[发明专利]实现半导体激光光束匀化的微光学元件

说明书

技术领域

本发明属于半导体照明技术领域，涉及一种实现半导体激光光束匀化的微光学元件。

背景技术

随着半导体激光器性能的提高，以半导体激光器为基础的激光照明技术在安全防护监控领域应用越来越广泛。由于半导体激光器的光束为椭圆形高斯光束，水平和垂直方向的发散角不同，光斑不均匀。因此半导体激光器必须经过整形匀化后，才能用于夜间照明。

目前较为简单的整形技术是利用光学整形装置如光纤柱面镜，将激光光束水平和垂直发散角整成基本一致。但经过这种方法整形后的光束能量分布很不均匀，有明显的亮、暗条纹，需要进行匀化处理。而在匀化技术方面，大多采用毛玻璃，但是匀化效果不是很好，能量损失严重，在40％到50％左右。也有采用光纤的匀化方法，但光线匀化需要有光学耦合装置将激光器的光耦合到光纤中，成本高、装调复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光能利用率高、匀化效果好的实现半导体激光光束匀化的微光学元件。

为了解决上述技术问题，本发明的实现半导体激光光束匀化的微光学元件由多个密接排列的微结构单体构成；所述的微结构单体包括一前表面，一后表面；微结构单体的前表面为球面；多个微结构单体的球形前表面连续排列构成微光学元件的入射面，多个微结构单体的后表面连续排列构成微光学元件的出射面；微结构元件的入射面将整形后的半导体激光光束分割为多个子光束，各子光束在微结构单体内聚焦形成一系列点光源像；点光源像发出的光束经微结构单体后表面出射；各微结构单体后表面出射的发散光叠加到照明面上。

本发明的微光学元件的设计由于采用柯勒照明理论，具有以下突出优点：

1.微光学元件的入射面将整形后的激光光束汇聚形成一系列点光源像，照明面上的光是多个点光源像发出的发散光束叠加的结果。由于这种叠加是随机的，从而匀化了光束能量，在空间照明面上可以获得较均匀的照度。这就避免了由于空间照明面上能量不均匀，影响CCD相机的成像对比度，造成有的地方过亮、有的地方过暗。

2.由于微光学元件只有两个表面，激光光束反射次数少，光能损失小，能量传输效率可达90％以上(考虑反射损失、吸收损失以及由加工误差造成的损失等)，因而能够更为高效地利用激光能量。如果微光学元件双面镀增透膜，效率会更高，可达到98％以上。

3.本发明对于微结构单体前后表面的曲率半径没有严格的要求，对面型精度的要求也不高，这更有利于利用有机材料PMMA的注塑成型，大规模加工生产该聚光镜，从而大幅度降低照明系统成本。

本发明可以应用于半导体激光照明领域，实现激光照明器出射光束均匀化，使激光照明器更好的使用在公安、银行、监狱、森林、海事、铁路、机场等场所的夜间监控。

所述的微光学元件各微结构单体呈方形密接排列。

所述的微光学元件各微结构单体呈六方形密接排列。

所述微光学元件一维方向上微结构单体的数量N大于15。

所述各微结构单体前表面和后表面为曲率半径等于r的球形表面，微结构单体的厚度为t：

r=(n-1)dn(NAi)+NAo]]>

t=dNAi+dNAo]]>