CN105024267A - 一字线激光生成*** - Google Patents

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姜勇
彭涛
王楚
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Abstract

本发明提出的一种生成大角度高均匀性激光线的光学***，旨在提供一种能够把半导体激光器光束转换成均匀激光线的光学***。本发明通过下述技术方案予以实现：半导体激光器(1)发出的激光经过激光准直透镜(2)准直后再经过二元微透镜阵列(3)得到均匀的一字线激光，张角大于72°。本发明具有激光线扩散角度大、光强分布均匀、一字线的发散角与光束入射位置和光斑直径无对应关系、入射激光束的发散角变化不敏感、器件体积小、结构紧凑、安装精度要求低、批量生产成本低的特点，在激光引信、工程测量定位、激光警告警戒等领域具有广泛应用。

Description

一字线激光生成***
技术领域
本发明涉及一种应用于激光引信、工程测量定位、激光警告警戒等领域，关于生成大角度高均匀性激光线的光学***。
背景技术
现有的生成激光一字线的光学***有普通柱面镜光学***，准直透镜组合鲍威尔划线棱镜的光学***，非球面柱透镜光学***或自由曲面透镜光学***。一束能量呈高斯分布的激光束经过普通柱面镜生成的一字线，其中心会有较亮的热斑存在，直线边缘能量有逐渐退化的现象。鲍威尔棱镜是一种光学划线棱镜，它使激光束通过后可以最优化地划成光密度均匀、稳定性好、直线性好的一条直线。鲍威尔棱镜划线优于柱面透镜的划线模式，能消除高斯光束的中心热点和褪色边缘分布。鲍威尔划线棱镜虽然可以生成能量分布均匀的大角度激光一字线，但需要入射激光的光斑直径较小。非球面柱透镜和自由曲面透镜均可以得到能量均匀分布的大发散角一字线，但生产成本高昂，不适合大批量生产。
比如中国专利号CN103701026A公开的“激光器及线状激光器”,就是采用准直透镜组合鲍威尔划线棱镜作为光学***，它通过两片半导体激光器芯片发出的光互相叠加形成椭圆光斑，再经准直透镜组合鲍威尔划线棱镜的光学***得到均匀性好、张角大的线光源。但是这种生成一字线光学***在使用过程中，激光束的入射位置、光束直径和能量分布均匀性均会对激光一字线生成效果产生较大影响，比如当入射光斑变大时激光线的发散角也会相应增加；激光入射位置偏离元器件光轴，激光线将变得不对称。
发明内容
本发明是对现有技术的进一步改进和发展，其目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种激光线扩散角度大、光强分布均匀、一字线扩散角与入射激光束的入射位置和光斑直径无对应关系、一字线光强分布对入射激光束的发散角变化不敏感、器件体积小、安装精度要求低、结构紧凑、批量生产成本低的一字线激光生成光学***。
为了达到上述目的，本发明提供的一种一字线激光生成***，包括半导体激光器1、激光准直透镜2和二元微透镜阵列3，其特征在于：半导体激光器1同轴一体粘连准直透镜2，二元微透镜阵列3置于准直透镜2后端。半导体激光器1发出的激光经过激光准直透镜2准直后，入射到二元微透镜阵列3，二元微透镜阵列3以入射光轴为中心做旋转运动生成张角大于72°的一字线激光。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明采用半导体激光器光束整形技术，利用激光准直透镜2对半导体激光器1发出的激光进行准直扩束，再利用二元微透镜阵列3对准直光束进行光强匀化，使得最终生成的一字线激光扩散角度大、光强分布均匀。半导体激光器1发出的光束直径大小、光斑位置与能量均匀性不影响最终生成的一字线激光的扩散角度和能量分布均匀性。二元微透镜阵列3以入射光轴为中心旋转可使激光线以入射光轴为中心做旋转运动生成张角大于72°的一字线激光。由于二元微透镜阵列3采用二元光学衍射技术，利用表面上的浮雕相位波带结构校正像差，具有高衍射效率，所以生成的一字线激光光强分布均匀，并且对入射激光束的发散角变化不敏感。由于二元微透镜阵列3采用二元光学元件阵列化集成的方法，具有大视场、消反射和偏振等特性，所以生成的一字线激光扩散角度大，并且与入射激光束的入射位置和光斑直径无对应关系。
