实现大角度均匀照射的半导体激光器及光场拼接方法

摘要

本发明公开了一种实现大角度均匀照射的半导体激光器及其光场拼接的方法。所述半导体激光器包括上表面为弧面的底座和至少一组激光器阵列单元组；所述激光器阵列单元组至少包括一个激光器阵列单元。所述激光器阵列单元包括三角楔形管座、位于所述管座上表面的半导体激光器芯组、两条自半导体激光器芯组两端引出的电极引线和覆在所述半导体激光器芯组上的石英散射片。本发明的优点是充分利用半导体激光器两个方向光场不对称特性，在激光器慢轴和快轴方向分别采用不同数量的激光器阵列进行拼接，配合特定的曲面支架和特定角度的单元阵列，实现快轴和慢轴方向发散角度相当、辐射均匀的大角度、高功率光源照射。

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光器，尤其是一种实现大角度均匀照射的半导体激光器及单元拼接方法。

背景技术

近几年来激光照明成像技术发展迅速，尤其是主动激光照明成像技术在工业、军事领域已获得长足的发展。

主动激光照明成像技术的原理与激光雷达工作原理基本相同，以近红外激光器作为照明光源，在低照度情况下，对远距离目标探测成像。根据照明光源的发光形式不同，主动激光照明成像系统可分为连续激光照明成像系统和脉冲照明成像系统。连续激光照明成像系统采用连续半导体激光器对目标进行照明、采用普通近红外CCD 成像，获取目标的图像信息，其主要劣势在于作用距离近，无法解决大气后向散射问题。脉冲激光照明成像系统采用脉冲固体激光器或脉冲半导体激光器对目标进行照明，采用距离选通相机成像，作用距离相对较远，可以有效消除大气后向散射，近年来得到各国军方的高度重视，发展很快。

半导体激光器在慢轴和快轴方向上固有的光场分布不对称性，致使在照明时必须配合相应的整形透镜来使用。当激光器输出功率需求较高时，发光单元数量增加，发光面积相应增大。此时要取得理想的光束整形效果，整形透镜的物理尺寸需要远大于发光区的物理尺寸。因此，在光源体积受限的情况下，无法通过常规光束扩束整形的技术来实现大角度范围均匀照射。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实现大角度均匀照射的半导体激光器及单元拼接方法

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

技术方案一（本发明半导体激光器的技术方案）

一种实现大角度均匀照射的半导体激光器，其特征在于包括上表面为弧面的底座和至少一组在快轴方向上排列的激光器阵列单元组；所述激光器阵列单元组由至少一个在慢轴方向上排列的激光器阵列单元组成；所述激光器阵列单元组的数目为激光器在快轴方向上照射要求角度/巴条的慢轴半高全宽角度；激光器阵列单元组中激光器阵列单元数目：激光器在慢轴方向上照射要求角度/巴条的慢轴半高全宽角度；

所述激光器阵列单元包括三角楔形管座、位于所述管座上斜面的半导体激光器芯组、两条自半导体激光器芯组两端引出的电极引线和覆在所述半导体激光器芯组上的石英散射片；所述管座上斜面与底面所成夹角为α；所述激光器阵列单元通过电极串联；所述三角楔形管座的夹角α为所述巴条的快轴半高全宽角度的余角；

所述半导体激光器芯组由至少两条横向排列的巴条和至少一块热沉组成；所述热沉位于相邻巴条之间；所述半导体激光器芯组的宽度由所述巴条的长度决定；所述半导体激光器芯组中包括的巴条数目为激光器要求的总输出功率/每个巴条的输出功率；

所述三角楔形管座的夹角α为巴条的快轴半高全宽角度的余角。所述底座的弧度由激光器慢轴方向上相邻激光器阵列单元发光法线所呈夹角的角度决定，所述相邻激光器阵列单元发光法线所呈夹角的角度在数值上等于巴条的慢轴半高全宽角度；

所述激光器阵列单元固定在所述底座上。

所述的实现大角度均匀照射的半导体激光器，其特征在于所述底座上设有与激光器阵列单元组数相适应的螺纹孔，所述管座的顶端和尾端分别设有与所述螺纹孔相配合的通孔；所述激光器阵列单元借助于螺纹孔和通孔固定在所述底座上。

所述的实现大角度均匀照射的半导体激光器，其特征在于所述底座两侧面下部分别设有的一个支耳；所述支耳设有与其他部件连接孔。

所述实现大角度均匀照射的半导体激光器，其特征在于所述巴条波长参数为近红外波长。

技术方案二（本发明半导体激光器的单元拼接技术方案）：

实实现大角度均匀照射的半导体激光器的光场拼接的方法，其特征在于按照下述步骤进行：

1）计算激光器阵列单元组的数目：激光器在快轴方向上照射要求角度/激光器慢轴半高全宽角度；

2）确定三角楔形管座的夹角α：为所述激光器快轴半高全宽角度的余角；

3）计算半导体激光器芯组中包括的巴条数目：激光器要求的总输出功率/每个巴条的输出功率；

4）计算激光器阵列单元组中激光器阵列单元数目：激光器在慢轴方向上照射要求角度/巴条在慢轴方向上照射角度；

5）确定底座的相邻装配平面间的法线夹角的角度：相邻半导体激光器阵列单元法线之间所呈夹角的角度均相等，为所述巴条的慢轴半高全宽角度。

本发明的有益效果在于：

1、本发明专利通过外形结构设计，通过空间光场拼接的思路，应用不同角度、不同数量的激光阵列排布和照射方式，配合采用特制阵列石英窗，得到较大并且均匀辐射范围；同时通过多只激光器巴条的光强度叠加，结合相应的散热结构设计，使得光源达到较高的辐射功率同时具备较窄的光谱宽度。

