CN208127623U - 一种半导体激光光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体激光器技术领域，公开了一种半导体激光光源，包括在竖直方向对称设置的两个发光机构，发光机构包括从上至下依次连接的激光器芯片组、热沉、半导体致冷器、散热通道和散热风扇；激光器芯片组设置在热沉上表面的一端，热沉通过半导体致冷器与散热通道的一端连接，散热通道的另一端与散热风扇连接：两个发光机构通过壳体连接在一起；激光器芯片组的出射光线经过固定在散热通道之间的单方向准直透镜后射出。本实用新型半导体激光光源通过在竖直方向对称堆栈激光器芯片组，提高激光器峰值功率，使用单方向准直透镜对激光器的光束进行整形，减弱激光器芯片之间的相位效应，使快轴发散角与慢轴发散角相近，从而获得分布均匀的光场。

Description

一种半导体激光光源

技术领域

本实用新型涉及半导体激光器技术领域，特别是涉及一种半导体激光光源。

背景技术

近年来，随着交通卡口灯需求的增加，交通卡口补光灯对人眼影响越来越明显，成为交通安全隐患，交通部门也经常接到相关投诉。由于光线为人眼不可见光波段的红外补光灯的功耗高、光谱利用率低、并且成本高，因此，红外补光灯未能得到广泛推广。目前，半导体激光器芯片的寿命、可靠性、功率、效率在最近几年得到了进一步地提高，高可靠性的封装技术应用越来越成熟。因此，基于半导体激光光源的高功率激光补光光源应用是现阶段研制热点。现阶段半导体激光光源的问题,主要有激光散斑的存在,当摄像系统使用半导体激光光源进行补光时,所捕获的图像质量较差,无法满足夜间或光线不足时的监控需求。另外，现有的光纤耦合技术结合震动装置，能够改善这种现象，但是由于功率集成度低、结构复杂、成本高的问题，并不利于广泛推广应用。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种半导体激光光源，利用单方向准直透镜对激光器的出射光线进行整形，得到相对均匀的照射光斑，实现照射光场均匀化，解决半导体激光光源存在激光散斑的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例所采取的技术方案是一种半导体激光光源，包括在竖直方向对称设置的两个发光机构，所述发光机构包括从上至下依次连接的激光器芯片组、热沉、半导体致冷器、散热通道和散热风扇；所述激光器芯片组设置在热沉上表面的一端，所述热沉的下表面通过半导体致冷器与散热通道的一端连接，所述散热通道的另一端与散热风扇连接：两个所述发光机构通过壳体连接在一起；所述激光器芯片组的出射光线经过单方向准直透镜的光束整形后射出；所述单方向准直透镜固定在对称设置的两个所述散热通道之间。

可选的，两个所述发光机构的激光器芯片组之间的距离小于或等于0.6mm。

可选的，所述单方向准直透镜的一侧为平面，另一侧为凸面。

可选的，所述激光器芯片组设置于所述单方向准直透镜的凸面一侧。

可选的，所述单方向准直透镜的平面一侧设有双面毛化玻璃板；所述双面毛化玻璃板固定在两个散热通道之间；所述激光器芯片组的出射光线经单方向准直透镜整形后经过双面毛化玻璃板射出。

可选的，所述单方向准直透镜的焦距为12.7mm，高度为10mm，凸面的曲率为5.8mm，折射率为1.49。

可选的，所述激光器芯片组设置于所述单方向准直透镜的主轴上下两侧。

可选的，所述热沉、散热通道与散热风扇依次密封连接。

本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本实用新型实施例的一种半导体激光光源通过在竖直方向对称堆栈激光器芯片组，提高激光器峰值功率，使用单方向准直透镜对激光器的光束进行整形，减弱激光器芯片之间的相位效应，使快轴发散角与慢轴发散角相近，从而获得分布均匀的光场。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的半导体激光光源的结构示意图一；

图2是本实用新型实施例的半导体激光光源的结构示意图二；

图3是本实用新型实施例的半导体激光光源的立体结构示意图；

图中，1、激光器芯片组，2、热沉，3、散热通道，4、散热风扇，5、单方向准直透镜，6、双面毛化玻璃板，7、半导体致冷器，8、壳体，9、发光机构。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图3，现对本实施例提供的半导体激光光源进行说明，半导体激光光源，包括在竖直方向对称设置的两个发光机构9，发光机构9包括从上至下依次连接的激光器芯片组1、热沉2、半导体致冷器7、散热通道3和散热风扇4。激光器芯片组1设置在热沉2上表面的一端，热沉2的下表面通过半导体致冷器7与散热通道3的一端连接，散热通道3的另一端与散热风扇4连接。两个发光机构9通过壳体8连接在一起。激光器芯片组1的出射光线经过单方向准直透镜5的光束整形后射出。单方向准直透镜5固定在对称设置的两个散热通道3之间。

