[发明专利]一种自聚焦的半导体激光光源系统

说明书

本发明技术方案提供了一种自聚焦的半导体激光光源系统，根据光斑孔径角获取激光二极管在球冠内表面的最外层位置并放置。获取另一激光二极管在球冠内表面的最内层位置并放置。根据最外层位置和最内层位置获取待排布激光二极管在球冠内表面内的层数。根据各层的圆周，获取待排布激光二极管在每层的排布个数。根据最外层、最内层位置、层数及各层可排布个数将待排布激光二极管排布于球冠的内承载面上，使得若干激光二极管发出的光能够聚焦后经光积分器出口发出满足目标孔径角和光斑尺寸且照度均匀的光束。

技术领域

本发明涉及激光聚焦领域，尤其涉及一种自聚焦的半导体激光光源系统。

背景技术

激光光源，是利用激发态粒子在受激辐射作用下发光的电光源，是一种相干光源。自从1960年美国的T.H.梅曼制成红宝石激光器以来，各类激光光源的品种已达数百种，输出波长范围从短波紫外直到远红外。

激光光源可按其工作物质(也称激活物质)分为固体激光源(晶体和钕玻璃)、气体激光源(包括原子、离子、分子、准分子)、液体激光源(包括有机染料、无机液体、螯合物)和半导体激光源4种类型。

激光光源具有下列特点：单色性好、方向性强、光亮度高。激光光源的主要优势就是亮度高，色彩好，能耗低，寿命长且体积小。

在各类光学仪器中，为了更好地利用激光二极管发出的光，往往会将多个半导体激光管集成在一块平板上，形成一个激光光源板，然后采用多个透镜、反射镜来实现系统需要的光输出的光斑尺寸及角度。例如图1所示为8个激光二极管集成在一个金属平板上，形成一个激光光源板。

图2中，LS为多个半导体发光二极管集成在一个平板上而形成的激光光源板；L1为第一透镜组，用来会聚从激光光源板中发出的准直激光束；L2为第二透镜组，用来将由L1会聚的激光光束重新准直，得到一个准直的光斑，通常情况下，这个准直光斑的尺寸比激光光源板LS发出的准直光的光斑尺寸小；L3为第三透镜组，用来将从L2发出的准直光束会聚成一个有一定孔径角、一定光斑尺寸的光束；L4为一个光积分器，用来导入从L3发出的具有一定孔径角、一定光斑尺寸的光束，通过在L4中的多次反射，而在L4的出口端形成一个照度均匀的光学面。从L4出口端出射的光束之后的光路则可以根据各类仪器的不同要求进行设计。

由于激光光源板的尺寸通常较大，光源板发出的光直接通过图2所示的光路产生的光斑较大而不能被很好的利用，从而损失了光能，所以往往又会采用图3所示的光路来压缩光斑尺寸，从而提高光能的利用。

与图2相比，图3中增加了反射镜M1，M2，M3，M4，M5，M6。激光光源板发出的光束经反射镜的折反后，光斑尺寸被压缩。然后再经过透镜组L1，L2，L3后，形成系统所需要的具有一定孔径角、一定光斑尺寸的光束。继而通过在L4中的多次反射，而在L4的出口端形成一个照度均匀的光学面。从L4出口端出射的光束之后的光路则可以根据各类仪器的不同要求进行设计。

从而可知在现有技术中，为了能够利用激光发光二极管的光能，往往要利用多块反射镜、多个透镜组才能产生一个后续光学系统所需要的有一定孔径角、一定光斑尺寸的光束。这样的光路系统不仅要采用多个反射镜和透镜、结构复杂，尺寸较大，而且当后续光学系统的要求改变，需要不同的孔径角、不同尺寸的光斑时，就必须要重新设计整个类似图2或图3这样的激光光源系统。

所以如何提供一种无需反射镜和透镜且当孔径角和/或光斑尺寸改变时，能够迅速调整的激光光源系统成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种自聚焦的半导体激光光源系统，用以解决现有技术中需要根据不同光学系统的照明需求重新设计激光光源的排布导致的作业周期长、成本高的问题，还用以简化现有技术中需要多块反射镜、若干透镜组组成的激光光源体积大、结构复杂的问题。