本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种基于光学阶梯分布的半导体激光器。
背景技术：
单管合束的半导体激光器，由于其效率高、可靠性好、体积小、重量轻等优点，目前已经渗透到各个学科领域并被广泛应用。
该结构激光器的排列主要采用阶梯反射镜法排列，即采用反射镜对光束进行反射后在快轴方向进行叠加，通过调整反射镜的角度和位置来调整光束的位置以及指向性误差。因此单管激光器之间需要有一定的高度差(通常0.38mm-0.4mm)，即通过机械阶梯的方法，机械加工件按照一定的高度差进行加工，再将单管激光器(通常是cos封装，简称cos)通过焊料焊接在有高度差的平面上，这样阶梯排布。
然而这种机械阶梯的分布方式存在如下的问题：随着激光器功率的提高，单元cos激光器的数量也要提升。如放置20个cos，高度差按照0.4mm计算，则最高路和最低路cos激光器之间的高度差有7.6mm。该结构半导体激光器通常为传导冷却散热，最高路以及最低路cos之间会存在温度差，半导体激光器的中心波长随温度变化较大，通常为0.3nm/℃，因此会对合束后的激光中心波长以及光谱宽度产生一定的影响，尤其是光谱宽度会加宽，影响半导体激光的使用效果。此外过大的高度差由于散热问题，也会影响高路cos的寿命，增加了cos失效的概率。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供一种基于光学阶梯分布的半导体激光器。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种基于光学阶梯分布的半导体激光器，包括第一反射镜和多个激光器单元；所述激光器单元包括单管激光器、快轴准直镜、慢轴准直镜和第二反射镜，所述单管激光器发出的光束通过快轴准直镜准直、慢轴准直镜准直、第二反射镜反射至第一反射镜上，经第一反射镜反射得到平行于水平面的反射光束；所有单管激光器位于同一平面上，所有第二反射镜位于同一平面上，所有第二反射镜反射的光束相互平行。
进一步的，相邻两个所述第二反射镜，远离第一反射镜的第二反射镜所反射的光束经过临近第一反射镜的第二反射镜的上方传输至第一反射镜。
进一步的，所述半导体激光器还包括聚焦镜和光纤，第一反射镜反射的光束能够经过聚焦镜聚焦至光纤中。
进一步的，所述单管激光器发出的光束通过快轴准直镜准直、慢轴准直镜准直后的发散角为mrad量级。
本发明的有益效果是：
本发明的一种基于光学阶梯分布的半导体激光器结构简单，无需机械阶梯结构，通过将单管激光器放置在同一平面，所有单管激光器散热一致性且散热效果好，可以更好的保证激光器的可靠性，单管激光器之间不存在寿命不一致的问题，单管激光器之间不存在温度不均的问题，有利于减小激光光谱线宽；通过改变反射镜角度形成光学阶梯实现空间合束，提高半导体激光的使用效果。而且通过光学阶梯结构实现光斑大小、光斑间距可变的激光器。
附图说明
图1为本发明的一种基于光学阶梯分布的半导体激光器的结构示意图。
图2为本发明的一种基于光学阶梯分布的半导体激光器的入射到第一反射镜上的光束示意图。
图3为本发明的一种基于光学阶梯分布的半导体激光器的第一反射镜反射的光束示意图。
图4为本发明的一种基于光学阶梯分布的半导体激光器的光路图。
图5为本发明的一种基于光学阶梯分布的半导体激光器的反射镜倾斜5°时光束图。
图6为本发明的一种基于光学阶梯分布的半导体激光器的反射镜倾斜6°时光束图。
图7为本发明的一种基于光学阶梯分布的半导体激光器的聚焦镜和光纤的位置示意图。
图中：1、单管激光器，2、快轴准直镜，3、慢轴准直镜，4、第二反射镜，5、第一反射镜，6、聚焦镜，7、光纤。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
一种基于光学阶梯分布的半导体激光器，如图1，包括第一反射镜5和多个激光器单元。激光器单元包括单管激光器1、快轴准直镜2、慢轴准直镜3和第二反射镜4，每个激光器单元中的光路传输为：单管激光器1发出的光束通过快轴准直镜2准直、慢轴准直镜3准直、第二反射镜4反射至第一反射镜5上，经第一反射镜5反射得到平行于水平面的反射光束。所有单管激光器1位于同一平面上，所有第二反射镜4位于同一平面上，所有第二反射镜4反射的光束相互平行。
