專利名稱：半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器陣列為了獲得集成大功率輸出，利用半導(dǎo)體激光器單元利用 串并聯(lián)形式組成的半導(dǎo)體激光輸出模塊，具有輸出功率高、光電轉(zhuǎn)換效率高、 激光強(qiáng)度調(diào)制方便、體積小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，非常適合作為面陣成像激光雷達(dá) 和激光探測(cè)系統(tǒng)的主動(dòng)照明光源。
半導(dǎo)體激光器激光器具有特殊諧振腔結(jié)構(gòu)和工作方式，使得光束的空間分布
具有不對(duì)稱性，在垂直于結(jié)平面的方向上(快軸方向)具有40度左右的發(fā)散角， 在平行于結(jié)平面的方向上(慢軸方向)具有8度左右的發(fā)散角，且在各自的發(fā) 散角內(nèi)光強(qiáng)不均勻。集成后的半導(dǎo)體激光器堆疊陣列的遠(yuǎn)場(chǎng)光束也具有類似的 空間分布特性，遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)在快軸方向呈現(xiàn)基模高斯分布，而慢軸方向一般呈現(xiàn) 厄米高斯分布。要達(dá)到好的主動(dòng)照明效果，要求在照明視場(chǎng)角度內(nèi)光強(qiáng)分布均 勻，要達(dá)到高的主動(dòng)照明光能利用效率，需要約束照明光束僅出現(xiàn)在照明視場(chǎng) 角內(nèi)。因此把半導(dǎo)體激光器陣列應(yīng)用于照明用途，就必須采用光束整形照明系 統(tǒng)來(lái)對(duì)原始的激光光束進(jìn)行整形。目前，隨著半導(dǎo)體激光器陣列在主動(dòng)探測(cè)系 統(tǒng)中應(yīng)用的不斷增多，對(duì)半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明技術(shù)的要求也在不斷 提高。
目前針對(duì)半導(dǎo)體激光器陣列的光束整形照明技術(shù)主要有兩大類方法。在小視 場(chǎng)(3度X3度以下)照明用途中， 一般采用準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，在快軸方向和慢軸 方向加微透鏡陣列，對(duì)發(fā)散角度都進(jìn)行準(zhǔn)直壓縮以獲得小的發(fā)散角，這種方法 的缺點(diǎn)是照明視場(chǎng)光強(qiáng)仍然呈現(xiàn)高斯分布，不均勻。在大視場(chǎng)照明系統(tǒng)， 一般 是先把光束模式轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚬庠贁U(kuò)束照明到需要的視場(chǎng)上，如先將半導(dǎo)體激光 器堆疊的光耦合到多模光纖中，利用光纖多次反射的混光效果，在光纖輸出端 獲得光強(qiáng)均勻化和模式對(duì)稱化，再經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)投影到照明區(qū)域。由于該類方法 把陣列的光耦合到光纖或者其它混光筒中，而這個(gè)過(guò)程技術(shù)難度高且耦合效率 低，制作成本高，作為照明系統(tǒng)也不是十分理想。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)效率不高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易集成、制作成本高的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供了一種半導(dǎo)體激光器陣 列光束整形照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)可顯著地提高激光照明的光能利用效率，并且具 有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低以及可多組模塊集成使用以實(shí)現(xiàn)超大功率照明的特點(diǎn)。 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案如下 一、 一種半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)
包括由多個(gè)半導(dǎo)體激光器線陣列兩端對(duì)齊等間距平行排列在一個(gè)平面上組 成的半導(dǎo)體激光器二維陣列，微柱面透鏡陣列，光楔陣列和柱面透鏡；所述的 半導(dǎo)體激光器二維陣列、微柱面透鏡陣列、光楔陣列、柱面透鏡沿激光傳播方 向依序排列，其中微柱面透鏡陣列的各個(gè)微柱面透鏡母線與半導(dǎo)體激光器線陣 列的線方向平行且一一對(duì)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)排列，光楔陣列中的單元光楔與半導(dǎo)體激光器 線陣列一一對(duì)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)排列，柱面透鏡母線與半導(dǎo)體激光器線陣列垂直且柱面透 鏡光軸與半導(dǎo)體激光器線陣列的中垂線重合。
