RU2241287C1

RU2241287C1 - Semiconductor injection laser radiator

Info

Publication number: RU2241287C1
Application number: RU2003107545/28A
Authority: RU
Inventors: М.П. Суродин (RU); М.П. Суродин; С.А. Сосновский (RU); С.А. Сосновский
Original assignee: Государственное унитарное научно-производственное предприятие "ИНЖЕКТ"
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-11-27

Abstract

FIELD: laser engineering; production of high-power laser radiator with uniform radiation directivity pattern.

SUBSTANCE: proposed radiator designed for operation in pulsed mode at standard radiation strength in spatial angle whose divergence in two relatively perpendicular directions θ _y and θ _x exceeds that of laser diode units used in radiator, respectively, in planes perpendicular to θ⊥ and parallel to θ _|| planes of their p-n junctions with respect to 0.5 level has sealed envelope assembled of case with leads and cover with glass that accommodates array of laser diode units with case-mounted radiating mirrors; number of laser diode units is found from expression n = n⊥ · n _|| , where n⊥ is number of radiator sections; n _II is number of laser diode units in each section. All n _|| laser diode units of each section n⊥ are turned through same angle for respective section. In horizontal plane of radiator all n _|| laser diode units of each section are turned through different angles. Directions of p-n junctions on radiating mirrors of all laser diode units are oriented in parallel with horizontal plane of radiator. All laser diode units are disposed so that center coordinates of each laser diode unit are sequentially enlarged relative to radiator axis in plane parallel to radiator axis with increase in turn angle of mentioned symmetrical lines of angles relative to radiator axis, minimal coordinates being chosen for the purpose.

EFFECT: enhanced radiation divergence in vertical and horizontal planes without added loss of focal power.

2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для изготовления мощного, с равномерной диаграммой направленности излучения, излучателя лазерного полупроводникового инжекционного (далее ИЛПИ) импульсного режима работы с нормированной силой излучения в телесном угле с расходимостями в двух взаимно перпендикулярных направлениях θ _y и θ _x, соответственно превышающими расходимость излучения используемых блоков лазерных диодов в плоскостях перпендикулярной θ _⊥ и параллельной θ _{| |} плоскости их р-n-переходов по уровню 0,5, что бывает необходимо при использовании излучателей в системах подсветки, в медицине, в сельском хозяйстве.The invention relates to laser technology and can be used for the manufacture of a powerful, with a uniform radiation pattern, laser emitter of a laser semiconductor injection (hereinafter ILPI) pulse mode of operation with normalized radiation power in solid angle with divergences in two mutually perpendicular directions θ _y and θ _x , respectively exceeding the divergence of the radiation of the used blocks of laser diodes in the planes perpendicular to θ _⊥ and parallel to θ _{| |} the plane of their pn junctions at a level of 0.5, which is necessary when using emitters in backlight systems, in medicine, in agriculture.

Все типы инжекционных излучателей и мощные ИЛПИ, в частности, имеют существенно несимметричные диаграммы направленности излучения. Так значения расходимостей излучения в плоскостях перпендикулярной θ _⊥ и параллельной θ _{| |} плоскости р-n-перехода отличаются в несколько раз (см. Х.Кейси, М.Паниш. Лазеры на гетероструктурах, в 2-х томах. М.: Мир, 1981 г., т.1, с.94-96). При этом, в зависимости от типа лазерной структуры, конструкции, электрооптических характеристик материалов активной области и волновода, от технологии изготовления, каждому типу используемых в излучателях лазерных кристаллов, диодов, блоков лазерных диодов соответствуют оптимизированные для них значения типовых расходимостей θ _⊥ и θ _{| |} .All types of injection emitters and powerful ILPIs, in particular, have substantially asymmetric radiation patterns. So the values of the radiation divergences in the planes perpendicular to θ _⊥ and parallel to θ _{| |} the planes of the pn junction differ several times (see H. Casey, M. Panish. Lasers on heterostructures, in 2 volumes. M: Mir, 1981, v. 1, pp. 94-96) . In this case, depending on the type of laser structure, design, electro-optical characteristics of the materials of the active region and the waveguide, on the manufacturing technology, each type of laser diverters used in the emitters, diodes, blocks of laser diodes corresponds to the values of typical divergences θ _⊥ and θ _{| |} .

