用于对半导体激光光束整形的匀光异形透镜、匀光激光光源及光学系统的制作方法

专利名称：用于对半导体激光光束整形的匀光异形透镜、匀光激光光源及光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光光学，尤其涉及一种用于对半导体激光光束整形的匀光异形透镜、勻光激光光源及光学系统。
背景技术：
目前，半导体激光器LD作为光源所输出的光束，其截面光斑在水平和竖直两个方向上形成不同发散角，即水平方向上的水平发散角Θ //和垂直方向上的垂直发散角Θ丄，在使用时通常只是截取中心光斑，光能量损耗比较大。由于半导体激光呈高斯曲线分布，经过一般光学准直或扩束，其光斑光能量分布不均匀，影响了对半导体激光匀光场要求的领域的应用，尤其是光电检测等产品对匀光场的要求。
针对现有半导体激光光源，通常采用通用球面透镜或透镜组进行光学处理，其缺陷在于:1)普通球面透镜对半导体激光光源的处理，用于扩束，其光场匀均性差；用于准直，点光源成像质量只适用于一般标识性应用产品，达不到精密测量类仪器的应用要求。2)为了达到一定的成像效果，采用多片球面透镜组合使用，不仅光功率损耗比较大，而且难于消除像差。3)传统的球面玻璃镜片虽易于批量加工，但加工工序长，如粗磨、细磨、拋光等，工序多、材料多，成本高，且组装积累误差大，产品质量稳定性也较差。发明内容
本发明的目的一是调整半导体激光器LD的输出激光光束的发散角(即对其输出激光的光斑进行整形，这里的光斑是指激光的截面形状，也可以理解为激光束的投影)，使其发散角接近一致，为后续光学处理提供一个较高质量的激光光源，并提高光能量的利用率。
目的二是提供具有匀光和消象差性能的激光光源或模组。
目的三是提供具有匀光和消象差性能的光路系统。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于对半导体激光光束整形的匀光异形透镜，包括具有相对设置的接收所述激光射入的入射面和该激光射出的出射面，其特殊之处在于，所述入射面是半柱形曲面，出射面为非球面；且该非球面的母线两端距离大于所述半柱形曲面母线的两端距离，以确保经所述入射面射入的激光全部入射到所述出射面上。
上述入射面为向外拱起的凸面，所述出射面为向内凹陷的凹面。
上述入射面为向外拱起的凸面，所述出射面为向外拱起的凸面。
上述入射面为向内凹陷的凹面，所述出射面为向内凹陷的凹面。
上述入射面为向内凹陷的凹面,所述出射面为向外拱起的凸面。
上述的匀光异形透镜，由第一透镜和第二透镜组合而成，该第一透镜具有半柱形曲面和与该半柱形曲面相对的第一平面；该第二透镜具有非球面和与该非球面相对的第二平面，该第一平面与第二平面相对设置，该半柱形曲面与该非球面分别构成所述入射面和出射面。
上述第一透镜和第二透镜分别包含一相对的平面。
上述相对的平面彼此粘合在一起或间距不超过50mm。
一种含有上述的匀光异形透镜的匀光激光光源，包括透镜座、设置在透镜座内一端的固定用于产生激光的半导体激光器LD芯片的激光器座，其特殊之处在于，所述匀光异形透镜设置在所述半导体激光器LD芯片的光轴上，其入射面与该半导体激光器LD芯片的激光输出面之间的间距在O IOOmm范围内，该入射面的半柱形曲面的柱形直径在0.005 IOmm内，入射面的轴线与所述半导体激光器LD芯片的出射激光的水平截面或垂直截面垂直。
一种含有上述的匀光激光光源的激光扩束光路系统，包括置于激光光源与透镜或透镜组之间的扩束透镜或扩束透镜组，其特殊之处在于，所述激光光源是所述匀光激光光源；所述扩束透镜是球面或非球面扩束透镜；所述扩束透镜组是球面或非球面扩束透镜组。
一种含有上述的匀光激光光源的激光准直光路系统，包括激光光源和设置在该激光光源的出射光路上的准直透镜或准直透镜组，其特殊之处在于，所述激光光源是所述匀光激光光源，所述准直透镜是球面或非球面准直透镜；所述准直透镜组是球面或非球面准直透镜组。
