專利名稱：實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器及光場(chǎng)拼接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光器，尤其是一種實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器及單元拼接方法。
背景技術(shù)：
近幾年來(lái)激光照明成像技術(shù)發(fā)展迅速，尤其是主動(dòng)激光照明成像技術(shù)在工業(yè)、軍事領(lǐng)域已獲得長(zhǎng)足的發(fā)展。主動(dòng)激光照明成像技術(shù)的原理與激光雷達(dá)工作原理基本相同，以近紅外激光器作為照明光源，在低照度情況下，對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)探測(cè)成像。根據(jù)照明光源的發(fā)光形式不同，主動(dòng)激光照明成像系統(tǒng)可分為連續(xù)激光照明成像系統(tǒng)和脈沖照明成像系統(tǒng)。連續(xù)激光照明成像系統(tǒng)采用連續(xù)半導(dǎo)體激光器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照明、采用普通近紅外CXD成像，獲取目標(biāo)的圖像信息，其主要劣勢(shì)在于作用距離近，無(wú)法解決大氣后向散射問(wèn)題。脈沖激光照明成像系統(tǒng)采用脈沖固體激光器或脈沖半導(dǎo)體激光器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照明，采用距離選通相機(jī)成像，作用距離相對(duì)較遠(yuǎn)，可以有效消除大氣后向散射，近年來(lái)得到各國(guó)軍方的高度重視，發(fā)展很快。半導(dǎo)體激光器在慢軸和快軸方向上固有的光場(chǎng)分布不對(duì)稱性，致使在照明時(shí)必須配合相應(yīng)的整形透鏡來(lái)使用。當(dāng)激光器輸出功率需求較高時(shí)，發(fā)光單元數(shù)量增加，發(fā)光面積相應(yīng)增大。此時(shí)要取得理想的光束整形效果，整形透鏡的物理尺寸需要遠(yuǎn)大于發(fā)光區(qū)的物理尺寸。因此，在光源體積受限的情況下，無(wú)法通過(guò)常規(guī)光束擴(kuò)束整形的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)大角度范圍均勻照射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器及單元拼接方法
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是 技術(shù)方案一(本發(fā)明半導(dǎo)體激光器的技術(shù)方案)
一種實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器，其特征在于包括上表面為弧面的底座和至少一組在快軸方向上排列的激光器陣列單元組；所述激光器陣列單元組由至少一個(gè)在慢軸方向上排列的激光器陣列單元組成；所述激光器陣列單元組的數(shù)目為激光器在快軸方向上照射要求角度/巴條的慢軸半高全寬角度；激光器陣列單元組中激光器陣列單元數(shù)目激光器在慢軸方向上照射要求角度/巴條的慢軸半高全寬角度；
所述激光器陣列單元包括三角楔形管座、位于所述管座上斜面的半導(dǎo)體激光器芯組、 兩條自半導(dǎo)體激光器芯組兩端引出的電極引線和覆在所述半導(dǎo)體激光器芯組上的石英散射片；所述管座上斜面與底面所成夾角為α ；所述激光器陣列單元通過(guò)電極串聯(lián)；所述三角楔形管座的夾角α為所述巴條的快軸半高全寬角度的余角；
所述半導(dǎo)體激光器芯組由至少兩條橫向排列的巴條和至少一塊熱沉組成；所述熱沉位于相鄰巴條之間；所述半導(dǎo)體激光器芯組的寬度由所述巴條的長(zhǎng)度決定；所述半導(dǎo)體激光器芯組中包括的巴條數(shù)目為激光器要求的總輸出功率/每個(gè)巴條的輸出功率；