所述的半導(dǎo)體激光器線陣列，由多個(gè)半導(dǎo)體激光器單元沿慢軸方向等間距 排列于一維線段上組成。
所述的光楔陣列中的各個(gè)光楔偏向角的數(shù)值是一組從-0.5《f到+0.5《f的等
差數(shù)列，其中&為快軸方向的照明視場(chǎng)角，公差為&除以半導(dǎo)體激光器線陣列 數(shù)目減去一后的商，偏向角組合順序任意。
二、另一種半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)
包括由多個(gè)帶快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列兩端對(duì)齊 等間距排列在一個(gè)幾何面形基座上組成的半導(dǎo)體激光器二維陣列和柱面透鏡； 所述的半導(dǎo)體激光器二維陣列、柱面透鏡沿激光傳播方向依序排列，其中柱面 透鏡母線與帶快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列垂直且柱面透 鏡光軸與帶快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列的中垂線重合。
所述的帶快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列，由多個(gè)半導(dǎo) 體激光器單元沿慢軸方向等間距排列于一維線段上組成，所述的微柱面透鏡的 光軸始終在對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體激光器線陣列的激光傳播軸線上。
所述的幾何面形基座是一個(gè)與快軸視場(chǎng)角&等弧度的凸圓柱面或者凹圓柱 面，所述的帶快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列等間距置于凸 圓柱面或者凹圓柱面上且保持激光傳播軸線與圓柱面徑向一致；所述的幾何面 形基座或是一個(gè)與照明視場(chǎng)快軸視場(chǎng)角&等弧度的凸圓柱面或者凹圓柱面被帶 快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列總數(shù)目等分后切去弧面的等 多角直柱面，所述的帶快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列分別置于等多角直柱面的各個(gè)面的中心且保持激光傳播軸線與各面法線方向一致。 以上兩種照明系統(tǒng)中 所述的半導(dǎo)體激光器線陣列的線方向長(zhǎng)度尺寸L、所述的柱面透鏡的有效焦 距F和慢軸方向照明視場(chǎng)角&的關(guān)系滿足公式-
2
所述的半導(dǎo)體激光器線陣列與所述的柱面透鏡的物距/);c滿足關(guān)系式
其中"為照明均勻系數(shù)，取小于0.5的正數(shù)，F(xiàn)為所述的柱面透鏡的有效焦 距，雖為每個(gè)所述的半導(dǎo)體激光器線陣列中所述的半導(dǎo)體激光單元數(shù)目，L為 所述的半導(dǎo)體激光器線陣的長(zhǎng)度尺寸，&為所述的半導(dǎo)體激光單元未整形前的 光束慢軸發(fā)散角。
本發(fā)明的科學(xué)原理是-
根據(jù)波動(dòng)電磁理論和半導(dǎo)體激光器諧振腔的邊界條件可以得到半導(dǎo)體激光 器的光束模型近似為高斯光束。強(qiáng)度空間分布的表達(dá)式為
/(x, ;;， z) = C, (!)2. exp(-廣，、
式(1)是沿著Z軸傳播的基模高斯光束在點(diǎn)(X， y， z)強(qiáng)度表達(dá)式，其中 w。為束腰半徑,w2(z)=《[l + (上)2],z。 =4為瑞利距離C。為常數(shù)r2 = 。
遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散全角與束腰的關(guān)系為《/2 =2^。半導(dǎo)體激光器快軸方向的發(fā)散角
咖0
為《,e2 =40°，約為0.7弧度，2=808nm瑞利距離約為2um由于z z。，則有 w(力4，"f—,代入公式(1)可得到高斯光束在極坐標(biāo)下強(qiáng)度的空間分布公式<formula>formula see original document page 8</formula>
將N=2K+1個(gè)半導(dǎo)體激光束單元令K個(gè)以固定角度&遞增偏轉(zhuǎn)，K個(gè)以固定 角度&遞減偏轉(zhuǎn)，在原光束的傳播方向?yàn)閦軸，垂直于z軸的平面上點(diǎn)相對(duì)于z 軸的偏轉(zhuǎn)角度為^的任一點(diǎn)的光強(qiáng)疊加結(jié)果為
/(z李^C。
cos風(fēng))
、2
z(l + tan6 tan(/6 rf))
exp(-6>.