一种含有上述的匀光激光光源的调焦式激光扩束模组，包括扩束模组壳体、设置在扩束模组壳体内的激光光源、滑座与变焦扩束透镜、匀光准直透镜，激光光源设置在滑座上，匀光准直透镜设置在扩束模组壳体的出光孔处，变焦扩束透镜设置在激光光源与匀光准直透镜之间，该扩束模组壳体的一侧设置有调焦轮，该调焦轮通过设置在滑座外的滑销与该滑座通过齿轮啮合，其特殊之处在于，所述激光光源是匀光激光光源，所述变焦扩束透镜为球面或非球面透镜；所述匀光准直透镜为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组。
一种含有上述的匀光激光光源的激光准直模组，包括准直模组壳体、设置于准直模组壳体内的激光光源和设置在该激光光源的出射光路上的长焦准直透镜，其特殊之处在于，所述激光光源是所述匀光激光光源；所述长焦准直透镜为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组。
一种含有上述的匀光激光光源的锥镜反射式线状光束光路系统，包括激光光源、依次设置在该激光光源的出射光路上的准直光学元器件和锥面反射镜，其特殊之处在于，所述激光光源是所述匀光激光光源；所述准直光学元器件为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组。
一种含有上述的匀光激光光源的五棱镜光路系统，包括激光光源、依次设置在该激光光源的出射光路上的准直光学元器件和五棱镜，其特殊之处在于，所述激光光源是所述匀光激光光源，所述的准直光学元器件为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组；所述五棱镜是反射式或透反式五棱镜，该反射式五棱透镜为单体五棱镜，透反式五棱透镜为胶合五棱透镜。
一种含有上述的匀光激光光源的传导式聚焦光路系统，包括激光光源、依次设置在该激光光源的出射光路上的准直光学元器件和光束传导介质，其特殊之处在于，所述激光光源是匀光激光光源；所述准直光学元器件为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组；所述光束传导介质为光纤或自聚焦透镜。
—种含有上述的勻光激光光源的高速扫描振镜光路系统,包括激光光源、依次设置在该激光光源的出射光路上的准直光学元器件和振镜，其特殊之处在于，所述激光光源是匀光激光光源；所述准直光学元器件为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组。
本发明的优点是:结构简单，制作容易，成本低廉。尤其是提供了一个对半导体激光器输出激光光束的水平发散Θ //和垂直发散角Θ丄，进行整形、匀光和消除像差处理的匀光激光光源。对激光精密测量、扫描等半导体激光应用提供了一个充分利用激光光能的、光束能量分布均匀的基础光源。适用于各种场合的激光照明探测、测量测绘、建筑装修、大地测量、光电扫描及激光医疗等领域应用产品的基础光源。能很好的实现对各种波长的半导体激光器输出激光光束发散角的调整和激光输出光能量高斯曲线分布进行均匀化调整，提高激光光能量的利用率的同时，具有很好的匀光和消象差性能。


图1是入射面为凸面，出射面为凹面的匀光异形透镜的剖面示意图。
图2是图1的立体示意图。
图3是入射面为凸面，出射面为凸面的匀光异形透镜的剖面示意图。。
图4是图3的立体示意图。
图5是入射面为凹面，出射面为凹面的匀光异形透镜的剖面示意图。图6是图5的立体示意图。
图7是入射面为凹面，出射面为凸面的匀光异形透镜的剖面示意图。
图8是图7的立体示意图。
图9是入射面为凸面的半柱形曲面、出射面为第一平面的第一透镜的剖面示意图。
图10是图9的立体示意图。
图11是入射面为凹面的半柱形曲面、出射面为第一平面的第一透镜的剖面示意图。
图12是图11的立体示意图。
图13是入射面为凸面的半柱形曲面且该半柱形曲面为半圆、出射面为第一平面的第一透镜的剖面示意图。
图14是图13的立体示意图。
图15是入射面为第二平面、出射面为非球面(凸面)的第二透镜的剖面示意图。
图16是图15的立体示意图。
图17是入射面为第二平面、出射面为非球面(凹面)的第二透镜的剖面示意图。
图18是图17的立体示意图。
图19是图13所示第一透镜与图17所示第二透镜胶合而成的组合式匀光异形透镜的剖面示意图。