具体地，半导体激光光源包括在竖直方向对称设置的两个发光机构9，发光机构9包括激光器芯片组1，激光器芯片组1中的芯片个数可以根据光源照明功率的需求进行调整，激光器芯片组1中的芯片在水平方向阵列分布，光源照明功率高时，只需要增加激光器芯片组1中的芯片个数便可实现，反之，则可以相应的减少芯片个数即可。激光器芯片组1装架在热沉2上，热沉2包括但不仅限于铜或铜铝合金等材料。竖直方向对称设置的发光机构，使得两个激光器芯片组1在竖直方向上堆栈，提高了半导体激光光源的峰值功率。热沉2通过半导体致冷器7(Thermo electric Cooler，TEC)与散热通道3的一端连接，半导体致冷器7可采用片状结构，也可采用条状结构，散热通道3可以是齿状、梳状等能够增大散热面积的结构。在散热通道3的另一端设有散热风扇4，通过散热风扇4加快激光器芯片组1热量的散发。两个竖直方向对称设置的发光机构9通过围在热沉2外侧的壳体8连接在一起，壳体8可以设置在热沉2外侧成U型，也可以设置在激光器芯片组1的出射光线方向两侧。壳体8也可以成环形结构，激光器芯片组1的出射光一侧为透明材质，将激光器芯片组1和热沉2密封在其中。通过壳体8的支撑和连接，将两个发光机构9稳固的连接在一起，并通过壳体8不同的高度限定两个发光机构9中激光器芯片组1之间的距离。在激光器芯片组1出射光线的一侧设有单方向准直透镜5，用于对激光器芯片出射光进行整形。由于激光器芯片组1出射光线的慢轴发散角通常为8°-12°，而快轴发散角要远大于慢轴发散角，因此使用激光器作为光源时，光场分布不均匀，尤其是远光场，极易出现激光散斑的问题。但经过单方向准直透镜5的光线整形，使激光器芯片组1出射光线的快轴发散角能够与慢轴发散角相接近，快轴发散角约为10°，从而使激光器出射光场分布均匀，获得均匀化的照射光场，优化激光光源光场范围内照明效果。

本实施例的一种半导体激光光源通过在竖直方向对称堆栈激光器芯片组，提高激光器峰值功率，使用单方向准直透镜对激光器的光束进行整形，减弱芯片之间的相位效应，使快轴发散角与慢轴发散角相近，从而获得分布均匀的光场。

可选的，请一并参阅图1至图3，作为本实施例提供的半导体激光光源的一种具体实施方式，两个发光机构9的激光器芯片组1之间的距离小于或等于0.6mm。在竖直方向对称设置的两个发光机构9的激光器芯片组1之间的距离小于等于0.6mm，能够保证照射光场的均匀性，通过实验及光路模拟，激光光源的出射光线在横向和纵向的光场叠加呈近高斯分布，均匀程度高。

可选的，请参阅图1及图2，作为本实施例提供的半导体激光光源的一种具体实施方式，单方向准直透镜5的一侧为平面，另一侧为凸面。

具体地，单方向准直透镜5采用一侧是平面，另一侧是凸面的平凸透镜。平凸透镜能够将从不同角度入射到凸面一侧的光线进行光线整形，改变入射光线的转播方向以及发散角，经过单方向准直透镜5的整形，入射光以快轴发散角与慢轴发散角相近的状态从平面一侧射出，形成分布均匀的光场，从而获得照射强度高，分布均匀的光斑。

可选的，请参阅图1及图2，作为本实施例提供的半导体激光光源的一种具体实施方式，激光器芯片组1设置于单方向准直透镜5的凸面一侧。

具体地，激光器芯片组1的出射光经过单方向准直透镜5的凸面一侧射入单方向准直透镜5，并从单方向准直透镜5的平面一侧射出，经过单方向准直透镜5的光线整形作用，减弱激光器芯片之间的相位效应，使快轴发散角与慢轴发散角相近，从而获得分布均匀的光场。

可选的，请参阅图1及图2，作为本实施例提供的半导体激光光源的一种具体实施方式，单方向准直透镜5的平面一侧设有双面毛化玻璃板6。双面毛化玻璃板6固定在两个散热通道3之间，激光器芯片组1的出射光线经单方向准直透镜5整形后经过双面毛化玻璃板6射出。

具体地，激光器芯片组1的出射光线经过单方向准直透镜5的光束整形后，射入厚度为1mm的双面毛化玻璃板6。通过双面毛化玻璃板6的激光光场得到进一步匀化，激光光场边缘光线的锐度和激光光场内部极点光强进一步降低，从而得到更为均匀的照射光斑。双面毛化玻璃板6固定在两个散热通道3之间。当壳体8为密封的腔体时，双面毛化玻璃板6也可以代替壳体8中激光器芯片组1出射光线照射到的一侧的壳体壁，并与壳体8其他部分形成密封的腔体。