单管激光器1采用cos半导体激光器，cos半导体激光器发出的光束由于快轴和慢轴发散角很大，通常快轴为40-60°，慢轴为8-12°，因此需要通过快轴准直镜2以及慢轴准直镜3分别进行发散角压缩，压缩到mrad量级。快慢轴整形后需要进行光束空间合束，传统方法是采用cos半导体激光器机械阶梯的方式，即激光器沿着快轴方向阶梯放置，这样通过机械结构形成的高度差可以使得n路激光沿着快轴方向排布(n为大于2的整数)，其中光与光的间距为机械阶梯的加工间距。通过机械阶梯cos之间存在高度差，后一路光路高于前一路光路，因此后一路光路可以从前一路光路的第二反射镜4上边缘通过，即第二反射镜4不挡光。
本发明采用光学阶梯的结构，即cos之间快轴方向没有机械高度差，n路cos均放置在同一高度的机械结构上，因此出光后通过快轴以及慢轴整形后，所有激光无高度差。通过第二反射镜4(本文又称小反射镜)以及第一反射镜5(本文又称大反射镜)通过光学阶梯的方式，实现阶梯分布的效果。不同cos之间发出的光束平行，不同第二反射镜4之间相互平行，第二反射镜4与水平面的夹角不等于90°。相邻两个第二反射镜4之间，远离第一反射镜5的第二反射镜4所反射的光束经过临近第一反射镜5的第二反射镜4的上方传输至第一反射镜5。
初始所有小反射镜沿光轴方向45度放置，使得光沿传播方向改变45度。此时cos出射的光束没有高度差，临近大反射镜的小反射镜会挡光。因此本发明中设计了光学阶梯，也就是将第二反射镜4沿着快轴方向再倾斜一个角度，使得光沿着前一路反射镜上边缘倾斜出射，入射到第一反射镜5上的合束光是倾斜的，不平行于水平面如图2所示，通过第一反射镜5将倾斜的光束调整为水平的光束，如图3。此时通过该光学阶梯的结构，在cos处于同一平面的情况下，依然可以实现空间合束。半导体激光器光路传输图如图4所示，cos发出的半导体激光快轴发散角为60°，慢轴发散角为10°，通过快轴准直镜2以及慢轴准直镜3分别进行准直，发散角可以整形到6mrad，整形后的准直光通过小反射镜反射，光路改变45度且沿着前路小反射镜的上边缘倾斜射出，实现空间合束，再通过大反射镜调整倾斜光使其平行。
对于机械阶梯，当机械间距确定后，光斑尺寸无法再进行改变。而光学阶梯的方法，理论上可以通过改变小反射镜以及大反射镜的角度，实现光斑尺寸的变化。图5为小反射镜和大反射镜相对于快轴方向的倾斜角度为5度时光束的尺寸，图6为小反射镜和大反射镜相对于快轴方向的倾斜角度为6度时光束尺寸，可以看出，沿着快轴方向和5度相比，6度时光束间距变大、尺寸变大，因此本发明的光学阶梯结构灵活性好，可以满足对不同光斑间距以及光斑尺寸的需求。其中图2、图3、图5和图6的纵轴方向均表示快轴方向，横轴方向均表示慢轴方向，纵轴和横轴均表示长度，单位为mm。
半导体激光器的第一反射镜5反射的光束可直接输出的应用，也可光纤7耦合输出，也就是半导体激光器还包括聚焦镜6和光纤7，如图7，经第一反射镜5反射得到的平行于水平面的反射光束入射到聚焦镜6上，经过聚焦镜6聚焦至光纤7中。
本发明的一种基于光学阶梯分布的半导体激光器结构简单，无需机械阶梯结构，通过将单管激光器1放置在同一平面，所有单管激光器1散热一致性且散热效果好，可以更好的保证激光器的可靠性，单管激光器1之间不存在寿命不一致的问题，单管激光器1之间不存在温度不均的问题，有利于减小激光光谱线宽；通过改变反射镜角度形成光学阶梯实现空间合束，提高半导体激光的使用效果。而且通过光学阶梯结构实现光斑大小、光斑间距可变的激光器。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种基于光学阶梯分布的半导体激光器，其特征在于，包括第一反射镜(5)和多个激光器单元；所述激光器单元包括单管激光器(1)、快轴准直镜(2)、慢轴准直镜(3)和第二反射镜(4)，所述单管激光器(1)发出的光束通过快轴准直镜(2)准直、慢轴准直镜(3)准直、第二反射镜(4)反射至第一反射镜(5)上，经第一反射镜(5)反射得到平行于水平面的反射光束；所有单管激光器(1)位于同一平面上，所有第二反射镜(4)位于同一平面上，所有第二反射镜(4)反射的光束相互平行。
2.如权利要求1所述的一种基于光学阶梯分布的半导体激光器，其特征在于，相邻两个所述第二反射镜(4)，远离第一反射镜(5)的第二反射镜(4)所反射的光束经过临近第一反射镜(5)的第二反射镜(4)的上方传输至第一反射镜(5)。
3.如权利要求1所述的一种基于光学阶梯分布的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器还包括聚焦镜(6)和光纤(7)，第一反射镜(5)反射的光束能够经过聚焦镜(6)聚焦至光纤(7)中。
4.如权利要求1所述的一种基于光学阶梯分布的半导体激光器，其特征在于，所述单管激光器(1)发出的光束通过快轴准直镜(2)准直、慢轴准直镜(3)准直后的发散角为mrad量级。
技术总结