图20是图19的立体示意图。
图21是图13所示第一透镜与图15所示第二透镜胶合而成的组合式匀光异形透镜的剖面示意图。
图22是图21的立体示意图。
图23是匀光激光光源的示意图。
图24是未经调整的半导体激光器LD的出射激光的发散角示意图。
图25是整形后的半导体激光器LD的出射激光的发散角示意图。
图26是沿Z方向传播的基膜高斯光束的电矢量示意图。
图27是未经调整的半导体激光器LD输出激光的垂直发散角的高斯分布曲线图。
图28是未经调整的半导体激光器LD输出激光的水平发散角的高斯分布曲线图。
图29是半导体激光光束经第一曲面或第一透镜整形后输出激光的水平发散角高斯分布示意图。
图30是半导体激光光束经第一曲面或第一透镜整形后输出激光的垂直发散角高斯分布示意图。
图31是匀光激光光源的水平发散角高斯分布曲线图。
图32是匀光激光光源的垂直发散角高斯分布曲线图。
图33是匀光激光光源的光束截面高斯分布曲线图。
图34是含有匀光激光光源的组合透镜准直的激光扩束光路系统示意图。
图35是含有匀光激光光源的单透镜准直的激光扩束光路系统示意图。
图36是含有勻光激光光源的组合透镜准直的激光准直光路系统不意图。
图37是含有匀光激光光源的单透镜准直的激光准直光路系统示意图。
图38是含有匀光激光光源的调焦式激光扩束模组示意图。
图39是含有匀光激光光源的激光准直模组示意图。
图40是含有匀光激光光源的锥镜反射式线状光束光路系统示意图。
图41是含有勻光激光光源的五棱镜反射式光路系统不意图。
图42是含有勻光激光光源的五棱镜透反式光路系统不意图。
图43是含有勻光激光光源的传导式聚焦光路系统意图。
图44是含有勻光激光光源的高速扫描振镜光路系统不意图。
图中:1、入射面；2、出射面；3、勻光激光光源；4、激光器座；5、半导体激光器LD芯片；6、匀光异形透镜或组合式匀光异形透镜；7、透镜座；8、半柱形曲面；9、第一平面；10、非球面；11、第二平面；12、激光输出面；13、扩束透镜；14、扩束组合透镜；15、扩束单透镜；16汇聚组合或胶合透镜；17、汇聚单透镜；18、匀光准直透镜；19、变焦扩束透镜；20、滑座；21、滑销；22扩束模组壳体；23、调焦轮；24、准直模组壳体；25、长焦准直透镜；26、准直透镜；27、锥面反射镜；28、反射式五棱镜；29、透反式五棱镜；30、光束传导介质；31、振镜。
具体实施方式
为了克服半导体激光器发射的激光的垂直发散角Θ丄与水平发散角Θ //的比值过大，光能量利用率低及高斯分布所形成的光场能量分布不均匀的现象，以提高光功率利用率和提供一个相对均匀的光源光场，本实施例提供了一种图1至图22所示的用于对半导体激光器输出激光光斑整形的匀光异形透镜，包括具有相对设置的接收所述激光射入的入射面I和该激光射出的出射面2，且该入射面I是半柱形曲面，出射面2为非球面，该非球面的母线两端距离大于该半柱形曲面的母线的两端距离，以确保经入射面I射入的激光全部入射到出射面2上，如此可极大程度的减少激光的浪费，从而有利于提高激光的利用率。
其中，图1至图8所示，为同一种介质材料制作的单体匀光异形透镜，而图1、2所示的匀光异形透镜的具体结构形式是其入射面I为向外拱起的凸面，出射面2为向内凹陷的凹面。
图3、4所示的匀光异形透镜的具体结构形式是，其入射面I为向外拱起的凸面，出射面2也为向外拱起的凸面。
图5、6所示的匀光异形透镜的具体结构形式是其入射面I和出射面2均为内向内凹陷的凹面。
图7、8所示的匀光异形透镜的具体结构形式是其入射面I为向内凹陷的凹面，出射面2为向外拱起的凸面。
考虑到由于激光波长不同、调整发散角和匀光对介质的折射率等技术参数的要求不同等因素，还提供了由同一介质材料或不同介质材料制作的组合式匀光异形透镜，即上述的匀光异形透镜可以由不同的单体透镜组合而成，本实施例提供的组合式匀光异形透镜可以由图9至图14所示的单体透镜即第一透镜(具有一半柱形曲面8及与该半柱形曲面8相对的第一平面9作为入射面I的承载镜体及图15至图18所示的单体透镜即第二透镜(具有非球面10和与该非球面10相对的第二平面11)作为出射面2的承载镜体构成，具体构成方式可采用彼此具有的第一平面9和第二平面11相对并间距不超过50mm的方式相对排列在一起，也可以采用图19至图22所示的方式即通过粘合第一平面9和第二平面11形成由第一透镜和第二透镜组成的匀光异形透镜。