Известны излучатели с широким контактом на основе односторонних гетероструктур (см. там же, т.2, с.198, 199). Типовые значения расходимостей для них составляют: θ _⊥ примерно (14... 20)° θ _{| |} примерно 10° (см. там же, таблица 7.3.1).Emitters with wide contact based on one-sided heterostructures are known (see ibid., Vol. 2, p .98, 199). Typical values of the divergences for them are: θ _⊥ approximately (14 ... 20) ° θ _{| |} approximately 10 ° (see ibid., table 7.3.1).

Известны излучатели с широким контактом на основе двусторонних гетероструктур (см. там же, т.2, с.225), для них значения типовых расходимостей θ _⊥ и θ _{| |} составляют примерно 20... 40 и 10 градусов соответственно (см. там же, т.2, с.225, таблица 7.4.2).Wide contact emitters based on bilateral heterostructures are known (see ibid., Vol. 2, p. 225), for them the values of typical divergences θ _⊥ and θ _{| |} are approximately 20 ... 40 and 10 degrees, respectively (see ibid., vol. 2, p. 225, table 7.4.2).

Полосковые лазеры имеют аналогичные излучательные характеристики (см. там же, т.2, с.288, 289).Strip lasers have similar emitting characteristics (see ibid., Vol. 2, p. 288, 289).

Недостатком всех приведенных инжекционных излучателей является то, что типовые значения расходимостей их излучения имеют фиксированное значение в характерных плоскостях θ _⊥ и θ _{| |} . И если расходимость можно нормировать при разработке конкретной структуры для излучателя, то в настоящее время уровень науки и технологии производства полупроводниковых излучателей не позволяет наперед задавать и управлять значением расходимости θ _{| |} в плоскости параллельной р-n переходу. Но в любом случае освоенный в производстве излучатель имеет фиксированное значение θ _⊥ и θ _{| |} .The disadvantage of all the given injection emitters is that the typical values of the divergences of their radiation have a fixed value in the characteristic planes θ _⊥ and θ _{| |} . And if the divergence can be normalized when developing a specific structure for the emitter, then at present the level of science and technology for the production of semiconductor emitters does not allow you to set and control the divergence θ _{| |} in a plane parallel to the pn junction. But in any case, the emitter mastered in production has a fixed value θ _⊥ and θ _{| |} .

Наиболее близким по технической сущности аналогом - прототипом к заявляемому устройству является излучатель лазерный полупроводниковый инжекционный (см. патент РФ №2187183, МКИ⁷ H 01 S 5/00, 5/32, опубл. 10.08.2002 г.), содержащий в герметичной оболочке, состоящей из корпуса с выводами и крышки со стеклом, решетку из n одинаковых блоков лазерных диодов с излучающими зеркалами, установленных на плоскости корпуса, перпендикулярной оси излучателя. Минимальное число n блоков лазерных диодов определено значениями типовой расходимости излучения блока лазерных диодов θ _{| |} в плоскости параллельной р-n-переходам и расходимости излучения излучателя θ _{| |} по заданному уровню силы излучения, а все n блоков лазерных диодов развернуты друг относительно друга в плоскости, перпендикулярной оси излучения так. что углы между направлениями их р-n-переходов и направлением начала отсчета углов в плоскости излучающих зеркал образуют ряд 0, α , 2α ,... ,(n-1)α градусов, где α =180· n^-1 градусов. Излучатель имеет круглосимметричную относительно своей оси диаграмму направленности.The closest in technical essence analogue - a prototype to the claimed device is a laser semiconductor injection emitter (see RF patent No. 2187183, MKI ⁷ H 01 S 5/00, 5/32, publ. 10.08.2002), containing in a sealed enclosure consisting of a housing with leads and a cover with glass, a grating of n identical blocks of laser diodes with radiating mirrors mounted on the plane of the housing perpendicular to the axis of the emitter. The minimum number n of laser diode blocks is determined by the values of the typical radiation divergence of the block of laser diodes θ _{| |} in the plane parallel to the pn junctions and the divergence of the emitter radiation θ _{| |} at a given level of radiation power, and all n blocks of laser diodes are deployed relative to each other in a plane perpendicular to the radiation axis as follows. that the angles between the directions of their pn junctions and the direction of the origin of the angles in the plane of the radiating mirrors form a series of 0, α, 2α, ..., (n-1) α degrees, where α = 180 · n ^-1 degrees. The emitter has a circular pattern symmetrical about its axis.

