CN106094222A - 一种半导体激光照明中的高质量光束匀化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体激光照明中的高质量光束匀化方法，包括：(1)采用至少两组半导体激光器，分别通过光学元件对半导体激光光束进行压缩与整形，实现初级匀化；(2)通过内部光学分光、合光形式使得至少两组半导体激光光束空间合束，合束完的光束通过耦合镜进行空间耦合入初级光纤，实现光纤一级匀化输出；(3)将至少两组一级匀化输出光纤通过捆绑形式，再通过耦合器形式输入出射光纤，实现光纤二级匀化，并通过出射光纤的盘绕及长度形成光束耦合，得到最终的高匀化度照明光束。本发明通过巧妙的改变系统形式，提高照明系统的均匀性，用于高要求的夜视照明领域，达到90％以上均匀度。

Description

一种半导体激光照明中的高质量光束匀化方法
技术领域
本发明属于光电设备领域，涉及一种新型激光光束匀化方法，尤其是一种半导体激光照明中的高质量光束匀化方法。
背景技术
半导体激光器作为目前国内外一种主流的光源在各行各业中均得到了广泛的应用。在安防、军事领域，半导体激光器作为一种单色性好、强度高的器件被广泛的应用于激光测距、辅助照明等。
对于夜间成像而言，高端夜视系统往往采用被动式探测，其价格昂贵，大多用于军事场合。在民用、安防领域，更多的是采用光源辅助照明，用CCD或CMOS等固态成像器件进行图像获取。该类系统中，CCD或CMOS探测器在辅助光照强度、均匀度较好情况下，可以获取较为理想的光学图像，此时，对辅助光源有了较为严格的要求。
当半导体激光器用于夜视照明时，更多的是利用其单波长的特点，但半导体激光器的光斑模式较为复杂，其直接输出的照明均匀度不高，需匀化后才可进行系统的最终应用。
匀化技术有如下几种形式：1、空间光学直接耦合匀化；2、衍射光学进行匀化；3、耦合入光纤匀化；4、多管芯空间光学混合后，耦合入光纤匀化。
第一种通过空间光学直接耦合均匀照明的形式最为简单，主要是通过透镜或反射碗式的光学系统改变出射激光的空间分布，该方法原理简单，所形成的光斑会产生中间亮、边缘弱的特点，匀化效果一般，更多应用于一些要求不太高的夜视场合。
第二种通过衍射光学进行匀化的形式是近年来随着二元光学发展起来的新匀化形式。在激光器前方，通过复眼光学原理，对激光形成多个(按照照明阵列分辨率)空间光源分布，在远场形成一种点列式的匀化。当匀化点列不影响成像探测细节时，可以满足系统使用要求。但其本质上是一种空间光学耦合，其匀化程度更多依赖于阵列分辨率。
第三种将半导体激光耦合入光纤，通过光纤的内反射原理实现不同模式、指向的光线空间混合，从而起到空间匀化的作用。这种类型的匀化效果随着光纤长度的增加而增大，但对于功率半导体激光，其初始激光模式较差，当光纤达到一定长度后，难以再次提高匀化性。
第四种将单只功率半导体激光器分为多只小功率半导体激光器来进行能量直接耦合，通过空间几何光学形成，形成多激光束的合并，从而实现合束时的相互弥补，形成较好的初始光源。将此光源耦合如光纤，通过光纤的内反射作用，形成均匀的光束，且光纤约长效果越好。
上述四种方式各有优缺点，对于匀化效果而言，通过多管芯空间光学混合后再耦合入光纤匀化效果最佳。即使如此，这种类型的均匀性也只能达到80％～85％，若要进一步提高光斑均匀性，只能增加光纤长度或更换更高级别的半导体激光器。在工程批量应用，大幅增加光纤会增加体积重量及成本，更换高级别半导体激光器会使产品的成本大幅增加，因此，对于高均匀度系统需要采用其他的均匀形式。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种半导体激光照明中的高质量光束匀化方法，通过巧妙的改变系统形式，提高照明系统的均匀性，用于高要求的夜视照明领域，达到90％以上均匀度。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种半导体激光照明中的高质量光束匀化方法，包括步骤如下：
(1)采用至少两组半导体激光器，分别通过光学元件对半导体激光光束进行压缩与整形，实现初级匀化；
(2)通过内部光学分光、合光形式使得至少两组半导体激光光束空间合束，合束完的光束通过耦合镜进行空间耦合入初级光纤，实现光纤一级匀化输出；
(3)将至少两组一级匀化输出光纤通过捆绑形式，再通过耦合器形式输入出射光纤，实现光纤二级匀化，并通过出射光纤的盘绕及长度形成光束耦合，得到最终的高匀化度照明光束。
进一步地，步骤(1)中光学元件采用衍射光学元件或特殊面型的光学透镜或复眼透镜。
进一步地，步骤(3)中至少两组一级匀化输出光纤通过空间直接耦合形式，直接输入至出射光纤；该出射光纤的直径限制了前级光纤的直径，也确定了光纤一级匀化的组数。
本发明的有益效果：
1、通过引入光学元件对光束初级匀化，提高了初级光束耦合效率。
2、通过对光束进行初级、一级及二级匀化，使得最终输出的光束匀化度高。
附图说明
图1为本发明初级匀化的示意图；
图2为本发明实现初级、一级匀化的优选实施例的结构示意图；
图3为本发明初级光纤经捆绑耦合入出射光纤的示意图；
图4为本发明初级光纤经捆绑耦合入出射光纤的剖视图。
图5为本发明进行匀化的总示意图。
具体实施方式
本发明所列举的实施例，只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思想的前提下，还可以对本发明进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。
本发明一种半导体激光照明中的高质量光束匀化方法，包括：
采用两组或多组(至少两组)半导体激光器，分别通过衍射光学元件或特殊面型的光学透镜或复眼透镜对半导体激光光束初级匀化压缩与整形，使该部分的耦合效率及光束均匀性提高，如图1所示。
通过内部光学分光、合光形式使得两组或多组半导体激光光束空间合束。合束完的光束通过光学耦合镜进行光束空间耦合入初级光纤，实现一级匀化输出。采用的半导体激光器数量取决于系统功率要求与体积。由于在后端输出时，需要进行捆绑光纤的耦合，因此耦合输出光纤的芯径要求较细。
如图2所示，采用N组半导体激光器，分别通过N组压缩镜对光束压缩整形，第1组光束通过第1组棱镜进行光学分光，其余的N-1组光束分别通过N-1组反光镜进行反射后分别入N-1组棱镜进行光学分光，N组光束分光后再合束，通过耦合镜进行空间耦合入第1组初级光纤后输出，实现了光束的初级、一级匀化。初级光纤可根据需要增加至第N组。
一级匀化输出光纤通过捆绑形式，再将两组或多组光纤通过耦合器形式输入最终出射光纤，并通过出射光纤的长度及盘绕形成最终的匀化输出。两组或多组的初级光纤通过空间直接耦合形式，直接输入至最终出射光纤。如图3-4所示。最终输出的光纤直径限制了前级的光纤直径，也确定了光纤一级匀化的组数。
通过如上技术方式，使得输出的光束质量较常规匀化技术有了较大提升，且可通过增加初级光纤的数量，进一步提高光束匀化质量，可优于90％。
综合来看，本发明主要是采用光学元件进行半导体激光器的初级匀化，并通过内部的光学空间混合并输入细光纤，实现光纤一级匀化；继而，将两组或多组光纤一级匀化通过捆绑形式耦合入出射光纤，形成光纤二级匀化；通过出射光纤的盘绕与长度形成光束耦合，形成最终的高匀化度照明光束，如图5所示。

