集中了數(shù)組光束組的功 率，其功率密度極高。附加的偏振光束分離器的作用是將更多的光束組加入到光束處理器基本組成部 分進(jìn)行處理。圖5所示為兩個(gè)光束處理器的基本組成單元和一個(gè)附加的偏振光束分離器。圖5 中的偏振光束分離器(5A，6A)和屋脊反射器列陣12組成的基本單元用于處理入射的S偏 振光束組8。而偏振光束分離器和屋脊反射器列陣7組成的基本單元?jiǎng)t用于處理入射的P 偏振光束組1。對(duì)于附加的偏振光束分離器(由光學(xué)器件15和16組成，簡(jiǎn)記為15，16)，經(jīng) 由這兩個(gè)基本單元處理過(guò)的輸出光束組分別成了 P偏振和S偏振狀態(tài)。它們分別進(jìn)入附加 的偏振光束分離器，分別在分光面被透過(guò)和反射，一同出射，成為出射光束組4+11。圖5所示的實(shí)施例和圖4所示的實(shí)施例的目的都是把偏振狀態(tài)不同互相垂直的兩 組光束送入光束處理器單元進(jìn)行處理并變成在橫向和豎向的SDP都已被改造過(guò)的光束組 輸出，不同之處在于圖4所示的是先把偏振狀態(tài)不同的兩組光束合并，然后一同送入如圖3 所示的光束處理器的基本組成部分進(jìn)行處理，變成在橫向和豎向的SDP都已被改造過(guò)的光 束組輸出。而圖5所示的則是先把偏振狀態(tài)不同的兩組光束分別送往各自的光束處理器單 元，變成在橫向和豎向的SDP均已被改造過(guò)的兩組光束組，然后將它們送入一個(gè)附加的偏 振光束分離器，兩組光束組合并以后一同輸出。圖6所示為集成的偏振光束分離器和屋脊反射器列陣7。它的功能相當(dāng)于一個(gè)如
圖1所示的光束處理器單元。
圖1中的半個(gè)偏振光束分離器6和屋脊反射器列陣7合二而 一，成為17?；蛘哒f(shuō)，一個(gè)光的處理面演變?yōu)槲菁狗瓷淦髁嘘嚒９馐M在屋脊反射器列陣上 的反射是內(nèi)反射而不是外反射。這反射既可以由內(nèi)全反射來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)在屋脊反射 器列陣上鍍反射膜來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖7所示為集成的光束處理器的基本組成部分，相當(dāng)于圖3所示。不同之處在于 偏振光束分離器和兩個(gè)屋脊反射器列陣結(jié)合在一起，或者說(shuō)，兩個(gè)光的處理面都演變?yōu)槲?脊反射器列陣。光束組在屋脊反射器列陣上的反射是內(nèi)反射而不是外反射。圖8所示為偏振光束分離器的衍生例之一。偏振光束分離器的四個(gè)通光面之一演 變成了柱面，即在XZ平面的曲率沿Y軸不變的曲面，成為新型的偏振光束分離器(由光學(xué) 器件5和20組成，簡(jiǎn)記為5，20)?；蛘哒f(shuō)，一個(gè)光的出入面演變?yōu)橹?。通過(guò)柱面進(jìn)入或離 開(kāi)的光束在本圖中的X方向的發(fā)散可被處理，或準(zhǔn)直，或聚焦。圖9所示為偏振光束分離器的衍生例之二。偏振光束分離器的四個(gè)通光面之一演 變成了雙柱面，即在XZ平面的曲率沿Y軸不變，在YZ平面的曲率沿X軸也不變的曲面，成 了雙柱面偏振光束分離器(由光學(xué)器件5和21組成，簡(jiǎn)記為5，21)。或者說(shuō)，一個(gè)光的出 入面演變?yōu)殡p柱面。如果兩個(gè)曲率相等，該曲面是球面。如果用它替代
圖1至圖4中的偏 振光束分離器，而且入射光束組18來(lái)自半導(dǎo)體激光器，則離開(kāi)它的出射光束組4+11不但在 慢軸方向該圖Z方向的發(fā)散被準(zhǔn)直，而且還在該圖Y方向被聚焦。如果用它替代圖5中的偏振光束分離器(15，16)，而且入射光束組18來(lái)自半導(dǎo)體激光器，則離開(kāi)它的出射光束組 4+11不但在慢軸方向該圖Z方向的發(fā)散被準(zhǔn)直，而且還在該圖Y方向被聚焦。