本发明光学***结构简单，体积小，易于安装，批量生产成本低。
附图说明
为了进一步说明而不是限制本发明的上述实现方式，下面结合附图对本发明进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施范围之中。所有这些构思应视为本技术所公开的内容和本发明的保护范围。
图1是本发明一字线激光生成***结构分解示意图。
图2是本发明一字线激光生成***原理示意图。
图中：1半导体激光器、2激光准直透镜、3二元微透镜阵列。
具体实施方式
参阅图1。在以下描述的实施例中，一种一字线激光生成***，包括半导体激光器1、激光准直透镜2和二元微透镜阵列3，其中：半导体激光器1与准直透镜2通过光学环氧树脂胶粘接形成一体，二元微透镜阵列3置于准直透镜2后端。具体实施方式如下：首先将半导体激光器1出光面用光学环氧树脂胶与激光准直透镜2入射面均匀粘接，其中激光准直透镜2入射面的直径为4mm，胶层厚度在0.1mm～0.2mm之间，粘接后常温放置两天，等待胶干。然后利用封装结构将二元微透镜阵列3水平置于激光准直透镜2后端，保证二元微透镜阵列3端面与入射光轴垂直，其中二元微透镜阵列3尺寸为8mm×4mm。最后半导体激光器1出光，以入射光轴为中心，旋转二元微透镜阵列3，使激光线以入射光轴为中心作旋转运动，待生成张角大于72°且光强均匀的一字线激光，固定二元微透镜阵列3的封装结构。
参阅图2。半导体激光器1发出具有特定发散角的激光束，发散光束经过激光准直透镜2后变为准直光束，准直光束入射到二元微透镜阵列3。二元微透镜阵列3由子口径为2um～1.5mm的凹透镜按矩形排布组成，集成度达800×600/cm2。二元微透镜阵列3的单元透镜台阶数为8，衍射效率达95％。由于单元透镜最大数值孔径大于0.58，所以准直光束经过二元微透镜阵列3的每一个单元透镜后张角大于72°，当所有准直光束经过矩形透镜阵列后叠加，张角依旧大于72°。由于只有当二元微透镜阵列3的矩形排布方向与入射光轴垂直，才能满足浮雕相位波带结构校正像差的条件使得出射光束强度分布均匀，所以最后二元微透镜阵列3必须以入射光轴为中心做旋转运动生成张角大于72°且光强均匀的一字线激光。

Claims (5)

1.一种一字线激光生成***，包括半导体激光器(1)、激光准直透镜(2)、二元微透镜阵列(3)，其特征在于：半导体激光器(1)同轴一体粘连准直透镜(2)，二元微透镜阵列(3)置于准直透镜(2)后端，半导体激光器(1)发出的激光经过激光准直透镜(2)准直后，入射到二元微透镜阵列(3)，二元微透镜阵列(3)以入射光轴为中心做旋转运动生成张角大于72°的一字线激光。
2.根据权利要求1所述的一字线激光生成***，其特征在于：二元微透镜阵列(3)由子口径为2um～1.5mm的凹透镜按矩形排布组成。
3.根据权利要求1所述的一字线激光生成***，其特征在于：二元微透镜阵列(3)的单元透镜台阶数为8。
4.根据权利要求3所述的一字线激光生成***，其特征在于：单元透镜最大数值孔径大于0.58mm。
5.根据权利要求1所述的一字线激光生成***，其特征在于：准直光束经过二元微透镜阵列(3)的每一个单元透镜后张角大于72°，当所有准直光束经过矩形透镜阵列后叠加，张角依旧大于72°。
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