tan2((9 —沿》)
(3)
l/e2
在z取定值條件下，(3)表達(dá)式中第二項(xiàng)是一個(gè)約等于為1的約數(shù)，其特性就 主要決定于^exp(-^tan2(0-A》，這是一個(gè)多高斯函數(shù)的疊加，&="091/2，
6
l/e2
其中"為均勻控制因子，當(dāng)0<"<0.5時(shí)表達(dá)式的出現(xiàn)平頂分布波形。所以表達(dá)式 (3)是一種多高斯光束疊加在照明面上獲得均勻光強(qiáng)分布的實(shí)現(xiàn)形式。
把(3)表述的光束模型命名為角偏轉(zhuǎn)多高斯光束模型，這種特性的光束模 型的特點(diǎn)是在可以通過(guò)控制每個(gè)高斯光束單元的發(fā)散角度《e2及遞增偏轉(zhuǎn)角度 《及單元個(gè)數(shù)來(lái)控制遠(yuǎn)場(chǎng)的強(qiáng)度均勻性和總光束的照明視場(chǎng)角度。
利用半導(dǎo)體激光器單元陣列分別在快軸和慢軸兩個(gè)方向上構(gòu)造表達(dá)式(3 ) 的光束模型是本發(fā)明的根本原理，快軸方向比較直觀，不做解釋。下面對(duì)慢軸 方向進(jìn)行具體分析。
對(duì)所述的半導(dǎo)體激光器線陣列，發(fā)光軸為Z，可以表述為如下的Nx個(gè)高斯 光束的疊加
/(x,z)二C:.(^)2. 2 exp(
2
2(x - f. ~^~) 、
(4)
在滿足傍軸條件下，這種光束模型在空間的傳播和通過(guò)幾何光學(xué)系統(tǒng)的傳播 可以利用ABCD矩陣光學(xué)進(jìn)行分析，利用透鏡變換公式(4)把平頂多高斯光束模 型光束轉(zhuǎn)換成角偏轉(zhuǎn)多高斯光束模型光束，<formula>formula see original document page 9</formula>其中F為透鏡有效焦距，d-i為各個(gè)單元之間的間距，A《為半導(dǎo)體激光器
臉
線陣列中第i個(gè)單元光束通過(guò)透鏡后的偏轉(zhuǎn)角度。用(5)式，當(dāng),'^-Z/2且
△ 4=《s/2，則得到
<formula>formula see original document page 9</formula>
用公式(6)可以確定透鏡的焦距F,
把公式(5)代入到公式(4)中可以得到平頂多高斯光束模型經(jīng)過(guò)透鏡之后 獲得表達(dá)式
他一l
/(")= t C0
W;c—1
、2
i7
exp(-
8
tan<9-
至
1)2)
《2 l + tan^[ff
(7)
表達(dá)式(7)的分析結(jié)果其表述的光束模型具有類似于(3)所表示的光束模型 分布特點(diǎn)。激光單元的原始光束束腰&趨向于0時(shí)，可套用幾何光學(xué)成像公式， 把原來(lái)的慢軸發(fā)散角《/變換為《，最后可以獲得半導(dǎo)體激光器線陣列與透鏡的 距離"x，原始的發(fā)散角6L，以及均勻控制因子"的關(guān)系表達(dá)式
￡>x =
(8)
從而實(shí)現(xiàn)了專利的設(shè)計(jì)目的，得到視場(chǎng)角限定范圍內(nèi)的均勻照明。 本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是
1激光能量的利用效率高因?yàn)榻?jīng)過(guò)的光學(xué)器件個(gè)數(shù)少，而且都是高通過(guò)率 的透射型光學(xué)元器件，效率可以達(dá)到80%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有技術(shù)的55%的能 量利用率。
2便于實(shí)現(xiàn)模塊化、集成化制成多組同樣的半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)，各個(gè)模塊可以直接并行使用，并對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)的照明均勻性有提高作用，便 于集成超大功率的遠(yuǎn)場(chǎng)照明系統(tǒng)。
3體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低整個(gè)光束整形照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且 尺寸和半導(dǎo)體激光器陣列外形尺寸相當(dāng)。而且本發(fā)明所用的器件都是制作工藝 技術(shù)很成熟的器件，制作費(fèi)用低，相對(duì)于微透鏡陣列整形照明或者半導(dǎo)體激光 器陣列光纖耦合模塊方式都有很大的成本優(yōu)勢(shì)。
本發(fā)明尤其適合作為面陣成像激光雷達(dá)系統(tǒng)和遠(yuǎn)距離主動(dòng)激光探測(cè)系統(tǒng)的 照明光源裝置。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。 圖1是本發(fā)明系統(tǒng)構(gòu)成的立體示意圖。
圖2是本發(fā)明快軸方向光束整形原理示意圖。