圖10所示為對(duì)圖6或圖8的衍生例之一。在這里，一個(gè)光的處理面演變?yōu)槲菁狗?射器列陣，與之透射相關(guān)的光的出入面演變成了柱面。它的功能相當(dāng)于一個(gè)光束處理器單 元加一個(gè)柱面鏡。如果用
圖10所示的光學(xué)器件(20，17)來(lái)取代
圖1中的偏振光束分離器 和屋脊反射器列陣7，并且入射光束組1來(lái)自半導(dǎo)體激光器，這個(gè)柱面形成的柱面鏡就是對(duì) 入射光束組1的快軸發(fā)散的準(zhǔn)直柱面透鏡。同樣，如果用
圖10所示的光學(xué)器件(20，17)來(lái) 取代圖2中的偏振光束分離器和屋脊反射器列陣12，并且入射光束組8來(lái)自半導(dǎo)體激光器， 這個(gè)柱面形成的柱面鏡就是對(duì)出射光束組11的慢軸發(fā)散的準(zhǔn)直或聚焦的柱面透鏡
圖11所示為對(duì)圖6或圖8的衍生例之二。在這里，一個(gè)光的處理面演變?yōu)槲菁狗?射器列陣，與之反射相關(guān)的光的出入面演變成了柱面。它的功能也相當(dāng)于一個(gè)光束處理器 單元加一個(gè)柱面透鏡，但這個(gè)柱面鏡的放置位置和
圖10所示不一樣。如果用
圖11所示的 光學(xué)器件(5，21)來(lái)取代
圖1中的偏振光束分離器和屋脊反射器列陣7，并且入射光束組1 來(lái)自半導(dǎo)體激光器，這個(gè)柱面形成的柱面透鏡就是對(duì)出射光束組4的慢軸發(fā)散的準(zhǔn)直或聚 焦柱面透鏡。同樣，如果用
圖11所示的光學(xué)器件(20，17)來(lái)取代圖2中的偏振光束分離器 和屋脊反射器列陣12，并且入射光束組1來(lái)自半導(dǎo)體激光器，這個(gè)柱面形成的柱面透鏡就 是對(duì)入射光束組8的快軸發(fā)散的準(zhǔn)直柱面透鏡。
圖12所示為對(duì)
圖10或
圖11的演變。在這里，一個(gè)光的處理面演變?yōu)槲菁狗瓷淦?列陣，與之透射相關(guān)和反射相關(guān)的兩個(gè)光的出入面都演變成了柱面。如果用
圖12所示的光 學(xué)器件(20，21)來(lái)取代
圖1和圖2中的光束處理器單元，并且入射光束組1來(lái)自半導(dǎo)體激 光器，這兩個(gè)柱面形成的柱面透鏡分別是對(duì)入射光束組1的快軸發(fā)散的準(zhǔn)直的柱面透鏡和 對(duì)出射光束組4的慢軸發(fā)散的準(zhǔn)直或聚焦的柱面透鏡。
圖13所示為對(duì)
圖12的演變。在這里，兩個(gè)光的處理面都演變?yōu)槲菁狗瓷淦髁嘘嚕?同時(shí)兩個(gè)光的出入面都演變成了柱面。也可以看成是集成在一起的光束處理器的基本組成 部分和兩個(gè)柱面透鏡。它不僅具備圖3所示的光束處理器的基本組成的功能，而且還具備 對(duì)入射光束組1的快軸發(fā)散和對(duì)出射光束組4的慢軸發(fā)散的準(zhǔn)直或聚焦的功能。
圖14所示為新設(shè)計(jì)的偏振光束分離器的一個(gè)演變了的棱鏡小平面棱鏡，結(jié)合面 不再是一個(gè)平面，而是由相間的兩組小平面25組成，但是其中一組小平面與通光面的夾角 不再是45°，而另一組小平面與通光面的夾角仍是45°。
圖15所示為采用小平面棱鏡組成的小平面偏振光束分離器的應(yīng)用實(shí)施例之一。 類(lèi)似于圖3和圖7所示，是本實(shí)用新型所述的光束處理器的基本組成的演變，由一個(gè)小平面 偏振光束分離器和兩個(gè)周期不相同的屋脊反射器列陣組成。每個(gè)屋脊反射器列陣上的屋脊 反射器的排列周期等于45°小平面棱鏡在每個(gè)屋脊反射器列陣上投影的周期。所以從每個(gè) 45°小平面上透射和反射的光束都落在相應(yīng)的屋脊反射器上；而且每個(gè)屋脊反射器上反射 的光束都回落在相應(yīng)的小平面上。同樣，它可以處理任何偏振狀態(tài)的入射光束組1，甚至非偏振光.入射光束組1+8 的P偏振部分8透過(guò)小平面偏振光束分離器(22，23)到達(dá)屋脊反射器列陣7，在那里被反射 并且每個(gè)光束都繞前進(jìn)方向旋轉(zhuǎn)了 90°，然后沿原路逆向返回，第二次進(jìn)入45°小平面偏 振光束分離器，成了 S偏振光，在結(jié)合面的45°小反射面上被反射，由側(cè)面射出，成為光束