以上所述的匀光异形透镜均为光学玻璃透镜，组合式匀光异形透镜由相同或不同介质材料的光学玻璃透镜组合而成。
本实施例还提供了一种图23所示的匀光激光光源3，包括透镜座7、设置在透镜座7内一端的固定用于产生激光的半导体激光器LD芯片5的激光器座4，匀光异形透镜6设置在半导体激光器LD芯片5的光轴上,其入射面I与该半导体激光器LD芯片5的激光输出面12之间的间距在O IOOmm范围内，该入射面I的半柱形曲面的柱形直径在0.005 10mm 内。
图25所示为半导体激光器LD芯片5输出激光光束的水平截面的水平发散为Θ //，竖直方向的垂直发散角为Θ丄的原始光斑形状及发散角。
结合图26， 可见沿Z方向传播的基膜高斯光束的电矢量表达式如下: E (x, y, z) =A0/ff (z) exp [- (x2+y2) /w2 (z) ] gexp {-1k [z+ (x2+y2)/2R(z) ]+i Φ (z) } (I) 其中: E一电场强度 A0-Z=O时的振幅 W(Z) — z点的光斑尺寸 R(Z) — z点波阵面的曲率半径 Φ (Z) — Z点的相位A0/W (z) exp [- (x2+y2)/w2 (z)]—振幅部分exp {-1k [z+ (x2+y2)/2R(z) ]+i Φ (z) } 一位相部分 当z=0时电矢量表达式:E (x, y) =A0/ff0exp [- (x2+y2) /W20] (2 ) (2)式的图形见图34，由(2)式可以看出:1)与x、y有关的位相部分消失，即Z=O的平面是等相面，它与平面波的波阵面一样。2)振幅部分是一指数表达式，这种指数函数叫高斯函数，通常称振幅的这种分布为高斯分布。
以上内容可参见:《激光在精密计量中的应用》天津大学叶声华主编机械工业出版社第一版。
为了调整激光光束在截面X轴和Y轴方向的发散角基本一致，如图25所示，通过匀光激光光源的匀光异形透镜或组合式匀光异形透镜6的入射面I (半柱形曲面)缩小Y轴发散角Θ丄，或扩大X轴发散角Θ //。其中，匀光异形透镜或组合式匀光异形透镜6的入射面I为半柱形曲面的柱形轴线与输出激光的截面Y轴垂直，以达到缩小Y轴发散角Θ丄的目的。调整激光发散角Θ //和Θ丄，预期的激光光束截面的水平发散角与其垂直发散角基本相等。
由图25可见，本实施例通过匀光异形透镜或组合式匀光异形透镜6的入射面I的半柱形曲面的柱形轴线与输出激光截面Y轴垂直设置，入射面I半柱形曲面缩小Y轴发散角Θ丄，由图29、30可以明显看到，经整形的后的激光光束截面的边缘激光光能量增加。使图27、28所示的半导体激光器LD输出激光的高斯分布曲线，经整形后，其激光能量即高斯分布曲线如图29、30所示，可以看出:1)振幅部分不再是从中心向外平滑地降落，而是在边缘部分有一突起。2)当孔径光阑为圆形或对称结构时，边缘突起部分也是对称分布。
如图33、图34所不,上述的勻光激光光源3,为了达到输出激光在截面光场光能量分布均匀的目的，其设置于半导体激光器LD芯片5的输出激光光路上的匀光异形透镜或组合式匀光异形透镜6的出射面2为非球面，调整图27所示的半导体激光器LD输出激光的高斯分布曲线和调整发散角Θ丄形成边缘光能量 ，以达到图31、32所示的匀光激光光源能量分布曲线图和图33所示的匀光激光光源截面能量分布图，进而实现预期的输出激光截面光场光能量匀均分布，可以看出:1)振幅部分成为近似矩形或中间稍微凹两边凸。2)能量分布比较均匀。
同时，本实施例还提供了图34至图37所示的几种以匀光激光光源3为基础的典型扩束和准直光路系统。
图34所示是含有匀光激光光源3的一种激光扩束光路系统，包括匀光激光光源3、扩束透镜13、扩束组合透镜14，其中，扩束透镜13设置于匀光激光光源3的激光输出光路上；扩束组合透镜14设置于扩束透镜13的输出光路上，扩束透镜13为球面或非球面透镜；扩束组合透镜14为球面或非球面的胶合透镜或透镜组。