所述三角楔形管座的夾角α為巴條的快軸半高全寬角度的余角。所述底座的弧度由激光器慢軸方向上相鄰激光器陣列單元發(fā)光法線所呈夾角的角度決定，所述相鄰激光器陣列單元發(fā)光法線所呈夾角的角度在數(shù)值上等于巴條的慢軸半高全寬角度； 所述激光器陣列單元固定在所述底座上。所述的實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述底座上設(shè)有與激光器陣列單元組數(shù)相適應(yīng)的螺紋孔，所述管座的頂端和尾端分別設(shè)有與所述螺紋孔相配合的通孔；所述激光器陣列單元借助于螺紋孔和通孔固定在所述底座上。所述的實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述底座兩側(cè)面下部分別設(shè)有的一個(gè)支耳；所述支耳設(shè)有與其他部件連接孔。所述實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述巴條波長(zhǎng)參數(shù)為近紅外波長(zhǎng)。技術(shù)方案二 (本發(fā)明半導(dǎo)體激光器的單元拼接技術(shù)方案)
實(shí)實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器的光場(chǎng)拼接的方法，其特征在于按照下述步驟進(jìn)行
1)計(jì)算激光器陣列單元組的數(shù)目激光器在快軸方向上照射要求角度/激光器慢軸半高全寬角度；
2)確定三角楔形管座的夾角α:為所述激光器快軸半高全寬角度的余角；
3)計(jì)算半導(dǎo)體激光器芯組中包括的巴條數(shù)目激光器要求的總輸出功率/每個(gè)巴條的輸出功率；
4)計(jì)算激光器陣列單元組中激光器陣列單元數(shù)目激光器在慢軸方向上照射要求角度 /巴條在慢軸方向上照射角度；
5)確定底座的相鄰裝配平面間的法線夾角的角度相鄰半導(dǎo)體激光器陣列單元法線之間所呈夾角的角度均相等，為所述巴條的慢軸半高全寬角度。本發(fā)明的有益效果在于
1、本發(fā)明專利通過(guò)外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)空間光場(chǎng)拼接的思路，應(yīng)用不同角度、不同數(shù)量的激光陣列排布和照射方式，配合采用特制陣列石英窗，得到較大并且均勻輻射范圍；同時(shí)通過(guò)多只激光器巴條的光強(qiáng)度疊加，結(jié)合相應(yīng)的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得光源達(dá)到較高的輻射功率同時(shí)具備較窄的光譜寬度。2、本發(fā)明專利充分利用半導(dǎo)體激光器兩個(gè)方向光場(chǎng)不對(duì)稱特性，在激光器慢軸和快軸方向分別采用不同數(shù)量的激光器陣列進(jìn)行拼接，并配合采用特定的曲面支架和特定角度的單元陣列，以實(shí)現(xiàn)快軸和慢軸方向發(fā)散角度相當(dāng)、輻射均勻的大角度、高功率光源照明。3、本發(fā)明用以替代原有脈沖氙燈，并應(yīng)用于某照明成像系統(tǒng)的高功率、大角度均勻輻照的紅外半導(dǎo)體激光光源。


圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2本發(fā)明激光器陣列單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本發(fā)明激光器陣列單元的左視圖； 圖4本發(fā)明底座的結(jié)構(gòu)示意圖。1底座2激光器陣列單元3支耳4連接孔5螺紋孔
21巴條22熱沉23通孔M管座25電極引線27石英散射片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 (本發(fā)明所述半導(dǎo)體激光器的實(shí)施例，參見(jiàn)圖1-圖3)
一種實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器，其特征在于包括上表面為弧面的底座1和至少一組在快軸方向上排列的激光器陣列單元組；所述激光器陣列單元組由至少一個(gè)在慢軸方向上排列的激光器陣列單元2組成；所述激光器陣列單元組的數(shù)目為激光器在快軸方向上照射要求角度/巴條21的慢軸半高全寬角度；激光器陣列單元組中激光器陣列單元2 數(shù)目激光器在慢軸方向上照射要求角度/巴條21的慢軸半高全寬角度；