Этому излучателю присущи все недостатки приведенных выше аналогов, т.к. расходимость его излучения (по уровню 0,5) не превышает полусуммы типовых расходимостей θ _⊥ и θ _{| |} используемых в нем блоков лазерных диодов и имеет фиксированное значение.This radiator has all the disadvantages of the above analogues, because the divergence of its radiation (at a level of 0.5) does not exceed half the sum of the typical divergences θ _⊥ and θ _{| |} blocks of laser diodes used in it and has a fixed value.

Сущность изобретения в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании мощного малогабаритного с большой расходимостью и равномерной диаграммой направленности излучения (до 100 градусов в вертикальной θ _y и горизонтальной θ _x плоскостях по уровню 0,5 относительно максимума) без использования формирующей оптики.The invention is as follows. The problem to which the claimed invention is directed, is to create a powerful small-sized with large divergence and uniform radiation pattern (up to 100 degrees in the vertical θ _y and horizontal θ _x planes at a level of 0.5 relative to the maximum) without the use of forming optics.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в излучателе лазерном полупроводниковом инжекционном, содержащем в герметичной оболочке, состоящей из корпуса с выводами и крышки со стеклом, решетку одинаковых блоков лазерных диодов с излучающими зеркалами, установленных на корпусе, число блоков лазерных диодов n определено выражением n=n_⊥ · n_{| |} ,The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in a laser emitter a semiconductor injection, containing in a sealed enclosure consisting of a housing with leads and a cover with glass, the array of identical blocks of laser diodes with radiating mirrors mounted on the housing, the number of blocks of laser diodes n is determined expression n = n _⊥ · n _{| |} ,

где

- число звеньев излучателя,Where

- the number of links of the emitter,

- число блоков лазерных диодов в каждом звене,

- the number of blocks of laser diodes in each link,

θ _y - расходимость излучения в вертикальной плоскости излучателя, градусов,θ _y - the divergence of radiation in the vertical plane of the emitter, degrees,

θ _⊥ - типовая расходимость излучения блока лазерных диодов в плоскости. перпендикулярной р-n-переходам, градусов,θ _⊥ is the typical divergence of the radiation of a block of laser diodes in the plane. perpendicular to pn junctions, degrees,

θ _x - расходимость излучения в горизонтальной плоскости излучателя, градусов,θ _x - the divergence of radiation in the horizontal plane of the emitter, degrees,

θ _⊥ - типовая расходимость излучения блока лазерных диодов в плоскости параллельной р-n-переходам, градусов,θ _⊥ - typical divergence of the radiation of a block of laser diodes in a plane parallel to the pn junctions, degrees,

при этом в вертикальной плоскости излучателя все n_{| |} блоков лазерных диодов каждого звена n_⊥ . развернуты на один и тот же для данного звена угол, последовательность которых в вертикальной плоскости излучателя между нормалями к плоскостям излучающих зеркал блоков лазерных диодов звеньев образует ряд: 0, α _y, 2α _y,... ,(n_⊥ -1)α _y, где α _y=θ _y· n_⊥ ^-1, градусов, а в горизонтальной плоскости излучателя все n_{| |} блоков лазерных диодов каждого звена развернуты на разные углы, последовательность которых в горизонтальной плоскости излучателя между нормалями к плоскости излучающих зеркал блоков лазерных диодов каждого звена образует ряд: 0, α _x, 2α _x,... ,(n_{| |} -1)α _x, где α _x=θ _y· n_{| |} ^-1 градусов, причем направления р-n-переходов на излучающих зеркалах всех блоков лазерных диодов ориентированы параллельно горизонтальной плоскости излучателя.in the vertical plane of the emitter, all n _{| |} blocks of laser diodes of each link n _⊥ . are rotated at the same angle for a given link, the sequence of which in the vertical plane of the emitter between the normals to the planes of the emitting mirrors of the blocks of the laser diodes of the links forms a series: 0, α _y , 2α _y , ..., (n _⊥ -1) α _y , where α _y = θ _y · n _⊥ ^-1 , degrees, and in the horizontal plane of the emitter all n _{| |} the blocks of laser diodes of each link are rotated at different angles, the sequence of which in the horizontal plane of the emitter between the normals to the plane of the radiating mirrors of the blocks of laser diodes of each link forms a row: 0, α _x , 2α _x , ..., (n _{| |} -1) α _x , where α _x = θ _y · n _{| |} ^-1 degrees, and the directions of pn junctions on the radiating mirrors of all blocks of laser diodes are oriented parallel to the horizontal plane of the emitter.