可选的，请参阅图1及图2，作为本实施例提供的半导体激光光源的一种具体实施方式，单方向准直透镜5的焦距为12.7mm，高度为10mm，凸面的曲率为5.8mm，折射率为1.49。当两个发光机构9的激光器芯片组1处在的距离小于或等于0.6mm的范围时，可采用焦距为12.7mm，高度为10mm，凸面的曲率为5.8mm，折射率为1.49的单方向准直透镜5，对激光器芯片组1出射光线进行光线整形，减弱了激光器芯片之间的相位效应，实现将出射光线快轴发散角为10°，与出射光线的慢轴发散角相近，从而获得分布均匀的光场。当然，当两个发光机构9的激光器芯片组1处在的距离小于或等于0.6mm的范围时，也可以通过综合调整单方向准直透镜5的焦距、高度、曲率和折射率，实现上述光场均匀化的效果，但只改变焦距、高度、曲率和折射率中的一个参数无法实现上述均化光场的效果，在此不再赘述。

可选的，请参阅图2，作为本实施例提供的半导体激光光源的一种具体实施方式，激光器芯片组1设置于单方向准直透镜5的主轴上下两侧。激光器芯片组1在竖直方向对称分布在单方向准直透镜5的主轴上下两侧，并在水平方向上均匀分布。激光器芯片组1出射光线从单方向准直透镜5凸面的一侧射入单方向准直透镜5中，激光器芯片组1出射光线在单方向准直透镜5中经过折射，从单方向准直透镜5平面的一侧射出，完成光线整形，得到出射光线快轴发散角与慢轴发散角相近的光场。如果激光器芯片组1出射光线沿单方向准直透镜5主轴入射到单方向准直透镜5中，则激光器芯片组1出射光线将沿原光路出射，无法得到单方向准直透镜5的光线整形作用，出射光线快轴发散角与慢轴发散角相差较大，使得形成的光斑分布不均匀，存在激光散斑的问题。

可选的，请参阅图1至图3，作为本实施例提供的半导体激光光源的一种具体实施方式，热沉2、散热通道3与散热风扇4依次密封连接。热沉2与散热通道3的连接方式，以及散热通道3与散热风扇4之间的连接方式均可采用现有技术中任何可以实现的密封连接方式进行连接，防止灰尘、水等污染物进入半导体激光光源，避免污染物对激光器芯片组1、单方向准直透镜5或双面毛化玻璃板6造成污染，对半导体激光光源的光路产生负面影响，从而降低出射光线光场的均匀化。

前述是对示例实施例的举例说明，并且不应被解释为对示例实施例的限制。虽然已经描述了一些示例实施例，但是本领域的技术人员将容易理解的是，在实质上不脱离本公开的新颖性教导和优点的情况下，示例实施例中的许多修改是可以的。因此，所有这些修改都意图被包括在如权利要求所限定的本公开的范围之内。因此，将理解的是，前述是对各种示例实施例的举例说明，而不应被解释为受限于所公开的特定的示例实施例，并且对所公开的示例实施例及其他示例实施例的修改意图包括在权利要求的范围之内。

Claims (8)

1.一种半导体激光光源，其特征在于，包括在竖直方向对称设置的两个发光机构，所述发光机构包括从上至下依次连接的激光器芯片组、热沉、半导体致冷器、散热通道和散热风扇；所述激光器芯片组设置在热沉上表面的一端，所述热沉的下表面通过半导体致冷器与散热通道的一端连接，所述散热通道的另一端与散热风扇连接：两个所述发光机构通过壳体连接在一起；所述激光器芯片组的出射光线经过单方向准直透镜的光束整形后射出；所述单方向准直透镜固定在对称设置的两个所述散热通道之间。

2.根据权利要求1所述的半导体激光光源，其特征在于，两个所述发光机构的激光器芯片组之间的距离小于或等于0.6mm。

3.根据权利要求1所述的半导体激光光源，其特征在于，所述单方向准直透镜的一侧为平面，另一侧为凸面。

4.根据权利要求3所述的半导体激光光源，其特征在于，所述激光器芯片组设置于所述单方向准直透镜的凸面一侧。

5.根据权利要求4所述的半导体激光光源，其特征在于，所述单方向准直透镜的平面一侧设有双面毛化玻璃板；所述双面毛化玻璃板固定在两个散热通道之间；所述激光器芯片组的出射光线经单方向准直透镜整形后经过双面毛化玻璃板射出。

6.根据权利要求4所述的半导体激光光源，其特征在于，所述单方向准直透镜的焦距为12.7mm，高度为10mm，凸面的曲率为5.8mm，折射率为1.49。

7.根据权利要求4所述的半导体激光光源，其特征在于，所述激光器芯片组设置于所述单方向准直透镜的主轴上下两侧。

8.根据权利要求5所述的半导体激光光源，其特征在于，所述热沉、散热通道与散热风扇依次密封连接。