專利名稱：半導(dǎo)體激光照明光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)行業(yè)激光照明技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體激光照明光源。
背景技術(shù)：
如今半導(dǎo)體激光照明光源應(yīng)用已十分廣泛，其作為小區(qū)監(jiān)控、森林防火、航海巡邏及空中救援等領(lǐng)域的輔助照明源有著十分重要的作用，并擁有巨大的市場潛力。尤其在周圍環(huán)境照度低，成像質(zhì)量需求高的遠(yuǎn)距離照明條件下，大照明視場與清晰成像則是必不可少的前提。在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，申請人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體激光照明光源存在如下技術(shù)缺陷由激光多?？臻g分布不均勻而導(dǎo)致照明視場光強分布不均，導(dǎo)致成像質(zhì)量降低，從而成像清晰程度卻始終未達到最佳效果；此外，對于遠(yuǎn)距離激光照明來說，視場角度的調(diào)節(jié)無法對指定目標(biāo)精確定位。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題為解決上述的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體激光照明光源，以達到遠(yuǎn)場光束的均勻化分布，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離勻化照明及清晰成像。( 二 )技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種半導(dǎo)體激光照明光源。該光源包括半導(dǎo)體激光器，用于產(chǎn)生激光輸出；光束準(zhǔn)直模塊，位于半導(dǎo)體激光器的光路后端，用于將半導(dǎo)體激光器輸出激光的進行平行和準(zhǔn)直；光斑勻化模塊，位于光束準(zhǔn)直模塊的光路后端，用于將光束準(zhǔn)直模塊輸出的激光的橫截面相互垂直的兩個方向的光束質(zhì)量進行均衡，實現(xiàn)光束能量的均勻化重組；耦合輸出模塊，位于光斑勻化模塊的光路后端，用于將光斑勻化模塊輸出的均勻化重組后的激光耦合輸出。在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，光斑勻化模塊包括上多梯次平面反射鏡，位于光束準(zhǔn)直模塊的光路后端，其下反射鏡面與入射激光呈45度角，用于切割和準(zhǔn)直激光光束，并將其分為N份；下多梯次平面反射鏡，其與第一多梯次平面反射鏡呈垂直上下羅列而成，其平面與入射激光45度角，用于準(zhǔn)直光束的平移與重組，從而使出射光束由高斯光能分布的高斯光束轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚍植嫉钠巾敼馐?三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、利用本發(fā)明，由于采用光束準(zhǔn)直模塊，在光學(xué)集成式準(zhǔn)直微透鏡的作用下，可使發(fā)散光斑到平行準(zhǔn)直光斑的轉(zhuǎn)變，減小了光束發(fā)散夾角，進而實現(xiàn)了光功率的增強；2、利用本發(fā)明，由于采用光斑勻化模塊，使激光光能得到了均勻分配，降低了外界雜散光及激光多模特性所帶來的視場模糊的影響，提高了遠(yuǎn)場光斑平均光亮度。所以，使用經(jīng)激光光斑勻化后的半導(dǎo)體激光光源，可實現(xiàn)指定目標(biāo)的清晰成像，彌補了目前遠(yuǎn)距離成像視場范圍小、對比度差等方面的不足；3、利用本發(fā)明，由于采用光纖耦合模塊，使光束路徑得以柔化，利用此種特性，可將光纖盤起固定，方便了各器件之間的布局、安裝。


圖1為本發(fā)明實施例半導(dǎo)體激光照明光源的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例半導(dǎo)體激光照明光源的系統(tǒng)框圖；圖3A為本發(fā)明實施例半導(dǎo)體激光照明光源中光斑勻化模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖;3B為本發(fā)明實施例半導(dǎo)體激光照明光源中光斑勻化模塊的光斑勻化原理的示意圖；圖3C為本發(fā)明實施例半導(dǎo)體激光照明光源中光斑勻化模塊的光斑能量轉(zhuǎn)換的示意圖。