Кроме того, в вертикальной плоскости излучателя все блоки лазерных диодов звеньев симметрично развернуты навстречу друг другу так, что ряд углов 0, α _y, 2α _y,... ,(n_⊥ -1)α _y симметричен относительно оси излучателя, а в горизонтальной плоскости излучателя все блоки лазерных диодов каждого звена симметрично развернуты навстречу друг другу так, что ряд углов 0, α _x, 2α _x,... ,(n_{| |} -1)α _x симметричен относительно оси излучателя, при этом все блоки лазерных диодов расположены так, что координаты центра каждого блока лазерных диодов относительно оси излучателя в плоскости. перпендикулярной оси излучателя. последовательно увеличены с ростом его угла разворота в указанных симметричных рядах углов относительно оси излучателя, причем эти координаты выбраны минимальными.In addition, in the vertical plane of the emitter, all the blocks of the laser diodes of the links are symmetrically turned towards each other so that a number of angles 0, α _y , 2α _y , ..., (n _⊥ -1) α _{y are} symmetric about the axis of the emitter, and in the horizontal plane of the emitter, all the blocks of laser diodes of each link are symmetrically turned towards each other so that a number of angles 0, α _x , 2α _x , ..., (n _{| |} -1) α _{x are} symmetric about the axis of the emitter, while all the blocks of laser diodes located so that the coordinates of the center of each block of laser diodes relative to the axis emit A plane. perpendicular to the axis of the emitter. successively increased with increasing its pivot angle in the indicated symmetrical rows of angles relative to the axis of the emitter, and these coordinates are chosen to be minimal.

Вследствие изготовления решетки лазерных диодов в виде нормированного количества n блоков лазерных диодов, установки этих блоков на корпусе излучателя так, что направления их р-n-переходов на излучающих зеркалах параллельны горизонтальной плоскости излучателя, и последовательного разворота блоков лазерных диодов на нормированные углы в двух взаимно перпендикулярных плоскостях излучателя, диаграммы направленности излучателя в этих плоскостях расширяются и становятся равномерными.Due to the manufacture of the array of laser diodes in the form of a normalized number of n blocks of laser diodes, the installation of these blocks on the emitter body so that the directions of their pn junctions on the emitting mirrors are parallel to the horizontal plane of the emitter, and the series of turns of the blocks of laser diodes at normalized angles in two mutually perpendicular to the planes of the emitter, the radiation patterns of the emitter in these planes expand and become uniform.

Вследствие того, что все блоки лазерных диодов симметрично развернуты навстречу друг другу относительно оси излучателя, а координаты центра каждого блока лазерных диодов относительно оси излучателя последовательно увеличены с ростом его угла разворота, и координаты эти выбраны минимальными, линейные размеры выходного окна (рабочей области стекла крышки, через которую выходит оптическое излучение в телесном угле с угловыми расходимостями θ _y и θ _x) и всего излучателя уменьшаются.Due to the fact that all the blocks of laser diodes are symmetrically deployed towards each other relative to the axis of the emitter, and the coordinates of the center of each block of laser diodes relative to the axis of the emitter are successively increased with increasing its rotation angle, and these coordinates are chosen to be minimal, the linear dimensions of the exit window (working area of the glass cover through which optical radiation comes out in a solid angle with angular divergences θ _y and θ _x ) and the entire emitter decrease.

