[发明专利]半导体激光器阵列光束整形照明系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器阵列光束整形照明系统。

背景技术

半导体激光器阵列为了获得集成大功率输出，利用半导体激光器单元利用串并联形式组成的半导体激光输出模块，具有输出功率高、光电转换效率高、激光强度调制方便、体积小、寿命长等特点，非常适合作为面阵成像激光雷达和激光探测系统的主动照明光源。

半导体激光器激光器具有特殊谐振腔结构和工作方式，使得光束的空间分布具有不对称性，在垂直于结平面的方向上(快轴方向)具有40度左右的发散角，在平行于结平面的方向上(慢轴方向)具有8度左右的发散角，且在各自的发散角内光强不均匀。集成后的半导体激光器堆叠阵列的远场光束也具有类似的空间分布特性，远场光强在快轴方向呈现基模高斯分布，而慢轴方向一般呈现厄米高斯分布。要达到好的主动照明效果，要求在照明视场角度内光强分布均匀，要达到高的主动照明光能利用效率，需要约束照明光束仅出现在照明视场角内。因此把半导体激光器阵列应用于照明用途，就必须采用光束整形照明系统来对原始的激光光束进行整形。目前，随着半导体激光器阵列在主动探测系统中应用的不断增多，对半导体激光器阵列光束整形照明技术的要求也在不断提高。

目前针对半导体激光器阵列的光束整形照明技术主要有两大类方法。在小视场(3度×3度以下)照明用途中，一般采用准直光学系统，在快轴方向和慢轴方向加微透镜阵列，对发散角度都进行准直压缩以获得小的发散角，这种方法的缺点是照明视场光强仍然呈现高斯分布，不均匀。在大视场照明系统，一般是先把光束模式转变为均匀光再扩束照明到需要的视场上，如先将半导体激光器堆叠的光耦合到多模光纤中，利用光纤多次反射的混光效果，在光纤输出端获得光强均匀化和模式对称化，再经光学系统投影到照明区域。由于该类方法把阵列的光耦合到光纤或者其它混光筒中，而这个过程技术难度高且耦合效率低，制作成本高，作为照明系统也不是十分理想。

发明内容

为克服现有的半导体激光器阵列光束整形照明系统效率不高、结构复杂、不易集成、制作成本高的缺点，本发明的目的在于提供了一种半导体激光器阵列光束整形照明系统，该系统可显著地提高激光照明的光能利用效率，并且具有结构简单、制作成本低以及可多组模块集成使用以实现超大功率照明的特点。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：

一、一种半导体激光器阵列光束整形照明系统：

包括由多个半导体激光器线阵列两端对齐等间距平行排列在一个平面上组成的半导体激光器二维阵列，微柱面透镜阵列，光楔阵列和柱面透镜；所述的半导体激光器二维阵列、微柱面透镜阵列、光楔阵列、柱面透镜沿激光传播方向依序排列，其中微柱面透镜阵列的各个微柱面透镜母线与半导体激光器线阵列的线方向平行且一一对应对准排列，光楔阵列中的单元光楔与半导体激光器线阵列一一对应对准排列，柱面透镜母线与半导体激光器线阵列垂直且柱面透镜光轴与半导体激光器线阵列的中垂线重合。

所述的半导体激光器线阵列，由多个半导体激光器单元沿慢轴方向等间距排列于一维线段上组成。

所述的光楔阵列中的各个光楔偏向角的数值是一组从-0.5θ_IF到+0.5θ_IF的等差数列，其中θ_IF为快轴方向的照明视场角，公差为θ_IF除以半导体激光器线阵列数目减去一后的商，偏向角组合顺序任意。

二、另一种半导体激光器阵列光束整形照明系统：

包括由多个带快轴发散角压缩微柱面透镜的半导体激光器线阵列两端对齐等间距排列在一个几何面形基座上组成的半导体激光器二维阵列和柱面透镜；所述的半导体激光器二维阵列、柱面透镜沿激光传播方向依序排列，其中柱面透镜母线与带快轴发散角压缩微柱面透镜的半导体激光器线阵列垂直且柱面透镜光轴与带快轴发散角压缩微柱面透镜的半导体激光器线阵列的中垂线重合。

所述的带快轴发散角压缩微柱面透镜的半导体激光器线阵列，由多个半导体激光器单元沿慢轴方向等间距排列于一维线段上组成，所述的微柱面透镜的光轴始终在对应的半导体激光器线阵列的激光传播轴线上。