CN113224644A - 一种线形光场激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体激光器及激光雷达应用领域，公开了一种获得远场高长宽比的线形激光的装置，包括：放置多个激光发射单元近距离排布为线形阵列，线形阵列的中间区域不放置激光发射单元；放置透镜于线形阵列的发光方向，透镜的主面距离线形阵列的距离为透镜的焦距；放置柱面镜阵列于透镜的出光方向。本发明提供的装置通过透镜成像使激光线形阵列的光准直后经过柱透镜阵列将光场展开成高长宽比的线光源。

Description

一种线形光场激光器
技术领域
本发明属于半导体激光技术领域，具体涉及一种线形光场激光器。
背景技术
由于半导体激光器的体积小、芯片化、易于集成，近年来逐渐替代其他激光光源，在各个领域发展迅速。半导体激光可供选择的波长很多，从紫外350nm到2000nm都有较成熟的激光器，尤其在激光雷达的领域，半导体激光器是不可或缺的光源需求。
然而，为了提高激光雷达的扫描效率，获得均匀、高亮度的线激光光源是各种雷达方案中的必经之路，但由于半导体激光器光束质量较差，且激光自身方向性的影响，在获得线形光场的方案中，无法有效获得均匀度高的较大长宽比(线宽方向小于1°，线长方向大于120°)的光束，而在目前应用的激光雷达方案中，对大长宽比的光束需求越来越高，迫切需要新的激光光源方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何在保证激光能够高效、均匀地转化为较大长宽比的线形光场，为解决上述问题，本发明提供了一种线形光场激光器，包括：
若干激光发射单元，这些激光发射单元近距离排布为线形阵列；
透镜和柱透镜阵列，所述透镜和柱透镜阵列依次设置并且设置于所述激光发射单元线形阵列的发光方向，所述柱透镜阵列的排列方向与激光发射单元的排列方向一致，所述激光发射单元位于透镜光轴方向两侧，所述透镜光轴及光轴附近100微米区域上未设置激光发射单元。
优选的是，所述激光发射单元为激光器巴条阵列芯片、面发射激光阵列芯片、多个单管激光芯片中的一种或多种的组合。
在上述任一方案中优选的是，所述透镜为球透镜、非球透镜、组合透镜或者菲涅尔透镜中的一种。
在上述任一方案中优选的是，所述柱透镜阵列为凹面柱透镜阵列、凸面柱透镜阵列、菲涅尔柱透镜阵列或基于衍射光学元件的柱透镜阵列中的一种。
在上述任一方案中优选的是，所述柱透镜阵列的空间周期在3mm到1μm之间。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种线形光场激光器，通过透镜成像使激光线形阵列的光准直后经过柱透镜阵列将光展开成高均匀性、高长宽比的线激光输出。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的线形光场激光器结构原理图；
图2是本发明第一实施例提供的面发射激光芯片结构图；
图3是本发明第一实施例提供的线形光场激光器完整结构图；
图4是本发明第二实施例提供的线形光场激光器完整结构图；
图5是本发明第二实施例提供的单管激光芯片结构图；
图6是本发明第三实施例提供的线形光场激光器完整结构图；
图7是本发明第三实施例提供的激光器巴条阵列芯片结构。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
本发明提供了一种线形光场激光器，包括：若干激光发射单元1，这些激光发射单元近距离排布为线形阵列；透镜2和柱透镜阵列3，所述透镜2和柱透镜3阵列依次设置并且设置于所述激光发射单元1线形阵列的发光方向，所述柱透镜阵列3的排列方向与激光发射单元1的排列方向一致，所述激光发射单元1位于透镜2光轴方向两侧，所述透镜2光轴及光轴附近100微米区域上未设置激光发射单元1，所述激光发射单元1为激光器巴条阵列芯片、面发射激光阵列芯片、多个单管激光芯片中的一种或多种的组合，所述透镜2为球透镜、非球透镜、组合透镜或者菲涅尔透镜中的一种，所述柱透镜阵列3为凹面柱透镜阵列、凸面柱透镜阵列、菲涅尔柱透镜阵列或基于衍射光学元件的柱透镜阵列中的一种，所述柱透镜阵列3的空间周期在3mm到1μm之间。
实施例一
本实施例提供了一种线形光场激光器，包括：
面发射激光芯片1如图2所示，其中1a为16个有源发射区，有缘发射区1a排布为线形阵列，1b为正电极，1c为负电极，所述有源发射区轮廓为直径10微米的圆形区域，所述面发射芯片1的中心区域是没有有缘发射区1a的。当所述正电极与负电极与外部电源连接时，所述有缘发射区1a就会沿其法线方向发射激光。
