基于VCSEL激光二极管组成的光学装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于VCSEL激光二极管组成的光学装置，该系统包括VCSEL激光二极管、匀化器件、透镜座和光学透镜；VCSEL芯片阵列发射激光后经过匀化器件，由匀化器件的对该发射激光进行一次高斯光整形或匀化，使其照射在目标物上；再通过光学透镜对目标物透射的光线做二次高斯光整形或匀化；二次高斯光整形或匀化后改变光束的均匀性使光束呈聚焦或扩束状态；且通过移动光学透镜做移动来改变光束发散角的大小。本实用新型专利技术运用光学系统可使其光束重排和控制激光光束发散角，从而实现透过率与均匀性提高的同时再根据其螺纹可变镜座结构，可实现手动对其光斑大小的实时调节，以实现不同的角度。

【技术实现步骤摘要】
基于VCSEL激光二极管组成的光学装置
本技术涉及半导体激光器
，尤其涉及一种基于VCSEL激光二极管组成的光学装置。
技术介绍
在过去十年间，在半导体激光器领域，基于GaAs材料的边发射半导体激光器一直占据统治地位，并广泛应用于工业、医疗、科研等领域。然而，边发射半导体激光器却存在其致命的缺陷，虽然其预期寿命长达数万小时，但是边射型激光由于其一为单点激光光源，在热导传递及其激光人眼安全方面都完全不能达到相应的技术要求，由于其导热性能达不到在60度以上环境下工作，或工作后造成永久失效的原因，造成应用领域受限；同时由于其采用单点激光光源，在光学匀化处理方面借助于毛玻璃加直流电机旋转的技术，有可能造成电机机械失效，光束匀化后有燥点，从而影响光束质量，再者，由于其增加其材料（直流电机或毛玻璃）使成本为本产品的5-10倍，因此，需要提供一种新的可用于工业领域的半导体激光器。在半导体激光器领域，根据发光方向与激光芯片所在垂直平面的关系，激光器可划分为垂直腔面发射激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，简称VCSEL)与边发射半导体激光器(EdgeEmittingLaserDiode)两类。其中，垂直腔面发射激光器的发光方向垂直于激光型腔面方向，从腔体的顶面射出，而边发射半导体激光器的发光方向平行于外延片方向，从反应区的边缘射出。边发射半导体激光器和VCSEL分别具有如下特点：边发射半导体激光器是线性光源，由于其在生产过程中的光束通过透镜压缩其角度，其在垂直方向和水平方向的发散角相差极大(垂直方向全角约在60～70度左右，水平方向全角约在7～10度左右，呈10：1的光束长方形分布)，并且其远场光强呈现尖峰分布；而VCSEL是圆形光源，其发散角较小(发散角全角约为22度左右)，其远场光强近似平顶分布，能量分布更均匀。因此，与边发射半导体激光器相比，VCSEL发射的光线更均匀，并且在远场目标物上高斯能量分布均匀。此外，与边发射半导体激光器相比，VCSEL还具有其他的优点，例如：具有更高的工作温度，预期寿命更长且故障率低，老化试验表明VCSEL激光二极管的理论寿命达到了50000小时，并且可以采用平面封装，封装工艺要求更低。然而，由于传统的VCSEL由于相对较低的光电转换效率、和较高的生产成本，使其在市场竞争中一直没有得到过多的关注。随着技术的进步，VCSEL逐渐实现了接近于边发射半导体激光器的高功率输出，同时由于其独特的结构，其应用中存在的诸多优点，如高可靠性、耐高温、光学分布均匀、耐恶劣环境等等。再者由于其现有工业技术的进步，市场中将会需要多点激光光源来应用于手势识别，人脸识别，3D传感等等，将会给VCSEL激光领域带来一场全新的革命。但是现有的VCSEL无法调整光束的发散角，因此无法满足不同用户对不同角度的范围需求。