圖3是本發(fā)明慢軸方向光束整形原理示意圖。
圖4是本發(fā)明科學(xué)原理表達(dá)式(3)的特性曲線圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例2中實(shí)現(xiàn)角度偏轉(zhuǎn)裝置5的示意圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例3中實(shí)現(xiàn)角度偏轉(zhuǎn)裝置5的示意圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例4中多模塊集成使用的示意圖。
圖中1、半導(dǎo)體激光器二維陣列，2、半導(dǎo)體激光器單元，3、半導(dǎo)體激光 器線陣列，4、微柱面透鏡陣列，5、光楔陣列，6、柱面透鏡，7、帶快軸發(fā)散 角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列，8、幾何面型基座，9、整體照明系 統(tǒng)單元。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l:
在圖1中，半導(dǎo)體激光器二維陣列1、微柱面透鏡陣列4、光楔陣列5、柱 面透鏡6沿激光傳播方向依序排列，其中微柱面透鏡陣列4的各個(gè)微柱面透鏡 母線與半導(dǎo)體激光器線陣列3的線方向平行且一一對(duì)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)排列，光楔陣列5 中的單元光楔與半導(dǎo)體激光器線陣列3 —一對(duì)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)排列，柱面透鏡6母線與 半導(dǎo)體激光器線陣列3垂直且柱面透鏡6光軸與半導(dǎo)體激光器線陣列3的中垂 線重合。以卯0W的808nm半導(dǎo)體激光器堆疊陣列(stack)組建10度xlO度的照明系統(tǒng)為例，半導(dǎo)體激光器二維陣列1是900W的808nrn半導(dǎo)體激光器堆疊 陣列，半導(dǎo)體激光器線陣列3的總輸出功率為IOOW，是由IOO個(gè)間距為100um 的1W半導(dǎo)體激光器單元2構(gòu)成，每個(gè)半導(dǎo)體激光器單元2光束快軸和慢軸發(fā) 散角度分別是e 。產(chǎn)40度和e 。S=10度，總共9條半導(dǎo)體激光器線陣列3以等間距 組成900W半導(dǎo)體激光器二維陣列1。先將半導(dǎo)體激光器線陣列3前加微柱面透 鏡陣列4，壓縮其快軸發(fā)散角9 f為3.5度，然后通過(guò)光楔陣列5進(jìn)行光束偏轉(zhuǎn)， 控制單元光楔角使得偏轉(zhuǎn)的角度分別是ixl.25度(i分別是-4， -3， -2， -1， 0， 1，
2， 3， 4)，即9f^1.25度。后放置一個(gè)柱面透鏡6，利用= tan(^f)得到焦
2尸 2
距F-57.1mm，再利用壓=J ^ -F取壓縮后的發(fā)散角度e 5為2度，則獲得
柱面透鏡6與半導(dǎo)體激光器二維陣列(l)發(fā)光面的距離Dx=42.8mm，可以獲得10 度xlO度的均勻照明光束。如圖2所示的是在快軸方向的光束整形過(guò)程，半導(dǎo)體 激光器線陣列3發(fā)出的激光光束先經(jīng)過(guò)微透鏡陣列4把快軸發(fā)散角e f壓縮為3.5 度，再經(jīng)過(guò)光楔陣列5進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，這個(gè)方向上柱面透鏡6相當(dāng)于平行平板不起 作用，最后光束在快軸方向上在遠(yuǎn)場(chǎng)多個(gè)高斯光束部分重疊重構(gòu)得到均勻照明 效果。如圖3所示的是在慢軸方向的光束整形過(guò)程，在半導(dǎo)體激光器線陣列3 上的第i個(gè)半導(dǎo)體激光器單元2的離軸距離為di，根據(jù)di不同，經(jīng)過(guò)透鏡后的光 束傳播軸線發(fā)生不同的偏轉(zhuǎn)角度，每個(gè)半導(dǎo)體激光器單元2的慢軸發(fā)散角根據(jù) 成像Dx-^^-F利用Dx調(diào)整進(jìn)行慢軸發(fā)散角e。s的壓縮變換，這個(gè)方向上
微柱面透鏡陣列4和光楔陣列5相當(dāng)于光學(xué)平行平板，對(duì)于光束整形沒(méi)有貢獻(xiàn)， 最后光束在慢軸方向上在遠(yuǎn)場(chǎng)多個(gè)高斯光束部分重疊重構(gòu)得到均勻照明效果。 如圖4所示的是多個(gè)高斯光束部分重疊重構(gòu)獲得均勻平頂光束的示意圖。實(shí)際操作中可以利用調(diào)整Dx來(lái)控制遠(yuǎn)場(chǎng)照明的均勻性和邊界特性。 實(shí)施例2:
在圖l中把半導(dǎo)體激光器二維陣列l(wèi)，半導(dǎo)體激光器單元2，半導(dǎo)體激光器 線陣列3，微柱面透鏡陣列5，光楔陣列6用圖5、圖6中所示的帶快軸發(fā)散角 壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列7和幾何面型基座8來(lái)代替。以800W的 808nm半導(dǎo)體激光器堆疊陣列(stack)組建10度x10度的照明系統(tǒng)為例，其中 幾何面形基座8可以如圖5所示的一個(gè)與快軸視場(chǎng)角10度等弧度的凸圓柱面或 者凹圓柱面，帶快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列7等間距置 于凸圓柱面或者凹圓柱面上，也可以是如圖6所示的等多角直柱面其中相鄰兩 平面的法線夾角為9w-1.43度，帶快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器 線陣列7分別置于等多角直柱面的各個(gè)面的中心且保持激光傳播軸線與各面法 線方向一致，使得帶快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列7在的 光束傳播軸在快軸方向上均分10度視場(chǎng)角。后放置一個(gè)柱面透鏡6，利用
^"an(^f)得到焦距F-57.1mm，再利用仏=￡ ^ -F，取壓縮后的發(fā)散
角度^為2度，則獲得柱面透鏡6與半導(dǎo)體激光器二維陣列1發(fā)光面的距離
Dx=42.8mm，可以獲得10度x10度的均勻照明光束。實(shí)際操作中可以利用調(diào)整
Dx來(lái)控制遠(yuǎn)場(chǎng)照明的均勻性和邊界特性。該實(shí)施例少用了一組光學(xué)系統(tǒng)，增加
了透過(guò)率，而且這種平臺(tái)機(jī)械加工容易，可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)。 實(shí)施例3:
如圖7所示，是原有系統(tǒng)的集成擴(kuò)展，多個(gè)具有同樣的照明視場(chǎng)角度的整體 照明系統(tǒng)單元9作為單元組成陣列來(lái)集成使用，以提高遠(yuǎn)場(chǎng)照明系統(tǒng)的總功率 并增強(qiáng)均勻性。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)，其特征在于包括由多個(gè)半導(dǎo)體激光器線陣列(3)兩端對(duì)齊等間距平行排列在一個(gè)平面上組成的半導(dǎo)體激光器二維陣列(1)，微柱面透鏡陣列(4)，光楔陣列(5)和柱面透鏡(6)；所述的半導(dǎo)體激光器二維陣列(1)、微柱面透鏡陣列(4)、光楔陣列(5)、柱面透鏡(6)沿激光傳播方向依序排列，其中微柱面透鏡陣列(4)的各個(gè)微柱面透鏡母線與半導(dǎo)體激光器線陣列(3)的線方向平行且一一對(duì)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)排列，光楔陣列(5)中的單元光楔與半導(dǎo)體激光器線陣列(3)一一對(duì)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)排列，柱面透鏡(6)母線與半導(dǎo)體激光器線陣列(3)垂直且柱面透鏡(6)光軸與半導(dǎo)體激光器線陣列(3)的中垂線重合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)，其特征在 于所述的半導(dǎo)體激光器線陣列(3)，由多個(gè)半導(dǎo)體激光器單元(2)沿慢軸方向等 間距排列于一維線段上組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)，其特征在 于所述的光楔陣列(5)中的各個(gè)光楔偏向角的數(shù)值是一組從-到+0.5&的等差數(shù)列，其中&為快軸方向的照明視場(chǎng)角，公差為&除以半導(dǎo)體激光器線陣 列數(shù)目減去一后的商，偏向角組合順序任意。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)，其特征在 于所述的半導(dǎo)體激光器線陣列(3)的線方向長(zhǎng)度尺寸L、所述的柱面透鏡(6)的 有效焦距F和慢軸方向照明視場(chǎng)角&的關(guān)系滿足公式<formula>formula see original document page 2</formula>
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)，其特征在 于所述的半導(dǎo)體激光器線陣列(3)與所述的柱面透鏡(6)的物距Z)x滿足關(guān)系式<formula>formula see original document page 2</formula>其中"為照明均勻系數(shù)，取小于0.5的正數(shù)，F(xiàn)為所述的柱面透鏡的有效焦 距，臉為每個(gè)所述的半導(dǎo)體激光器線陣列中所述的半導(dǎo)體激光單元數(shù)目，L為 所述的半導(dǎo)體激光器線陣的長(zhǎng)度尺寸，《,為所述的半導(dǎo)體激光單元未整形前的光束慢軸發(fā)散角。