Минимальное количество блоков лазерных диодов n, число звеньев излучателя n_⊥ и число блоков лазерных диодов n_{| |} в каждом звене однозначно определены типовыми значениями углов расходимости излучения используемых блоков лазерных диодов в плоскостях. перпендикулярной θ _⊥ и параллельной θ_|| их р-n-переходам по уровню 0,5, требуемыми расходимостями в вертикальной θ _y и горизонтальной θ _x плоскостях излучателя.The minimum number of blocks of laser diodes n, the number of links of the emitter n _⊥ and the number of blocks of laser diodes n _{| |} in each link are uniquely determined by the typical values of the angles of divergence of the radiation of the used blocks of laser diodes in the planes. perpendicular θ _⊥ and parallel θ _|| their pn transitions at a level of 0.5, the required divergences in the vertical θ _y and horizontal θ _x planes of the emitter.

Угол разворота α _y блоков лазерных диодов соседних (по углу разворота) звеньев однозначно определен значением требуемой расходимости излучения излучателя в вертикальной плоскости θ _y и выбранным числом звеньев n_⊥ .The angle of rotation α _{y of the} blocks of laser diodes of the neighboring links (by the angle of rotation) is uniquely determined by the value of the required divergence of the emitter radiation in the vertical plane θ _y and the selected number of links n _⊥ .

Угол разворота α _x соседних (по углу разворота) блоков лазерных диодов каждого звена однозначно определен значением требуемой расходимости излучателя в горизонтальной плоскости θ _x и выбранным числом блоков лазерных диодов n_{| |} каждого звена.The angle of rotation α _{x of the} adjacent (by the angle of rotation) blocks of laser diodes of each link is uniquely determined by the value of the required divergence of the emitter in the horizontal plane θ _x and the selected number of blocks of laser diodes n _{| |} each link.

Оптимизация числа блоков лазерных диодов n, разделение их на n_⊥ звеньев по n_{| |} блоков лазерных диодов в каждом звене и ориентация их в излучателе под различными углами обеспечивают требуемую расходимость излучения с равномерной диаграммой направленности за счет того, что во всем телесном угле поля излучения каждой "соседней" пары блоков лазерных диодов ("соседних" в порядке увеличения их разворота в ряду 0, α _y, 2α _y,... ,(n_⊥ -1)α _y или 0, α _x, 2α _x,... ,(n_{| |} -1)α _x в вертикальной и горизонтальной плоскостях излучателя сопрягаются по уровням не менее 0,5 от максимальной силы излучения каждого. В результате сложения соседних полей по уровням 0,5 и выше в диаграмме направленности излучателя не может быть провалов силы излучения ниже наперед заданной типовыми характеристиками используемых блоков лазерных диодов. В идеале диаграмма направленности излучения имеет равномерную вершину, спадая по краям до уровня 0,5.Optimization of the number of blocks of laser diodes n, dividing them into n _⊥ links in n _{| |} blocks of laser diodes in each link and their orientation in the emitter at different angles provide the required divergence of radiation with a uniform radiation pattern due to the fact that in the entire solid angle of the radiation field of each "neighboring" pair of blocks of laser diodes ("neighboring" in the order of increasing their turn in the series 0, α _y , 2α _y , ..., (n _⊥ -1) α _y or 0, α _x , 2α _x , ..., (n _{| |} -1) α _x in the vertical and horizontal planes of the emitter are conjugated in levels of at least 0.5 of the maximum radiation strength of each. levels of 0.5 and higher in the radiation pattern of the emitter can not be dips of radiation below the predetermined typical characteristics of the used blocks of laser diodes.Ideally, the radiation pattern has a uniform vertex, falling along the edges to the level of 0.5.

Сущность технического решения поясняется графическими материалами, примером конкретного исполнения и описанием.The essence of the technical solution is illustrated by graphic materials, an example of a specific design and description.

На фиг.1 представлена конструкция реализуемого излучателя. вид спереди по оси излучателя OZ.Figure 1 presents the design of the implemented emitter. front view along the axis of the emitter OZ.

На фиг.2 - ориентация блоков лазерных диодов звеньев n_⊥ и пространственные характеристики излучения в вертикальной плоскости излучателя.Figure 2 - orientation of the blocks of laser diodes links n _⊥ and spatial characteristics of the radiation in the vertical plane of the emitter.

На фиг.3 - ориентация блоков лазерных диодов n_{| |} каждого звена n_⊥ и пространственные характеристики излучения в горизонтальной плоскости излучателя.Figure 3 - orientation of the blocks of laser diodes n _{| |} each link n _⊥ and spatial characteristics of radiation in the horizontal plane of the emitter.