图35所示是含有匀光激光光源3的激光扩束光路系统，包括匀光激光光源3、扩束透镜13和扩束单透镜15。其中:扩束透镜13设置于勻光激光光源3的激光输出光路上；扩束单透镜15设置于扩束透镜13的输出光路上。扩束透镜13为球面或非球面透镜；扩束单透镜15为非球面或球面透镜。
图36所示是含有匀光激光光源3的激光准直光路系统，包括匀光激光光源3、汇聚组合或胶合透镜16，汇聚组合或胶合透镜16设置于匀光激光光源3的激光输出光路上；汇聚组合或胶合透镜16为球面或非球面的组合或胶合透镜。
图37所示是含有匀光激光光源3的激光准直光路系统，包括匀光激光光源3、汇聚单透镜17，汇聚单透镜17设置于匀光激光光源3的激光输出光路上；汇聚单透镜17为非球面或非球面的单透镜。
图38、图39所示，是本实施例提供的两种以匀光激光光源3为基础的典型的扩束和准直激光模组。
图38所示是以匀光激光光源3作为基础光源的调焦式激光扩束模组，为激光输出在不同距离上可调节为相同大小光斑的均匀光场。该调焦式激光扩束模组主要包括扩束模组壳体22、调焦轮23、滑销21和设置在扩束模组壳体22内的匀光激光光源3、滑座20与变焦扩束透镜19、匀光准直透镜18。该调焦式激光扩束模组还包括有驱动电路、供电电源及操作控制等支持系统。其中:变焦扩束透镜19设置于匀光激光光源3的激光输出光路上；匀光准直透镜18设置于变焦扩束透镜19的输出光路上具体是设置在扩束模组壳体23内的出光孔处。这里的变焦扩束透镜19为球面或非球面透镜；匀光准直透镜18为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组。
调焦式激光扩束模组的工作原理是安装在置于扩束模组壳体22内的滑座20内的变焦扩束透镜10，通过滑座20外部设置的滑销21，与模组壳体22外部设置的调焦轮23的内侧导槽相啮合。转动调焦轮23，通过滑销21带动滑座20及滑座20内的变焦扩束透镜19沿光轴往复移动，以改变变焦扩束透镜20的位置，从而使输出激光在不同工作距离保持相同的匀光场光斑。调焦轮23的驱动为手动驱动或电动驱动。
图39所示是以匀光激光光源3作为基础光源的激光准直模组，包括准直模组壳体24和设置于准直模组壳体24内的匀光激光光源3和长焦准直透镜25。该激光准直模组还包括有驱动电路、供电电源及操作控制等支持系统。其中，长焦准直透镜25设置于匀光激光光源3的激光输出光路上。一般情况下，勻光激光光源3设置于准直模组壳体25的一端，而长焦准直透镜25相对设置于准直模组壳体24的另一端(即出光孔处)，其间隔距离取决于长焦准直透镜25的焦距长度。以匀光激光光源3作为基础光源的激光准直模组，可以通过一般的准直透镜输出光形比较好的圆形光斑，或通过长焦准直透镜25形成在一定距离范围内直径尺寸基本一致的圆形光斑。这里的长焦准直透镜25为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组。
同时，本实施例还提供了图36、图37、图38、图39、图40所示的几种以匀光激光光源3为基础的应用实例的典型光路系统。
图40所示是以匀光激光光源3作为基础光源的锥镜反射式线状光束光路系统，包括匀光激光光源3、准直透镜26和锥面反射镜27。其中，准直透镜26设置于匀光激光光源3的激光输出光路上；锥面反射镜27设置于准直透镜26的输出光路上。勻光激光光源3的输出激光，通过准直透镜26形成准直激光，经过锥面反射镜27反射，形成与光轴垂直的360°的线状光束。这里涉及的准直透镜26为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组。
图41、42所不是以勻光激光光源3作为基础光源的五棱镜光路系统,包括勻光激光光源3、准直透镜26和反射式五棱镜28或透反式五棱镜29。其中，准直透镜26设置于勻光激光光源3的激光输出光路上。如图41所不，反射式五棱镜28设置于准直透镜26的输出光路上。勻光激光光源3的输出激光,通过准直透镜26形成准直激光,经过反射式五棱镜28将准直激光改变90°方向输出。在图42中，透反式五棱镜29同样设置于准直透镜26的输出光路上。勻光激光光源3的输出激光,通过准直透镜26形成准直激光,经过透反式五棱镜29将一部分准直激光沿输出光轴透射输出，一部分准直激光改变90°方向输出。