6. —種半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)，其特征在于包括由多個(gè)帶快 軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列(7)兩端對(duì)齊等間距排列在一個(gè) 幾何面形基座(8)上組成的半導(dǎo)體激光器二維陣列和柱面透鏡(6);所述的半導(dǎo)體 激光器二維陣列、柱面透鏡(6)沿激光傳播方向依序排列，其中柱面透鏡(6)母線 與帶快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列(7)垂直且柱面透鏡(6 ) 光軸與帶快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列(7)的中垂線重合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)，其特征在 于所述的帶快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列(7)，由多個(gè)半 導(dǎo)體激光器單元(2)沿慢軸方向等間距排列于一維線段上組成，所述的微柱面透 鏡的光軸始終在對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體激光器線陣列的激光傳播軸線上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)，其特征在 于所述的幾何面形基座(8)是一個(gè)與快軸視場(chǎng)角&等弧度的凸圓柱面或者凹圓 柱面，所述的帶快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列(7)等間距置 于凸圓柱面或者凹圓柱面上且保持激光傳播軸線與圓柱面徑向一致；所述的幾 何面形基座(8)或是一個(gè)與照明視場(chǎng)快軸視場(chǎng)角&等弧度的凸圓柱面或者凹圓柱 面被帶快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線陣列(7)總數(shù)目等分后切去 弧面的等多角直柱面，所述的帶快軸發(fā)散角壓縮微柱面透鏡的半導(dǎo)體激光器線 陣列(7)分別置于等多角直柱面的各個(gè)面的中心且保持激光傳播軸線與各面法線 方向一致。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)，其特征在 于所述的半導(dǎo)體激光器線陣列的線方向長(zhǎng)度尺寸L、所述的柱面透鏡(6)的有 效焦距F和慢軸方向照明視場(chǎng)角&的關(guān)系滿足公式<formula>formula see original document page 3</formula>
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)，其特征在 于所述的半導(dǎo)體激光器線陣列與所述的柱面透鏡(6)的物距D;c滿足下面的關(guān)系 式<formula>formula see original document page 4</formula> 其中"為照明均勻系數(shù)，取小于0.5的正數(shù)，F(xiàn)為所述的柱面透鏡的有效焦 距，臉為每個(gè)所述的半導(dǎo)體激光器線陣列中所述的半導(dǎo)體激光單元數(shù)目，L為 所述的半導(dǎo)體激光器線陣的長(zhǎng)度尺寸，&為所述的半導(dǎo)體激光單元未整形前的 光束慢軸發(fā)散角。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)。包括半導(dǎo)體激光器陣列，對(duì)快軸光束發(fā)散角進(jìn)行變換的光學(xué)系統(tǒng)，在快軸方向上對(duì)光束進(jìn)行角度偏轉(zhuǎn)的裝置和對(duì)慢軸發(fā)散角進(jìn)行變換且在慢軸方向上對(duì)光束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的光學(xué)系統(tǒng)。其要點(diǎn)是通過(guò)控制各個(gè)激光單元的光束傳播軸線分別在快軸和慢軸方向上的偏轉(zhuǎn)程度，在遠(yuǎn)場(chǎng)形成一種多個(gè)激光單元的高斯光束部分重合疊加的效果，從而構(gòu)造符合視場(chǎng)要求的照明光束。本發(fā)明具有效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可集成實(shí)用的特點(diǎn)，特別適用于作為面陣成像激光雷達(dá)和激光主動(dòng)照明探測(cè)系統(tǒng)的照明光源。
文檔編號(hào)F21K99/00GK101545582SQ200910098179
公開(kāi)日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2009年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月5日
發(fā)明者嚴(yán)惠民, 姜燕冰, 張秀達(dá) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)