具體實施例方式為使本發(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)明進一步詳細(xì)說明。雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于所述值。本發(fā)明中，采用陣列半導(dǎo)體激光器及多梯次平面反射鏡相結(jié)合的方式，達到了遠(yuǎn)場激光光斑均勻分布，增強了遠(yuǎn)距離觀測目標(biāo)的清晰程度。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提出一種半導(dǎo)體激光照明光源。該半導(dǎo)體激光照明光源包括半導(dǎo)體激光器，光束準(zhǔn)直模塊，光斑勻化模塊，耦合輸出模塊及驅(qū)動電路模塊。圖1為本發(fā)明實施例半導(dǎo)體激光照明光源的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實施例半導(dǎo)體激光照明光源的系統(tǒng)框圖。以下結(jié)合圖1和圖2，對本發(fā)明的各個組成部分進行詳細(xì)說明。如圖1和圖2所示，本實施例中半導(dǎo)體激光器為陣列半導(dǎo)體激光器，，可實現(xiàn)高功率激光輸出。如圖1和圖2所示，光束準(zhǔn)直模塊包括集成式非球面微透鏡陣列6。依據(jù)光學(xué)折射原理，激光器出射光束經(jīng)過微透鏡陣列作用后，將由發(fā)散的橢圓光斑轉(zhuǎn)變成為平行準(zhǔn)直的線型光斑。在光束準(zhǔn)直模塊作用下，將發(fā)散光束轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫袦?zhǔn)直光束，減小了光束發(fā)散夾角， 進而實現(xiàn)光功率密度增強。光源準(zhǔn)直后光斑直徑…和準(zhǔn)直后發(fā)散角θ工分別由下述關(guān)系式給出ω j = f . tan θ(1)θι = arctan(y)(2)公式(1)和(2)中，θ為準(zhǔn)直前發(fā)散角，ω為準(zhǔn)直前光斑直徑，f擴束準(zhǔn)直鏡焦距。圖3A為本發(fā)明實施例半導(dǎo)體激光照明光源中光斑勻化模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖 3A所示，光斑勻化模塊為兩塊多梯次平面反射鏡組7。其兩塊多梯次平面反射鏡呈垂直上下羅列分布，可稱為下多梯次反射鏡面2與下上多梯次反射鏡面1。另外，兩塊反射鏡的鏡面分別都與垂直Y方向成45度傾角。該兩塊多梯次平面反射鏡組7利用金屬框架裝置進行固定，形成上下分離式排列的多梯次反射鏡組。圖;3B為本發(fā)明實施例半導(dǎo)體激光照明光源中光斑勻化模塊的光斑勻化原理的示意圖。如圖:3B所示，所述的光束準(zhǔn)直模塊作用所得到的兩軸光束質(zhì)量并不均衡，Y方向光束質(zhì)量遠(yuǎn)大于X方向光束質(zhì)量。此時利用光斑勻化模塊，可使線形光束照射至下反射鏡面， 光束分割成N份，隨后反射至上反射鏡面。經(jīng)上反射鏡面反射后，發(fā)生N份光束平移并發(fā)生光束重新組合，從而使平行準(zhǔn)直的線形光斑轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦喂獍?。圖3C為本發(fā)明實施例半導(dǎo)體激光照明光源中光斑勻化模塊的光斑能量轉(zhuǎn)換的示意圖。如圖3C所示，通過光斑勻化模塊作用后，使Y方向光束質(zhì)量降低至原來的N倍，而X 方向光束質(zhì)量提升至原來的1/N倍。經(jīng)此過程，光斑能量得到了重新分配，光束質(zhì)量得到均衡，從而實現(xiàn)光源照射至目標(biāo)處的光能量分布，由高斯光束轉(zhuǎn)變成平頂光束。經(jīng)準(zhǔn)直后的光束，通過光斑勻化模塊作用后，激光光源光束質(zhì)量得到均衡并實現(xiàn)兩個方向光束的再組合，進而使光斑勻化清晰成像。在光斑勻化之前，兩個方向上光束質(zhì)量
BPPX、BPPy及折疊次數(shù)N分別由以下公式給出N2 = BPPX/BPPY(3)光斑勻化后，激光光源兩個方向上的光束質(zhì)量滿足以下關(guān)系式