На фиг.4 - эпюры индикатрис дальнего поля излучения в вертикальной плоскости излучателя.Figure 4 - plot indicatrix far field radiation in the vertical plane of the emitter.

На фиг.5 - эпюры индикатрис дальнего поля излучения в горизонтальной плоскости излучателя.Figure 5 - plot indicatrix far field radiation in the horizontal plane of the emitter.

На фиг.6 - ориентация блоков лазерных диодов звеньев n_⊥ и пространственные характеристики излучения в вертикальной плоскости излучателя.Figure 6 - orientation of the blocks of laser diodes links n _⊥ and spatial characteristics of the radiation in the vertical plane of the emitter.

На фиг.7 - ориентация блоков лазерных диодов n_{| |} каждого звена n_⊥ и пространственные характеристики излучения в горизонтальной плоскости излучателя.Figure 7 - orientation of the blocks of laser diodes n _{| |} each link n _⊥ and spatial characteristics of radiation in the horizontal plane of the emitter.

На чертежах приняты следующие обозначения:In the drawings, the following notation:

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 - блоки лазерных диодов,1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 - blocks of laser diodes,

11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 - индикатрисы дальнего поля излучения в плоскости. перпендикулярной р-n-переходам блоков лазерных диодов 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 соответственно, т.е. 11 соответствует 1, 12 соответствует 2 и т.д.,11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 — indicatrixes of the far radiation field in the plane. perpendicular to the pn junctions of the blocks of laser diodes 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, respectively, i.e. 11 corresponds to 1, 12 corresponds to 2, etc.,

21, 22, 23. 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 - индикатрисы дальнего поля излучения в плоскости параллельной р-n-переходам блоков лазерных диодов 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 соответственно, т.е. 21 соответствует 1, 12 соответствует 2 и т.д.,21, 22, 23. 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 — far-field indicatrixes in the plane parallel to the pn junctions of the blocks of laser diodes 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 , 9, 10, respectively, i.e. 21 corresponds to 1, 12 corresponds to 2, etc.,

31 - индикатриса дальнего поля излучения в вертикальной плоскости излучателя,31 - indicatrix of the far radiation field in the vertical plane of the emitter,

32 - индикатриса дальнего поля излучения в горизонтальной плоскости излучателя,32 - indicatrix of the far radiation field in the horizontal plane of the emitter,

33 - корпус излучателя,33 - emitter housing,

34 - стекло крышки излучателя,34 - glass cover of the emitter,

OZ - ось излучателя,OZ - axis of the emitter,

Je - сила излучения в относительных единицах.Je is the radiation strength in relative units.

На фиг.1 точками отмечены центры блоков лазерных диодов.In figure 1, the dots mark the centers of the blocks of laser diodes.

В предлагаемом излучателе (фиг.1) решетка лазерных диодов изготовлена в виде n одинаковых блоков лазерных диодов. В приведенном примере число блоков равно десяти. Блоки лазерных диодов установлены на корпусе с выводами "+" и "-" в соответствии с фиг.1. Штриховые линии в блоках совпадают с направлениями их р-n-переходов в плоскости зеркал, и проекции этих линий на плоскость, перпендикулярную оси излучателя OZ, параллельны направлению OX в горизонтальной плоскости излучателя (т.е. все блоки лазерных диодов ориентированы так, что направления их р-n-переходов на излучающих зеркалах параллельны горизонтальной плоскости излучателя). Все n блоков лазерных диодов разбиты на два звена (n_⊥ =2) по пять блоков (n_{| |} =5) в каждом звене. Указанные значения n_⊥ =2 и n_{| |} =5 дают наглядное представление о формирования диаграммы направленности излучения при четном или нечетном числе звеньев или блоков лазерных диодов в звеньях.In the proposed emitter (figure 1), the array of laser diodes is made in the form of n identical blocks of laser diodes. In the above example, the number of blocks is ten. Blocks of laser diodes mounted on the housing with the findings of "+" and "-" in accordance with figure 1. The dashed lines in the blocks coincide with the directions of their pn junctions in the plane of the mirrors, and the projections of these lines onto a plane perpendicular to the axis of the emitter OZ are parallel to the direction OX in the horizontal plane of the emitter (i.e., all blocks of laser diodes are oriented so that the directions their pn junctions on radiating mirrors are parallel to the horizontal plane of the radiator). All n blocks of laser diodes are divided into two links (n _⊥ = 2), five blocks (n _{| |} = 5) in each link. The indicated values n _⊥ = 2 and n _{| |} = 5 give a visual representation of the formation of the radiation pattern with an even or odd number of links or blocks of laser diodes in the links.