线形光场激光器结构如图3所示，所述面发射激光芯片1焊接固定在金属外壳4上；所述透镜2通过金属外壳5固定面发射激光芯片1的上方，透镜2与面发射激光芯片1的距离为透镜2的焦距，正对透镜2的光轴2a与激光芯片表面的交点处是没有所述有源发射区1a的；所述柱透镜阵列3通过金属管壳6固定在透镜2的上方。
所述柱透镜阵列3为凸透镜阵列，其阵列周期为0.2mm。
所述芯片正极1b与金属管壳的正极引脚8a用金线连接导通，所述芯片负极1c与金属管壳的负极引脚8b用金线连接导通。
通过本实施例上述面发射激光芯片、透镜、柱透镜阵列的组合，如图3所示的结构中，只需将器件引脚接通电源，该器件就会发射出高均匀性大长宽比的线激光。
实施例二
本实施例提供了一种线形光场激光器，包括：
单管激光芯片1’如图5所示，其中1’a为有源发射区，1’b为正电极，1’c为负电极，所述有源发射区轮廓为100微米×10微米的方形区域。当所述正电极与负电极与外部电源连接时，所述有缘发射区1’a就会沿其法线方向发射激光。
线形光场激光器结构如图4所示，所述两个单管激光芯片1’焊接固定在金属外壳4上，分别位于透镜2光轴的两侧，两个单管激光芯片组合成一个线形阵列；所述透镜2通过金属外壳5固定面发射激光芯片1’的上方，透镜2与单管激光芯片1’的距离为透镜2的焦距；所述柱透镜阵列3通过金属管壳6固定在透镜2的上方。
所述柱透镜阵列3’为凹透镜阵列，其阵列周期为1.2mm。
所述芯片正极1’b与金属管壳的正极引脚8a用金线连接导通，所述芯片负极1’c与金属管壳的负极引脚8b用金线连接导通。
通过本实施例上述面发射激光芯片、透镜、柱透镜阵列的组合，如图3所示的结构中，只需将器件引脚接通电源，该器件就会发射出高均匀性大长宽比的线激光。
实施例三
本实施例提供了一种线形光场激光器，包括：
激光器巴条阵列芯片1”如图2所示，其中1”a为个8个有源发射区，8个有源发射区排列成线形阵列，1”b为正电极，1”c为负电极，所述有源发射区轮廓为直径100微米×10微米的方形区域，所述激光器巴条阵列芯片1的中心区域是没有有缘发射区1”a的。当所述正电极与负电极与外部电源连接时，所述有缘发射区1”a就会沿其法线方向发射激光。
线形光场激光器结构如图3所示，所述激光器巴条阵列芯片1焊接固定在金属外壳4上；所述透镜2通过金属外壳5固定激光器巴条阵列芯片1的上方，透镜2与面发射激光芯片1的距离为透镜2的焦距，正对透镜2的光轴2a与激光芯片表面的交点处是没有所述有源发射区1a的；所述柱透镜阵列3通过金属管壳6固定在透镜2的上方。
所述柱透镜阵列3为凸透镜阵列，其阵列周期为0.2mm。
所述芯片正极1b与金属管壳的正极引脚8a用金线连接导通，所述芯片负极1c与金属管壳的负极引脚8b用金线连接导通。
通过本实施例上述面发射激光芯片、透镜、柱透镜阵列的组合，如图3所示的结构中，只需将器件引脚接通电源，该器件就会发射出高均匀性大长宽比的线激光。
综上所述，本发明提供了一种线形光场激光器。其中放置多个激光发射单元近距离排布为线形阵列，线形阵列的中间区域不放置激光发射单元；放置透镜于线形阵列的发光方向，透镜的主面距离线形阵列的距离为透镜的焦距；放置柱面镜阵列于透镜的出光方向。本发明提供的装置通过透镜成像使激光线形阵列的光准直后经过柱透镜阵列将光展开成高均匀性、高长宽比的线激光输出。
本领域技术人员不难理解，本发明的一种线形光场激光器包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种线形光场激光器，其特征在于，包括：
若干激光发射单元，这些激光发射单元近距离排布为线形阵列；
透镜和柱透镜阵列，所述透镜和柱透镜阵列依次设置并且设置于所述激光发射单元线形阵列的发光方向，所述柱透镜阵列的排列方向与激光发射单元的排列方向一致，所述激光发射单元位于透镜光轴方向两侧，所述透镜光轴及光轴附近100微米区域上未设置激光发射单元。
2.根据权利要求1所述的一种线形光场激光器，其特征在于，所述激光发射单元为激光器巴条阵列芯片、面发射激光阵列芯片、多个单管激光芯片中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种线形光场激光器，其特征在于，所述透镜为球透镜、非球透镜、组合透镜或者菲涅尔透镜中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种线形光场激光器，其特征在于，所述柱透镜阵列为凹面柱透镜阵列、凸面柱透镜阵列、菲涅尔柱透镜阵列或基于衍射光学元件的柱透镜阵列中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种线形光场激光器，其特征在于，所述柱透镜阵列的空间周期在3mm到1μm之间。
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