这里涉及的准直透镜26为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组。反射式五棱透镜28为单体五棱镜；透反式五棱透镜29为胶合五棱透镜。
图43所示是以匀光激光光源3作为基础光源的传导式聚焦光路系统，包括匀光激光光源3、准直透镜26和光束传导介质30(这里实际为光纤)。其中，准直透镜26设置于勻光激光光源3的激光输出光路上；光束传导介质30设置于准直透镜26的输出光路上。勻光激光光源3的输出激光，通过准直透镜26形成准直激光聚焦后，进入光束传导介质30进行远距离传导(如光纤)或其他变焦应用。该光路系统中涉及的准直透镜26也为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组。光束传导介质30可以为光纤、自聚焦透镜等光束传导物质。
图44所示是以匀光激光光源3作为基础光源的高速扫描振镜光路系统，包括匀光激光光源3、准直透镜26和振镜31。其中，准直透镜26设置于勻光激光光源3的激光输出光路上；振镜31设置于准直透镜26的输出光路上。勻光激光光源3的输出激光,通过准直透镜26形成准直激光，经过振镜31适用于激光扫描。该光路系统中涉及的准直透镜26为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组；振镜31为适用于高速扫描的振镜。
综上所述，本实施例提供的适用于半导体激光器的异形透镜或异形组合透镜结构简单，易于制作，使用方式多样灵活，可以应用于多种光路系统中，克服了普通球面透镜无法调整激光发散角的光能量损耗，并针对不同波长通过专门的非球面设计，不仅有利于消除像差，而且可将光能量分布均匀化处理。以异形透镜或异形组合透镜与半导体激光器封装的匀光激光光源可以作为半导体激光的基础光源，适用于各类半导体激光的准直、扩束、调制光路系统的应用，也适用于激光指示、标识、探测、测量、照明、医疗、扫描等各领域相关激光仪器的应用。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于对半导体激光光束整形的匀光异形透镜，包括具有相对设置的接收所述激光射入的入射面和该激光射出的出射面，其特征在于:所述入射面是半柱形曲面，出射面为非球面；且该非球面的母线两端距离大于所述半柱形曲面母线的两端距离，以确保经所述入射面射入的激光全部入射到所述出射面上。
2.如权利要求1所述的匀光异形透镜，其特征在于:所述入射面为向外拱起的凸面，所述出射面为内向内凹陷的凹面。
3.如权利要求1所述的匀光异形透镜，其特征在于:所述入射面为向外拱起的凸面，所述出射面为向外拱起的凸面。
4.如权利要求1所述的匀光异形透镜，其特征在于:所述入射面为向内凹陷的凹面，所述出射面为内凹陷的凹面。
5.如权利要求1所述的匀光异形透镜，其特征在于:所述入射面为向内凹陷的凹面，所述出射面为向外拱起的凸面。
6.如权利要求1所述的匀光异形透镜，其特征在于:由第一透镜和第二透镜组合而成，该第一透镜具有半柱形曲面和与该半柱形曲面相对的第一平面；该第二透镜具有非球面和与该非球面相对的第二平面，该第一平面与第二平面相对设置，该半柱形曲面与该非球面分别构成所述入射面和出射面。
7.如权利要求6所述的匀光异形透镜，其特征在于:所述第一透镜和第二透镜分别包含一相对的平面。
8.如权利要求7所述的匀光异形透镜，其特征在于:所述相对的平面彼此粘合在一起或间距不超过50mm。
9.一种含有权利要 求1至8中任一权利要求所述的匀光异形透镜的匀光激光光源，包括透镜座、设置在透镜座内一端的固定用于产生激光的半导体激光器LD芯片的激光器座，其特征在于:所述匀光异形透镜设置在所述半导体激光器LD芯片的光轴上，其入射面与该半导体激光器LD芯片的激光输出面之间的间距在O IOOmm范围内，该入射面的半柱形曲面的柱形直径在0.005 10_内，入射面的轴线与所述半导体激光器LD芯片的出射激光的水平截面或垂直截面垂直。