9組11。而入射光束組1+8的S偏振部分1進(jìn)入小平面偏振光束分離器(22，23)以后，在結(jié) 合面的45°小反射面上被反射，到達(dá)屋脊反射器列陣12，在那里被反射，每個(gè)光束都繞前 進(jìn)方向旋轉(zhuǎn)了 90°，再沿原路逆向返回，第二次進(jìn)入45°小平面偏振光束分離器，成了 P偏 振光，透過(guò)小平面偏振光束分離器(22，23)，由側(cè)面射出，成為光束組4。注意，出射光束組 4+11的寬度d小于入射光束組1+8的寬度L，L/d = tg(O)，換句話說(shuō)，入射光束組的寬度 被壓縮了。這種壓縮有利于對(duì)光束組的聚焦。
圖16和
圖17所示為45°小平面偏振光束分離器的演變。四個(gè)通光面之一做成了 柱面，類(lèi)似圖8所示。其功能也類(lèi)似。
圖18所示為采用小平面棱鏡組成的45°小平面偏振光束分離器的應(yīng)用實(shí)施例之 二，其光路和
圖13完全一樣，只是偏振光束分離器的結(jié)合斜面不再是一個(gè)平面，而是由相 間的兩組小平面組成，而且屋脊反射器列陣和偏振光束分離器是兩個(gè)分離的元件。其光路 類(lèi)似于
圖15，但45°小平面偏振光束分離器的兩個(gè)相鄰的側(cè)面都做成了柱面。如果入射光 束組來(lái)自半導(dǎo)體激光器，一個(gè)柱面將入射光束組1+8在快軸方向準(zhǔn)直，另一個(gè)柱面將經(jīng)過(guò) 處理的出射光束組4+11在慢軸方向準(zhǔn)直或聚焦。還可以進(jìn)一步集成，即把屋脊反射器列陣7和演變了的45°小平面偏振光束分離 器23A做成一體，把另一屋脊反射器列陣12和演變了的45°小平面偏振光束分離器22A也 做成一體。這樣一來(lái)，光束處理器的全部功能，外加對(duì)入射光束組的快軸和慢軸方向的發(fā)散 的準(zhǔn)直，都可由一個(gè)器件來(lái)完成。
圖19所示為合并在一起的兩個(gè)偏振光束分離器，兩個(gè)結(jié)合面26和26’互相平行。 如果用它來(lái)取代圖4中的兩個(gè)偏振光束分離器(15，16)和(5，6)，可以省去16和5這兩個(gè) 相對(duì)的通光面。也可以用它來(lái)取代圖4中的兩個(gè)偏振光束分離器(15，16)和(5A，6A)，可以 省去15和6A這兩個(gè)相對(duì)的通光面。圖20所示為合并在一起的兩個(gè)偏振光束分離器，兩個(gè)結(jié)合面27和27’互相垂直。 如果用它來(lái)取代圖5中的兩個(gè)偏振光束分離器(15，16)和(5，6)，可以省去16和6這兩個(gè) 相對(duì)的通光面。圖21所示為合并在一起的三個(gè)偏振光束分離器。集成以后的偏振光束分離器有 三個(gè)分光面，其中一個(gè)分光面為公共分光面28，另外兩個(gè)分光面一個(gè)(圖中標(biāo)號(hào)為29)和公 共分光面平行，另一個(gè)(圖中標(biāo)號(hào)為30)和公共分光面垂直。如果用它來(lái)取代圖5中的三 個(gè)偏振光束分離器(5A，6A)、(15，16)和(5，6)，可以省去6々和15這兩個(gè)相對(duì)的通光面以 及16和6這兩個(gè)相對(duì)的通光面。需要聲明的是，本實(shí)用新型的特定實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容做了詳盡 的說(shuō)明。對(duì)本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言，在不背離本實(shí)用新型精神的前提下對(duì)它所做的任 何顯而易見(jiàn)的改動(dòng)，特別是對(duì)若干部件的等同替換，都構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型專利權(quán)的侵犯，將 承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