技术实现思路
针对上述技术中存在的不足之处，本技术提供一种基于VCSEL激光二极管组成的光学装置，发射激光通过匀化器件做一次高斯光匀化和整形，然后再经过光学透镜二次高斯光匀化和整形，最后聚焦或扩束后得到不同发散角的激光光束，以实现不同的角度。为实现上述目的，本技术提供一种基于VCSEL激光二极管组成的光学装置，包括VCSEL激光二极管、匀化器件、透镜座和光学透镜；所述VCSEL激光二极管的发光中心、匀化器件和光学透镜三者的中心位于同一条水平直线上；所述VCSEL激光二极管包括由多个VCSEL芯片组成的VCSEL芯片阵列；所述匀化器件包括匀化本体、设置在匀化本体一面的光面和设置在匀化本体另一面的光栅蚀刻面，所述光面覆盖VCSEL芯片阵列的发光区域且垂直于VCSEL芯片阵列的发光面；所述透镜座的内部尺寸与光学透镜的最大尺寸相适配，且所述透镜座的内部设置有内螺纹，所述光学透镜的外表面设置有与内螺纹相适配的外螺纹，所述光学透镜通过内螺纹与外螺纹的相适配可上下移动式安装在透镜座内；通过光学透镜的移动改变光学透镜与匀化器件之间的距离；所述光学透镜的面积大于匀化器件的表面积，所述匀化器件的光栅蚀刻面位于透镜座的正下方，且所述光学透镜的平面垂直于匀化器件的光栅蚀刻面；所述VCSEL芯片阵列发射激光后经过匀化器件，由匀化器件的对该发射激光进行一次高斯光整形或匀化，使其照射在目标物上；再通过光学透镜对目标物透射的光线做二次高斯光整形或匀化；二次高斯光整形或匀化后改变光束的均匀性使光束呈聚焦或扩束状态；且通过移动光学透镜做移动来改变光束发散角的大小。其中，所述光学透镜为凸透镜时，光束呈聚焦状态；当凸透镜的下端面处于透镜座顶端且距离匀化器件最远时，光束发射角为4.8度；当凸透镜下移至其下端面处于透镜座底端且距离匀化器件最近时，光束发射角为55度。其中，所述光学透镜为凹透镜时，光束呈扩束状态；当凹透镜的下端面处于透镜座底端且距离匀化器件最近时，光束发射角为60度；当凹透镜上移至其下端面处于透镜座顶端且距离匀化器件最远时，光束发射角为88度。其中，该系统还包括调节治具，所述调节治具的底端设置有卡接光学透镜的卡口，光学透镜卡入卡口内后，通过调节治具调整光学透镜在透镜座内的位置。其中，该系统还包括支架体，所述透镜座固定在支架体内，所述匀化器件固定在支架体的底端内。其中，该装置还包括底座，所述VCSEL激光二极管封装后通过背胶固定在底座上。其中，所述VCSEL芯片阵列呈平行阵列、品字阵列或四片平行阵列分布。其中，所述匀化器件为匀化膜。为实现上述目的，本技术还提供一种基于VCSEL激光二极管组成的手动可变光学方法，该方法为VCSEL激光二极管发射激光后经过匀化发器件，由匀化器件的对该发射激光进行一次高斯光整形或匀化，使其照射在目标物上；再通过光学透镜对目标物透射的光线做二次高斯光整形或匀化；二次高斯光整形或匀化后改变光束的均匀性使光束呈聚焦或扩束状态；且通过移动光学透镜做移动来改变光束发散角的大小；所述光学透镜为凸透镜时，光束呈聚焦状态；当凸透镜的下端面处于透镜座顶端且距离匀化器件最远时，光束发射角为4.8度；当凸透镜下移至其下端面处于透镜座底端且距离匀化器件最近时，光束发射角为55度；所述光学透镜为凹透镜时，光束呈扩束状态；当凹透镜的下端面处于透镜座底端且距离匀化器件最近时，光束发射角为60度；当凹透镜上移至其下端面处于透镜座顶端且距离匀化器件最远时，光束发射角为88度。