Claims (3)

1.一种半导体激光照明中的高质量光束匀化方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)采用至少两组半导体激光器，分别通过光学元件对半导体激光光束进行压缩与整形，实现初级匀化；
(2)通过内部光学分光、合光形式使得至少两组半导体激光光束空间合束，合束完的光束通过耦合镜进行空间耦合入初级光纤，实现光纤一级匀化输出；
(3)将至少两组一级匀化输出光纤通过捆绑形式，再通过耦合器形式输入出射光纤，实现光纤二级匀化，并通过出射光纤的盘绕及长度形成光束耦合，得到最终的高匀化度照明光束。
2.根据权利要求1所述的半导体激光照明中的高质量光束匀化方法，其特征在于，所述步骤(1)中光学元件采用衍射光学元件或特殊面型的光学透镜或复眼透镜。
3.根据权利要求1所述的半导体激光照明中的高质量光束匀化方法，其特征在于，所述步骤(3)中至少两组一级匀化输出光纤通过空间直接耦合形式，直接输入至出射光纤；该出射光纤的直径限制了前级光纤的直径，也确定了光纤一级匀化的组数。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109270636A (zh) * 2018-10-26 2019-01-25 洪小苗 一种光纤耦合进匀光器件的方法和固定装置
CN110431472A (zh) * 2017-01-24 2019-11-08 康宁股份有限公司 光纤和包括该光纤的光学系统
CN111487639A (zh) * 2020-04-20 2020-08-04 深圳奥锐达科技有限公司 一种激光测距装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5258989A (en) * 1990-02-12 1993-11-02 Diomed Limited Solid state laser diode light source
CN200953056Y (zh) * 2006-09-13 2007-09-26 中国科学院光电研究院 一种激光匀化耦合装置
CN200976052Y (zh) * 2006-09-08 2007-11-14 中国科学院光电研究院 一种激光器阵列光纤耦合的照明系统
US20070273957A1 (en) * 2003-10-17 2007-11-29 Zeev Zalevsky Optical System and Method for Use in Projection Systems
US20080101429A1 (en) * 2005-12-15 2008-05-01 Mind Melters, Inc. System and method for generating intense laser light from laser diode arrays

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5258989A (en) * 1990-02-12 1993-11-02 Diomed Limited Solid state laser diode light source
US20070273957A1 (en) * 2003-10-17 2007-11-29 Zeev Zalevsky Optical System and Method for Use in Projection Systems
US20080101429A1 (en) * 2005-12-15 2008-05-01 Mind Melters, Inc. System and method for generating intense laser light from laser diode arrays
CN200976052Y (zh) * 2006-09-08 2007-11-14 中国科学院光电研究院 一种激光器阵列光纤耦合的照明系统
CN200953056Y (zh) * 2006-09-13 2007-09-26 中国科学院光电研究院 一种激光匀化耦合装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110431472A (zh) * 2017-01-24 2019-11-08 康宁股份有限公司 光纤和包括该光纤的光学系统
CN109270636A (zh) * 2018-10-26 2019-01-25 洪小苗 一种光纤耦合进匀光器件的方法和固定装置
CN111487639A (zh) * 2020-04-20 2020-08-04 深圳奥锐达科技有限公司 一种激光测距装置及方法
CN111487639B (zh) * 2020-04-20 2024-05-03 深圳奥锐达科技有限公司 一种激光测距装置及方法

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