所述激光器陣列單元包括三角楔形管座M、位于所述管座上斜面的半導(dǎo)體激光器芯組、兩條自半導(dǎo)體激光器芯組兩端引出的電極引線25和覆在所述半導(dǎo)體激光器芯組上的石英散射片26;所述管座上斜面與底面所成夾角為α ；所述激光器陣列單元通過(guò)電極串聯(lián)；所述三角楔形管座的夾角α為所述巴條21的快軸半高全寬角度的余角；
所述半導(dǎo)體激光器芯組由至少兩條橫向排列的巴條21和至少一塊熱沉22組成；所述熱沉22位于相鄰巴條21之間；所述半導(dǎo)體激光器芯組的寬度由所述巴條21的長(zhǎng)度決定； 所述半導(dǎo)體激光器芯組中包括的巴條數(shù)目為激光器要求的總輸出功率/每個(gè)巴條的輸出功率；
所述三角楔形管座的夾角α為巴條21的快軸半高全寬角度的余角。所述底座的弧度由激光器慢軸方向上相鄰激光器陣列單元2發(fā)光法線所呈夾角的角度決定，所述相鄰激光器陣列單元2發(fā)光法線所呈夾角的角度在數(shù)值上等于巴條21的慢軸半高全寬角度； 所述激光器陣列單元2固定在所述底座1上。所述的實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述底座1上設(shè)有與激光器陣列單元組數(shù)相適應(yīng)的螺紋孔5，所述管座M的頂端和尾端分別設(shè)有與所述螺紋孔相配合的通孔23 ；所述激光器陣列單元2借助于螺紋孔和通孔固定在所述底座1上。所述的實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述底座1兩側(cè)面下部分別設(shè)有的一個(gè)支耳3 ；所述支耳3設(shè)有與其他部件連接孔4。所述實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述巴條波長(zhǎng)參數(shù)為近紅外波長(zhǎng)。在本實(shí)施例中，激光器在快軸和慢軸方向的照射角度均要求70度，要求發(fā)光功率 8800瓦；所選巴條在快軸方向的半高全寬角度為35度，在慢軸方向的半高全寬角度為6. 5 度，發(fā)光功率40瓦包括激光器陣列單元組兩組，每組激光器陣列單元組由11個(gè)激光器陣列單元組成。三角楔形管座所呈角度α為35度，底座慢軸方向上相鄰半導(dǎo)體激光器陣列單元之間所呈夾角的角度法線之間所呈夾角的角度為6. 5度。所述巴條的發(fā)光功率40瓦。每個(gè)激光器陣列單元中包含10個(gè)巴條。實(shí)施例2 (本發(fā)明所述半導(dǎo)體激光器的元拼接方法實(shí)施例，參見(jiàn)圖1一3)
實(shí)實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器的光場(chǎng)拼接的方法，其特征在于按照下述步驟1)計(jì)算激光器陣列單元組的數(shù)目激光器在快軸方向上照射要求角度/激光器慢軸半高全寬角度；
2)確定三角楔形管座的夾角α:為所述激光器快軸半高全寬角度的余角；
3)計(jì)算半導(dǎo)體激光器芯組中包括的巴條21數(shù)目激光器要求的總輸出功率/每個(gè)巴條的輸出功率；
4)計(jì)算激光器陣列單元組中激光器陣列單元2數(shù)目激光器在慢軸方向上照射要求角度/巴條在慢軸方向上照射角度；
5)確定底座1的相鄰裝配平面間的法線夾角的角度相鄰半導(dǎo)體激光器陣列單元法線之間所呈夾角的角度均相等，為所述巴條21的慢軸半高全寬角度。 在本實(shí)施例中，激光器在快軸和慢軸方向的照射角度均要求70度，要求發(fā)光功率 8800瓦；所選巴條在快軸方向的半高全寬角度為35度，在慢軸方向的半高全寬角度為6. 5 度，發(fā)光功率40瓦。按照光場(chǎng)拼接方法，計(jì)算得出激光器陣列單元組的數(shù)目為70/2=2組， 三角楔形管座所呈角度α為35度，每組激光器陣列單元組包括激光器陣列單元數(shù)目為 70/6. 5=11個(gè)，底座上，相鄰半導(dǎo)體激光器芯陣列單元之間所呈夾角的角度法線之間所呈夾角的角度為6. 5度。每個(gè)激光器陣列單元中包含10個(gè)巴條。