本技术的有益效果是：与现有技术相比，本技术提供的基于VCSEL激光二极管组成的光学装置，该系统包括VCSEL激光二极管、匀化器件、透镜座和光学透镜，上述系统结构的改进，利用螺纹可变技术来手动调节光学透镜与匀化器件之间的距离，来改变光束发散角的大小；利用匀化器件进行一次高斯光整形的同时实现激光光斑可以根据不同的距离要求实现不同的光斑大小，这种结构可以发散其激光光束，实现激光更广范围的发散要求，也可以有效汇聚光束，进一步汇聚出光面的光学功率密度。这种结构充分应用于工业机器视觉或安防激光夜视领域拥有其广阔的市场空间，能充分节约其最终用户的开发时间和满足不同用户对不同角度的范围需求，运用此套手动调节光学系统能实现光束发散角从4.8度至88度的有效手动可调角度，改结构可用于工业自动化、安防监控、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于VCSEL激光二极管组成的光学装置，其特征在于，VCSEL激光二极管、匀化器件、透镜座和光学透镜；所述VCSEL激光二极管的发光中心、匀化器件和光学透镜三者的中心位于同一条水平直线上；所述VCSEL激光二极管包括由多个VCSEL芯片组成的VCSEL芯片阵列；所述匀化器件包括匀化本体、设置在匀化本体一面的光面和设置在匀化本体另一面的光栅蚀刻面，所述光面覆盖VCSEL芯片阵列的发光区域且垂直于VCSEL芯片阵列的发光面；所述透镜座的内部尺寸与光学透镜的最大尺寸相适配，且所述透镜座的内部设置有内螺纹，所述光学透镜的外表面设置有与内螺纹相适配的外螺纹，所述光学透镜通过内螺纹与外螺纹的相适配可上下移动式安装在透镜座内；通过光学透镜的移动改变光学透镜与匀化器件之间的距离；所述光学透镜的面积大于匀化器件的表面积，所述匀化器件的光栅蚀刻面位于透镜座的正下方，且所述光学透镜的平面垂直于匀化器件的光栅蚀刻面。

【技术特征摘要】
1.一种基于VCSEL激光二极管组成的光学装置，其特征在于，VCSEL激光二极管、匀化器件、透镜座和光学透镜；所述VCSEL激光二极管的发光中心、匀化器件和光学透镜三者的中心位于同一条水平直线上；所述VCSEL激光二极管包括由多个VCSEL芯片组成的VCSEL芯片阵列；所述匀化器件包括匀化本体、设置在匀化本体一面的光面和设置在匀化本体另一面的光栅蚀刻面，所述光面覆盖VCSEL芯片阵列的发光区域且垂直于VCSEL芯片阵列的发光面；所述透镜座的内部尺寸与光学透镜的最大尺寸相适配，且所述透镜座的内部设置有内螺纹，所述光学透镜的外表面设置有与内螺纹相适配的外螺纹，所述光学透镜通过内螺纹与外螺纹的相适配可上下移动式安装在透镜座内；通过光学透镜的移动改变光学透镜与匀化器件之间的距离；所述光学透镜的面积大于匀化器件的表面积，所述匀化器件的光栅蚀刻面位于透镜座的正下方，且所述光学透镜的平面垂直于匀化器件的光栅蚀刻面。2.根据权利要求1所述的基于VCSEL激光二极管组成的光学装置，其特征在于，所述光学透镜为凸透镜时，光束呈聚焦状态；当凸透镜的下端面处于透镜座顶端且距离匀化器件最远时，光束发射角为4.8度；当凸透镜下移至其下端面处于透镜座底端且距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗玉辉，何兵，
申请(专利权)人：深圳新亮智能技术有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44