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光照明光源，其特征在于，包括 半導(dǎo)體激光器，用于產(chǎn)生激光輸出；光束準(zhǔn)直模塊，位于所述半導(dǎo)體激光器的光路后端，用于將所述半導(dǎo)體激光器輸出激光的進行平行和準(zhǔn)直；光斑勻化模塊，位于所述光束準(zhǔn)直模塊的光路后端，用于將所述光束準(zhǔn)直模塊輸出的激光的橫截面相互垂直的兩個方向的光束質(zhì)量進行均衡，實現(xiàn)光束能量的均勻化重組；耦合輸出模塊，位于所述光斑勻化模塊的光路后端，用于將所述光斑勻化模塊輸出的均勻化重組后的激光耦合輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光照明光源，其特征在于，所述光斑勻化模塊包括 上多梯次平面反射鏡，位于所述光束準(zhǔn)直模塊的光路后端，其下反射鏡面與入射激光呈45度角，用于切割和準(zhǔn)直激光光束，并將其分為N份；下多梯次平面反射鏡，其與所述上多梯次平面反射鏡呈垂直上下羅列，其下反射鏡面與入射激光45度角，用于將分為N份的準(zhǔn)直光束的平移與重組，從而使出射光束由高斯光能分布的高斯光束轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚍植嫉钠巾敼馐?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光照明光源，其特征在于，所述光斑勻化模塊，還用于使經(jīng)過其的激光光束在傳播方向上偏轉(zhuǎn)90度角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光照明光源，其特征在于，所述耦合輸出模塊包括 E2C光學(xué)透鏡，位于所述光斑勻化模塊的光路后端，用于將所述光斑勻化模塊輸出的方形光斑轉(zhuǎn)換為圓形光斑；非球面聚焦透鏡，位于所述E2C光學(xué)透鏡的光路后端，用于將所述E2C光學(xué)透鏡輸出的激光進行聚焦，該激光的橫截面由圓形光斑轉(zhuǎn)換為點光斑；多模光纖，位于所述非球面聚焦透鏡的光路后端，其入射端位于所述非球面聚焦透鏡的前焦點處，用于承載所述非球面聚焦透鏡輸出的激光；變焦鏡頭，位于所述多模光纖的光路后端，用于對所述多模光纖輸出激光光束的發(fā)散角度進行調(diào)節(jié)，輸出激光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體激光照明光源，其特征在于，所述E2C光學(xué)透鏡為由平凸柱面鏡、凹凸鏡和平凸鏡組成的透鏡組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光照明光源，其特征在于，所述光束準(zhǔn)直模塊包括 非球面微透鏡陣列，其位于所述半導(dǎo)體激光器的光路后端，用于將所述半導(dǎo)體激光器輸出激光由發(fā)散的橢圓光斑轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫袦?zhǔn)直的線型光斑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的半導(dǎo)體激光照明光源，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器為陣列半導(dǎo)體激光器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的半導(dǎo)體激光照明光源，其特征在于，還包括 驅(qū)動控制模塊，與所述半導(dǎo)體激光器和所述耦合輸出模塊相連接，用于向所述半導(dǎo)體激光器發(fā)送第一控制信號，使其發(fā)射半導(dǎo)體激光；向所述耦合輸出模塊發(fā)送第二控制信號， 使其調(diào)節(jié)耦合輸出激光的光束發(fā)散角。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體激光照明光源。該半導(dǎo)體激光光源包括半導(dǎo)體激光器，用于產(chǎn)生激光輸出；光束準(zhǔn)直模塊，位于半導(dǎo)體激光器的光路后端，用于將半導(dǎo)體激光器輸出激光的進行平行和準(zhǔn)直；光斑勻化模塊，位于光束準(zhǔn)直模塊的光路后端，用于將光束準(zhǔn)直模塊輸出的激光的橫截面相互垂直的兩個方向的光束質(zhì)量進行均衡，實現(xiàn)光束能量的均勻化重組；耦合輸出模塊，位于光斑勻化模塊的光路后端，用于將光斑勻化模塊輸出的均勻化重組后的激光耦合輸出。本發(fā)明半導(dǎo)體激光照明光源具有自適應(yīng)性強，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性能可靠等特點，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)場激光光斑均勻分布，增強了遠(yuǎn)距離觀測目標(biāo)的清晰程度。
文檔編號F21V5/04GK102494299SQ20111040948
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者周燕, 楊嘉琦, 王新偉, 石曉光 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所