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器，其特征在于包括上表面為弧面的底座 (1)和至少一組在快軸方向上排列的激光器陣列單元組；所述激光器陣列單元組由至少一個(gè)在慢軸方向上排列的激光器陣列單元(2)組成；所述激光器陣列單元組的數(shù)目為激光器在快軸方向上照射要求角度/巴條(21)的慢軸半高全寬角度；激光器陣列單元組中激光器陣列單元(2)數(shù)目激光器在慢軸方向上照射要求角度/巴條(21)的慢軸半高全寬角度；所述激光器陣列單元包括三角楔形管座(24)、位于所述管座上斜面的半導(dǎo)體激光器芯組、兩條自半導(dǎo)體激光器芯組兩端引出的電極引線(25)和覆在所述半導(dǎo)體激光器芯組上的石英散射片(26);所述管座上斜面與底面所成夾角為α ；所述激光器陣列單元通過(guò)電極串聯(lián)；所述三角楔形管座的夾角α為所述巴條(21)的快軸半高全寬角度的余角；所述半導(dǎo)體激光器芯組由至少兩條橫向排列的巴條(21)和至少一塊熱沉(22)組成； 所述熱沉(22)位于相鄰巴條(21)之間；所述半導(dǎo)體激光器芯組的寬度由所述巴條(21)的長(zhǎng)度決定；所述半導(dǎo)體激光器芯組中包括的巴條數(shù)目為激光器要求的總輸出功率/每個(gè)巴條的輸出功率；所述三角楔形管座的夾角α為巴條(21)的快軸半高全寬角度的余角；所述底座的弧度由激光器慢軸方向上相鄰激光器陣列單元(2)發(fā)光法線所呈夾角的角度決定，所述相鄰激光器陣列單元(2)發(fā)光法線所呈夾角的角度在數(shù)值上等于巴條(21)的慢軸半高全寬角度；所述激光器陣列單元(2)固定在所述底座(1)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述底座 (1)上設(shè)有與激光器陣列單元組數(shù)相適應(yīng)的螺紋孔(5)，所述管座04)的頂端和尾端分別設(shè)有與所述螺紋孔相配合的通孔(23)；所述激光器陣列單元(2)借助于螺紋孔和通孔固定在所述底座(1)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述底座 (1)兩側(cè)面下部分別設(shè)有的一個(gè)支耳(3);所述支耳(3)設(shè)有與其他部件連接孔(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述巴條波長(zhǎng)參數(shù)為近紅外波長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器的光場(chǎng)拼接的方法，其特征在于按照下述步驟進(jìn)行1)計(jì)算激光器陣列單元組的數(shù)目激光器在快軸方向上照射要求角度/巴條(21)的慢軸半高全寬角度；2)確定三角楔形管座的夾角α為所述巴條(21)的快軸半高全寬角度的余角；3)計(jì)算半導(dǎo)體激光器芯組中包括的巴條數(shù)目激光器要求的總輸出功率/每個(gè)巴條的輸出功率；4)計(jì)算激光器陣列單元組中激光器陣列單元(2)數(shù)目激光器在慢軸方向上照射要求角度/巴條(21)的慢軸半高全寬角度；5)確定底座(1)的相鄰裝配平面間的法線夾角的角度相鄰半導(dǎo)體激光器陣列單元法線之間所呈夾角的角度均相等，為所述巴條(21)的慢軸半高全寬角度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)大角度均勻照射的半導(dǎo)體激光器及其光場(chǎng)拼接的方法。所述半導(dǎo)體激光器包括上表面為弧面的底座和至少一組激光器陣列單元組；所述激光器陣列單元組至少包括一個(gè)激光器陣列單元。所述激光器陣列單元包括三角楔形管座、位于所述管座上表面的半導(dǎo)體激光器芯組、兩條自半導(dǎo)體激光器芯組兩端引出的電極引線和覆在所述半導(dǎo)體激光器芯組上的石英散射片。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是充分利用半導(dǎo)體激光器兩個(gè)方向光場(chǎng)不對(duì)稱特性，在激光器慢軸和快軸方向分別采用不同數(shù)量的激光器陣列進(jìn)行拼接，配合特定的曲面支架和特定角度的單元陣列，實(shí)現(xiàn)快軸和慢軸方向發(fā)散角度相當(dāng)、輻射均勻的大角度、高功率光源照射。
文檔編號(hào)H01S5/40GK102263375SQ20111016594
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者安振峰, 常會(huì)增, 徐會(huì)武, 王曉燕, 趙潤(rùn), 閆立華, 陳宏泰 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所