2、本发明专利充分利用半导体激光器两个方向光场不对称特性，在激光器慢轴和快轴方向分别采用不同数量的激光器阵列进行拼接，并配合采用特定的曲面支架和特定角度的单元阵列，以实现快轴和慢轴方向发散角度相当、辐射均匀的大角度、高功率光源照明。

3、本发明用以替代原有脉冲氙灯，并应用于某照明成像系统的高功率、大角度均匀辐照的红外半导体激光光源。

附图说明

图1 本发明的结构示意图；

图2 本发明激光器阵列单元的结构示意图；

图3 本发明激光器阵列单元的左视图；

图4 本发明底座的结构示意图。

1 底座  2 激光器阵列单元  3 支耳  4 连接孔  5 螺纹孔

21 巴条  22 热沉  23 通孔  24 管座  25 电极引线  27 石英散射片。

具体实施方式

实施例1（本发明所述半导体激光器的实施例，参见图1-图3）：

一种实现大角度均匀照射的半导体激光器，其特征在于包括上表面为弧面的底座1和至少一组在快轴方向上排列的激光器阵列单元组；所述激光器阵列单元组由至少一个在慢轴方向上排列的激光器阵列单元2组成；所述激光器阵列单元组的数目为激光器在快轴方向上照射要求角度/巴条21的慢轴半高全宽角度；激光器阵列单元组中激光器阵列单元2数目：激光器在慢轴方向上照射要求角度/巴条21的慢轴半高全宽角度；

所述激光器阵列单元包括三角楔形管座24、位于所述管座上斜面的半导体激光器芯组、两条自半导体激光器芯组两端引出的电极引线25和覆在所述半导体激光器芯组上的石英散射片26；所述管座上斜面与底面所成夹角为α；所述激光器阵列单元通过电极串联；所述三角楔形管座的夹角α为所述巴条21的快轴半高全宽角度的余角；

所述半导体激光器芯组由至少两条横向排列的巴条21和至少一块热沉22组成；所述热沉22位于相邻巴条21之间；所述半导体激光器芯组的宽度由所述巴条21的长度决定；所述半导体激光器芯组中包括的巴条数目为激光器要求的总输出功率/每个巴条的输出功率；

所述三角楔形管座的夹角α为巴条21的快轴半高全宽角度的余角。所述底座的弧度由激光器慢轴方向上相邻激光器阵列单元2发光法线所呈夹角的角度决定，所述相邻激光器阵列单元2发光法线所呈夹角的角度在数值上等于巴条21的慢轴半高全宽角度；

所述激光器阵列单元2固定在所述底座1上。

所述的实现大角度均匀照射的半导体激光器，其特征在于所述底座1上设有与激光器阵列单元组数相适应的螺纹孔5，所述管座24的顶端和尾端分别设有与所述螺纹孔相配合的通孔23；所述激光器阵列单元2借助于螺纹孔和通孔固定在所述底座1上。

所述的实现大角度均匀照射的半导体激光器，其特征在于所述底座1两侧面下部分别设有的一个支耳3；所述支耳3设有与其他部件连接孔4。

所述实现大角度均匀照射的半导体激光器，其特征在于所述巴条波长参数为近红外波长。

在本实施例中，激光器在快轴和慢轴方向的照射角度均要求70度，要求发光功率8800瓦；所选巴条在快轴方向的半高全宽角度为35度，在慢轴方向的半高全宽角度为6.5度，发光功率40瓦包括激光器阵列单元组两组，每组激光器阵列单元组由11个激光器阵列单元组成。三角楔形管座所呈角度α为35度，底座慢轴方向上相邻半导体激光器阵列单元之间所呈夹角的角度法线之间所呈夹角的角度为6.5度。所述巴条的发光功率40瓦。每个激光器阵列单元中包含10个巴条。

实施例2（本发明所述半导体激光器的元拼接方法实施例，参见图1—3）：

实实现大角度均匀照射的半导体激光器的光场拼接的方法，其特征在于按照下述步骤进行：

1）计算激光器阵列单元组的数目：激光器在快轴方向上照射要求角度/激光器慢轴半高全宽角度；

2）确定三角楔形管座的夹角α：为所述激光器快轴半高全宽角度的余角；

3）计算半导体激光器芯组中包括的巴条21数目：激光器要求的总输出功率/每个巴条的输出功率；

4）计算激光器阵列单元组中激光器阵列单元2数目：激光器在慢轴方向上照射要求角度/巴条在慢轴方向上照射角度；

5）确定底座1的相邻装配平面间的法线夹角的角度：相邻半导体激光器阵列单元法线之间所呈夹角的角度均相等，为所述巴条21的慢轴半高全宽角度。

在本实施例中，激光器在快轴和慢轴方向的照射角度均要求70度，要求发光功率8800瓦；所选巴条在快轴方向的半高全宽角度为35度，在慢轴方向的半高全宽角度为6.5度，发光功率40瓦。按照光场拼接方法，计算得出激光器阵列单元组的数目为70/2=2组，三角楔形管座所呈角度α为35度，每组激光器阵列单元组包括激光器阵列单元数目为70/6.5=11个，底座上，相邻半导体激光器芯阵列单元之间所呈夹角的角度法线之间所呈夹角的角度为6.5度。每个激光器阵列单元中包含10个巴条。