權(quán)利要求一種用于聚焦半導(dǎo)體激光器輸出光束的光束處理器，包括兩個(gè)偏振光束分離器和兩個(gè)屋脊反射器列陣，所述屋脊反射器列陣包括至少兩個(gè)相互平行排列、具有同一開(kāi)口方向的屋脊反射器，所述屋脊反射器為兩面相互交叉的平面反射鏡，其交叉處為屋脊，所述屋脊與所述開(kāi)口方向的夾角為45°，其特征在于所述偏振光束分離器包括四個(gè)通光面，其中兩個(gè)通光面是光的出入面，另兩個(gè)通光面是光的處理面；兩個(gè)所述屋脊反射器列陣分別放置在正對(duì)從第一偏振光束分離器出射的P偏振光束組和S偏振光束組的方向上，第二偏振光束分離器與所述第一偏振光束分離器平行放置。
2.如權(quán)利要求1所述的光束處理器，其特征在于所述偏振光束分離器為平行六面體，由兩個(gè)棱鏡組成；所述棱鏡的一個(gè)面為分光面，兩 個(gè)棱鏡沿分光面互相結(jié)合在一起。
3.如權(quán)利要求1所述的光束處理器，其特征在于所述光束處理器還包括第三偏振光束分離器，所述第三偏振光束分離器分別接收來(lái)自 兩個(gè)偏振光束分離器的S偏振光束組和P偏振光束組。
4.如權(quán)利要求1所述的光束處理器，其特征在于所述偏振光束分離器和屋脊反射器列陣做成一體，所述偏振光束分離器中的光的處理 面是所述屋脊反射器列陣。
5.如權(quán)利要求1所述的光束處理器，其特征在于所述偏振光束分離器的一個(gè)作為光的出入面使用的通光面是柱面。
6.如權(quán)利要求1所述的光束處理器，其特征在于所述偏振光束分離器的一個(gè)作為光的出入面使用的通光面是雙柱面。
7.如權(quán)利要求1所述的光束處理器，其特征在于所述偏振光束分離器的一個(gè)作為光的出入面使用的通光面是球面。
8.如權(quán)利要求2所述的光束處理器，其特征在于所述偏振光束分離器的分光面由相間的兩組小平面組成，其中一組小平面與通光面的 夾角是45°。
9.如權(quán)利要求2所述的光束處理器，其特征在于由兩個(gè)偏振光束分離器集成為一個(gè)偏振光束分離器，集成后的偏振光束分離器有兩個(gè) 互相平行或者互相垂直的分光面。
10.如權(quán)利要求2所述的光束處理器，其特征在于由三個(gè)偏振光束分離器集成為一個(gè)偏振光束分離器，集成后的偏振光束分離器有三個(gè) 分光面，其中一個(gè)分光面為公共分光面，另外兩個(gè)分光面中，一個(gè)和公共分光面平行，另一 個(gè)和公共分光面垂直。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于聚焦半導(dǎo)體激光器輸出光束的光束處理器，包括兩個(gè)偏振光束分離器和兩個(gè)屋脊反射器列陣，偏振光束分離器包括四個(gè)通光面，其中兩個(gè)通光面是光的出入面，另兩個(gè)通光面是光的處理面；兩個(gè)屋脊反射器列陣分別放置在正對(duì)從第一偏振光束分離器出射的P偏振光束組和S偏振光束組的方向上，第二偏振光束分離器與第一偏振光束分離器平行放置。本光束處理器不僅可以從根本上避免出現(xiàn)光程差，而且還可進(jìn)一步調(diào)整光束組的橫向SDP和豎向SDP，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了滿足各種目的的不同選擇。
文檔編號(hào)G02B27/28GK201583732SQ20092015475
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者肖意軒 申請(qǐng)人:錢(qián)定榕