10.一种含有权利要求9所述的匀光激光光源的激光扩束光路系统，包括置于激光光源与透镜或透镜组之间的扩束透镜或扩束透镜组，其特征在于:所述激光光源是所述匀光激光光源；所述扩束透镜是球面或非球面扩束透镜；所述扩束透镜组是球面或非球面扩束透镜组。
11.一种含有权利要求9所述的匀光激光光源的激光准直光路系统，包括激光光源和设置在该激光光源的出射光路上的准直透镜或准直透镜组，其特征在于:所述激光光源是所述匀光激光光源，所述准直透镜是球面或非球面准直透镜；所述准直透镜组是球面或非球面准直透镜组。
12.—种含有权利要求9所述的匀光激光光源的调焦式激光扩束模组，包括扩束模组壳体、设置在扩束模组壳体内的激光光源、滑座与变焦扩束透镜、匀光准直透镜，激光光源设置在滑座上，匀光准直透镜设置在扩束模组壳体的出光孔处，变焦扩束透镜设置在激光光源与匀光准直透镜之间，该扩束模组壳体的一侧设置有调焦轮，该调焦轮通过设置在滑座外的滑销与该滑座通过齿轮啮合，其特征在于:所述激光光源是匀光激光光源，所述变焦扩束透镜为球面或非球面透镜；所述匀光准直透镜为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组。
13.一种含有权利要求9所述的匀光激光光源的激光准直模组，包括准直模组壳体、设置于准直模组壳体内的激光光源和设置在该激光光源的出射光路上的长焦准直透镜，其特征在于:所述激光光源是所述匀光激光光源；所述长焦准直透镜为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组。
14.一种含有权利要求9所述的匀光激光光源的锥镜反射式线状光束光路系统，包括激光光源、依次设置在该激光光源的出射光路上的准直光学元器件和锥面反射镜，其特征在于:所述激光光源是所述匀光激光光源；所述准直光学元器件为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组。
15.一种含有权利要求9所述的匀光激光光源的五棱镜光路系统，包括激光光源、依次设置在该激光光源的出射光路上的准直光学元器件和五棱镜，其特征在于:所述激光光源是所述匀光激光光源，所述的准直光学元器件为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组；所述五棱镜是反射式或透反式五棱镜，该反射式五棱透镜为单体五棱镜，透反式五棱透镜为胶合五棱透镜。
16.一种含有权利要求9所述的匀光激光光源的传导式聚焦光路系统，包括激光光源、依次设置在该激光光源的出射光路上的准直光学元器件和光束传导介质，其特征在于:所述激光光源是匀光激光光源；所述准直光学元器件为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组；所述光束传导介质为光纤或自聚焦透镜。
17.—种含有权利要求9所述的勻光激光光源的高速扫描振镜光路系统,包括激光光源、依次设置在该激光光源的出射光路上的准直光学元器件和振镜，其特征在于:所述激光光源是匀光激光光源；所述准直光 学元器件为球面或非球面的单透镜、胶合透镜或透镜组。
全文摘要
本发明提供的用于对半导体激光光束整形的匀光异形透镜，包括具有相对设置的接收激光射入的入射面和该激光射出的出射面，入射面是半柱形曲面，出射面为非球面；且该非球面的母线两端距离大于所述半柱形曲面母线的两端距离，以确保经入射面射入的激光全部入射到所述出射面上。该匀光异形透镜结构简单，易于批量加工，成本低廉，尤其是能很好的实现对各种波长的半导体激光器输出激光光束发散角的调整和激光输出光能量高斯曲线分布进行均匀化调整，提高激光光能量的利用率的同时，具有很好的匀光和消象差性能。
文档编号G02B27/00GK103176226SQ20131005866
公开日2013年6月26日 申请日期2013年2月26日 优先权日2012年11月3日
发明者孙建华, 卢长信, 张哲子, 杨英姿 申请人:西安华科光电有限公司