[发明专利]一种二极管激光器阵列光源

说明书

技术领域

本发明涉及激光光电子技术领域，具体为一种二极管激光器阵列光源。

背景技术

随着二极管激光器技术的发展，其已应用于多个领域，且对激光器光功率的要求越来越高。如，在刑侦技侦领域的物证搜索过程中，为了提高生物检材激发荧光的强度以及对比度，需要采用更高功率的激光进行激发。目前获得高功率激光的方法常见有如下3种：1、提高单个二极管激光器的输出功率；2、采用单个二极管激光器列阵；3、采用多个光纤耦合的二极管激光器合束。方法1要求二极管激光器件有新的发展、输出功率有根本性的提高，在短时间内难以实现，由研发费用来看性价比过低。方法2采用单个二极管激光器列阵对冷却装置要求高，传统的水冷结构复杂，体积大且笨重，同时成本高。方法3多个二极管激光器发出的激光经光纤耦合合束得到高功率的激光束，使用和维护方便，但相关设施的生产工艺的要求高，故成本高，而且传输效率低，整体体积大难以安装使用。

为此，本申请人提出了“一种多个二极管激光器列阵封装结构”的专利申请，此方案N个二极管激光器及其非球面准直透镜一一嵌于金属热沉的N个安装孔内，柱面透镜位于各孔顶面，与一套二极管激光器和非球面准直透镜相对，构成一个激光发射光学单体。该封装结构输出功率是N个二极管激光器功率之和，保证多个激光发射光学单体的组合具有小的发散角与平行度；冷却装置简单，激光传输效率高、体积小。但光束的均匀性无法保证。

随着技术的进步，各领域不仅要求激光器光功率高，还要求改进激光束光斑的均匀性。如刑侦技侦领域的生物检材需要采用高功率且均匀的激光才能适当激发检材荧光的强度以及对比度，以得到准确结果。

目前获得均匀激光光斑的常见方法及缺陷如下：

A、采用毛玻璃扩散片或者乳色玻璃扩散片；传输效率低，光斑均匀性差，尤其是采用激光光源时缺陷更明显；

B、采用衍射全息光栅；其传输效率可以达到90％，但透过的激光光束的匀光效果差；

C、采用微透镜阵列组合；系统复杂，成本高，且只能在焦平面上获得均匀光斑；

D、采用导光棒或者液体光导管；均匀性高，但系统复杂，相关设施的生产工艺的要求高，且传输效率低。

总之，目前尚未有提供高匀亮激光光束、同时成本低、便于实用的的光源装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种二极管激光器阵列光源，N个二极管激光器及其非球面准直透镜一一嵌于金属热沉的N个安装孔内，柱面透镜位于各孔顶面，与一套二极管激光器和非球面准直透镜相对，构成N个激光发射光学单体。在金属热沉的顶面配有一个由不规则的无数微透镜构成的匀光器件。N个激光发射光学单体发出的激光束经过该匀光器件后，形成具有特定发散角的一激光光束，本光源输出的激光光束在远场形成一个高匀亮的光斑。本发明的匀光器件简单，传输效率高；输出光斑均匀性好，无暗斑；对入射光束质量要求不高，波长范围宽。

本发明设计的一种二极管激光器阵列光源包括N个二极管激光器，N为3至20的整数。每个二极管激光器配有一个非球面准直透镜以及一个柱面透镜，组成一个激光发射光学单体。金属的热沉上有与二极管激光器相配合的均布的N个安装孔，N个孔的中心线相互平行，N个二极管激光器及其非球面准直透镜一一嵌入热沉的N个安装孔内，柱面透镜位于热沉上表面，每个柱面透镜与一套二极管激光器和非球面准直透镜相对。N个激光发射光学单体的光轴之间的平行度≤0.1mrad。N个柱面透镜的顶部固定一个片形匀光器件，匀光器件的片形平面与各激光发射光学单体的光轴垂直，N个激光发射光学单体的N束激光垂直照射在该匀光器件上，输出的激光束在1～10米的远场形成一个功率≥6w；均匀性≥90％的高匀亮光斑。

所述匀光器件为无规则排列的微透镜阵列片，匀光器件包括片形的基底和基底一侧的刻蚀层，透明的平片基底一侧的刻蚀层为激光刻蚀形成的多个直径和曲率半径不相同的微透镜无规则排列的微透镜阵列。基底的刻蚀层朝向各柱面透镜顶面。

二极管激光器发射激光光束，激光光束两个方向的发散角为一致或者为不一致。激光光束经过非球面准直透镜进行准直，同时压缩两个方向的光束发散角；然后激光光束再经过柱面透镜进行准直，再次压缩其中一个方向的光束发散角。经过两个透镜的两次光束准直，激光发射光学单体发出的激光光束发散角低于毫弧度(mrad)量级。各激光发射光学单体之间的平行度≤0.1mrad。各激光发射光学单体后经过上述匀光器件，形成具有特定发散角的一个激光光束，最终在1～10米的远场输出一个匀亮的光斑。

所述金属的热沉为导热良好的银、或铜、或铝热沉。