一种二极管激光器阵列光源制造技术

本实用新型专利技术为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N束激光经过该匀光器件后，形成具有特定发散角的激光束，在1～10米的远场形成一个功率≥6w；均匀性≥90％高匀亮的光斑。本实用新型专利技术的匀光器件简单，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。

A diode laser array source

The utility model relates to a diode laser array light source, in which N diode lasers and their aspheric collimating lenses are embedded one by one in the N mounting holes of the metal heat sink, and cylindrical lenses are located on the top of each hole, which are opposite to a set of diode lasers and non-spherical collimating lenses, forming N laser emitting optical monomers. The top part of the metal heat sink is equipped with a uniform light element composed of irregular numerous microlenses. The N-beam laser emitted by N laser emitting optical monomers passes through the homogenizer, forming a laser beam with a specific divergence angle, and forming a power (>6w) in the far field of 1-10m and a uniform (>90%) bright spot. The utility model has the advantages of simple light-leveling device, high transmission efficiency, good uniformity of output light spot, no dark spot, low requirement for the quality of incident light beam and wide wavelength range.

【技术实现步骤摘要】
一种二极管激光器阵列光源
本技术涉及激光光电子
，具体为一种二极管激光器阵列光源。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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。本技术的匀光器件简单，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。本技术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。N个激光发射光学单体均相同。所述非球面准直透镜的顶部为非球面凸透镜，底部为直径相同的圆柱透镜，其直径大于二极管激光器外径，其光轴与二极管激光器的激光光束中心重合。所述柱面透镜顶面为凸曲面，前后两个侧面相互平行，左右两个侧面相互平行，且前后左右四个侧面均垂直于底面，底面为长方形平面，置于热沉上表面、压在热沉安装孔上，长方形的长度为热沉安装孔的孔径的6/5至4/3，其宽度为热沉安装孔孔径的2/3至4/5，非球面准直透镜的光轴延长线垂直通过其上方柱面透镜长方形中心。所述匀光器件的直径大于N个柱面透镜顶面外接圆的直径，匀光器件的厚度小于或等于2mm。匀光器件与柱面透镜顶面的距离为1mm～15mm。所述热沉顶面固接立环，立环的中心线与热沉的中心线重合，立环上沿比柱面透镜的顶面高3mm～25mm，其内环面为台阶面，下内环面的内径小于匀光器件外径、大于或等于N个柱面透镜顶面外接圆的直径，上内环面的内径大于匀光器件外径。匀光器件置于立环的下内环面的台阶上，且固定于热沉顶部的立环内。在立环的上内环面有螺纹，压圈的高度小于上内环面的高度，压圈的外壁有螺纹、与上内环面的螺纹相配合，压圈的内径大于或等于N个柱面透镜顶面外接圆的直径。压圈旋入热沉立环的上内环面，拧紧压住置于立环的下内环面的台阶上的匀亮器件，压圈的顶低于热沉顶部的立环上沿。与现有技术相比，本技术一种二极管激光器阵列光源的有益效果为：1、其输出功率是N个二极管激光器功率之和，提供满足需要的高功率激光；无规则排列的微透镜阵列片的匀光器件，每个微透镜是一个散射中心，准直光束经过不规则随机分布的多个微透镜，消除衍射，入射光束变化的影响小，产生具有特定发散角、特定轮廓(圆形、方形或者线状等)的均匀激光光束，避免零级亮斑，在1～10m的远场获得一个匀亮光斑；2、与匀光器件采用毛玻璃扩散片、乳色玻璃扩散片、衍射全息光栅传输效率或者导光棒或者液体光导管的光源相比，本光源在远场光斑的均匀性≥90％；3、冷却装置简单，不需要复杂的水冷冷却装置；体积小，便携，并且封装工艺简单，成本低；4、激光传输效率高，传输效率≥90％；对二极管激光器光束质量要求不高，波长范围宽，易于推广应用。附图说明图1本二极管激光器阵列光源实施例的剖面结构示意图；图2本二极管激光器阵列光源实施例的二极管激光器阵列的俯视图；图3图1中匀光器件的微透镜阵列放大示意图；图4本二极管激光器阵列光源实施例的光学系统示意图；图5本二极管激光器阵列光源实施例的特殊轮廓线形光斑示意图；图6本二极管激光器阵列光源实施例的特殊轮廓方形光斑示意图；图7本二极管激光器阵列光源实施例的特殊轮廓圆形光斑示意图。图中标号为:1、热沉，2、二极管激光器，3、非球面准直透镜，4、柱面透镜，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二极管激光器阵列光源，包括N个二极管激光器(2)，N为3至20的整数；每个二极管激光器(2)配有一个非球面准直透镜(3)以及一个柱面透镜(4)，组成一个激光发射光学单体；金属的热沉(1)上有与二极管激光器(2)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(2)及其非球面准直透镜(3)一一嵌入热沉(1)的N个安装孔内，柱面透镜(4)位于热沉(1)上表面，每个柱面透镜(4)与一套二极管激光器(2)和非球面准直透镜(3)相对；N个激光发射光学单体的光轴之间的平行度≤0.1mrad；其特征在于：所述N个柱面透镜(4)的顶部固定一个片形匀光器件(5)，匀光器件(5)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(5)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％的光斑；所述匀光器件(5)为无规则排列的微透镜阵列片，匀光器件(5)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(4)顶面。

【技术特征摘要】
1.一种二极管激光器阵列光源，包括N个二极管激光器(2)，N为3至20的整数；每个二极管激光器(2)配有一个非球面准直透镜(3)以及一个柱面透镜(4)，组成一个激光发射光学单体；金属的热沉(1)上有与二极管激光器(2)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(2)及其非球面准直透镜(3)一一嵌入热沉(1)的N个安装孔内，柱面透镜(4)位于热沉(1)上表面，每个柱面透镜(4)与一套二极管激光器(2)和非球面准直透镜(3)相对；N个激光发射光学单体的光轴之间的平行度≤0.1mrad；其特征在于：所述N个柱面透镜(4)的顶部固定一个片形匀光器件(5)，匀光器件(5)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(5)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％的光斑；所述匀光器件(5)为无规则排列的微透镜阵列片，匀光器件(5)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(4)顶面。2.根据权利要求1所述的二极管激光器阵列光源，其特征在于：所述金属的热沉(1)为导热良好的银热沉、或铜热沉、或铝热沉。3.根据权利要求1所述的二极管激光器阵列光源，其特征在于：所述N个激光发射光学单体均相同。4.根据权利要求1所述的二极管激光器阵列光源，其特征在于：所述非球面准直透镜(3)的顶部为非球面凸透镜，底部为直径相同的圆柱透镜，其直径大于二极管激光器(2)外径，其光轴与二极管激光器(2)的激光光束中心重合。5.根据权利要求1所述的二极管激光器...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建军，杨乾远，邱仁和，农学勤，马拥华，申永，甘润，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十四研究所，
类型：新型
国别省市：广西,45