[发明专利]VCSEL扩束透镜以及VCSEL器件

说明书

本发明公开了一种VCSEL扩束透镜以及VCSEL器件，透镜具有设置芯片的腔体，腔体的开放口设置在透镜底部，所述腔体的腔壁包括第一折射曲面，所述透镜顶部形成第二折射曲面，所述第一折射曲面用于将所述芯片发出的光束进行长轴光束发散角度变大、短轴光束收拢角度变小的第一次折射，以使光束接近预设出光角度投射到所述第二折射曲面；所述第二折射曲面用于对投射到其上的光束进行长轴光束发散角度变大、短轴光束收拢角度变小的第二次折射，以将光束的出光角度整形到预设出光角度和光斑效果，如此避免光损失，提高光效率，提高产品安全性；透镜可以直接置于基座上，不用设计额外的托起结构。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种VCSEL扩束透镜以及VCSEL器件。

背景技术

目前，VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)芯片采用工程扩束器(Diffuser)进行扩束，该工程扩束器是在平板玻璃101表面粘接一高分子层102，利用微折射技术(包含折射和衍射)进行光线扩散，如图1所示。因平板玻璃101全反射较多，再加上高分子层102微结构会造成光损失，实际测试中，VCSEL芯片经工程扩束器扩束后的光学损失在10％以上，所以出光效率比较低。而且高分子层102容易高温熔融及脱落或者胶水浸润及污染物填充导致的失效，极强能量的激光光束直接照射出去，使用时存在人眼安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种VCSEL扩束透镜以及VCSEL器件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种VCSEL扩束透镜，所述透镜具有一用于设置VCSEL芯片的腔体，所述腔体的开放口设置在所述透镜底部，所述腔体的腔壁包括第一折射曲面，所述透镜顶部形成第二折射曲面，所述第一折射曲面用于将所述芯片发出的光束进行长轴光束发散角度变大、短轴光束收拢角度变小的第一次折射，以使光束接近预设出光角度投射到所述第二折射曲面；所述第二折射曲面用于对投射到其上的光束进行长轴光束发散角度变大、短轴光束收拢角度变小的第二次折射，以将光束的出光角度整形到预设出光角度和光斑效果。

优选地，所述第一折射曲面在所述第一竖直平面内的轮廓为N次方曲线，所述第二折射曲面在所述透镜的长轴所在的第一竖直平面内的轮廓为M次方曲线，M为大于等于4的整数，N为大于等于2的整数；

所述第一折射曲面与所述第二折射曲面之间的距离，在所述第一竖直平面内自长轴中心往两边逐渐增加。

优选地，所述N次方曲线具体为2次方曲线，其高度与长度之比H1/L1为1.2至1.5；所述M次方曲线具体为4次方曲线，其两侧最高点的高度与中间最低点的高度之比H21/H22为1.0至3.0。

优选地，所述高度与长度之比H1/L1为1.31，所述高度之比H21/H22为2.17。

优选地，所述第一折射曲面在所述透镜的短轴所在的第二竖直平面内的轮廓为R次方曲线，所述第二折射曲面在所述第二竖直平面内的轮廓为S次方曲线，R、S为大于等于2的整数；

所述第一折射曲面与所述第二折射曲面之间的距离，在所述第二竖直平面内自短轴中心往两边逐渐减小。

优选地，所述S次方曲线具体为2次方曲线，其高度与长度之比H3/L3小于0.1；所述R次方曲线具体为2次方曲线，其高度与长度之比H4/L4为0.1至0.5。

优选地，所述高度与长度之比H3/L3为0.077，所述高度与长度之比H4/L4为0.13。

优选地，所述腔体的整个腔壁由所述第一折射曲面和一对竖直平面组成，所述一对竖直平面正对设置且平行于透镜的长轴，所述第一折射曲面连接于所述一对竖直平面之间。

优选地，所述透镜为注塑或者模压方式成型，其折射率n为大于1.4的透光胶。