На фиг.2 показано взаимное расположение блоков разных звеньев (для n_⊥ =2) друг относительно друга на корпусе в вертикальной плоскости излучателя. Блоки звеньев установлены на корпусе так, что угол между нормалями к излучающим плоскостям первого (блоки 1... 5) и второго (блоки 6... 10) звена равен α _y. Блоки лазерных диодов второго звена (6... 10) излучают в направлении 0, перпендикулярном к направлениям излучающих поверхностей в вертикальной плоскости излучателя, с расходимостью θ _⊥ по уровню 0,5, а блоки первого звена (1... 5) - излучают, соответственно, в направлении α _yс расходимостью θ _⊥ по уровню 0,5. Наглядно показано, что угловые координаты соседних полей излучения в вертикальной плоскости излучателя сопрягаются по уровню 0,5 при n_⊥ =θ _y· θ $\binom{-1}{⊥}$ . При увеличении числа звеньев картина периодически повторяется, образуя ряд углов 0, α _y, 2α _y,... ,(n_⊥ -1)α _y.Figure 2 shows the relative position of the blocks of different links (for n _⊥ = 2) relative to each other on the housing in the vertical plane of the emitter. The blocks of links are mounted on the housing so that the angle between the normals to the radiating planes of the first (blocks 1 ... 5) and second (blocks 6 ... 10) links is equal to α _y . The blocks of laser diodes of the second link (6 ... 10) emit in the direction 0, perpendicular to the directions of the emitting surfaces in the vertical plane of the emitter, with a divergence θ _⊥ at a level of 0.5, and the blocks of the first link (1 ... 5) emit , respectively, in the direction α _y with divergence θ _⊥ at the level of 0.5. It is clearly shown that the angular coordinates of adjacent radiation fields in the vertical plane of the emitter are conjugated at a level of 0.5 for n _⊥ = θ _y · θ $\binom{-1}{⊥}$ . As the number of links increases, the pattern periodically repeats, forming a series of angles 0, α _y , 2α _y , ..., (n _⊥ -1) α _y .

На фиг.3 показано взаимное расположение блоков лазерных диодов каждого звена (для n_{| |} =5) друг относительно друга на корпусе в горизонтальной плоскости излучателя. Блоки звена установлены на корпусе так, что угол между нормалями к излучающим плоскостям блоков каждого звена (1... 5 и 6... 10) образуют ряд 0, α _x, 2α _x,... ,(n_{| |} -1)α _x. Пара блоков лазерных диодов 5 и 10 излучает в направлении 0, перпендикулярном к направлениям их излучающих поверхностей в горизонтальной плоскости излучателя, с расходимостью по уровню 0,5, а последующие пары блоков 4 и 9, 3 и 8, 2 и 7, 1 и 6 излучают соответственно в направлениях α _x, 2α _x, 3α _x, 4α _x с расходимостью в θ _{| |} по уровню 0,5. Наглядно показано, что угловые координаты соседних полей излучения в горизонтальной плоскости излучателя сопрягаются по уровню 0,5 при n_{| |} =θ _x· θ $\binom{-1}{| |}$ .Figure 3 shows the relative arrangement of the blocks of laser diodes of each link (for n _{| |} = 5) relative to each other on the housing in the horizontal plane of the emitter. Link blocks are mounted on the housing so that the angle between the normals to the radiating planes of the blocks of each link (1 ... 5 and 6 ... 10) form the row 0, α _x , 2α _x , ..., (n _{| |} -1 ) α _x . A pair of blocks of laser diodes 5 and 10 emits in the direction 0, perpendicular to the directions of their radiating surfaces in the horizontal plane of the emitter, with a divergence in level of 0.5, and subsequent pairs of blocks 4 and 9, 3 and 8, 2 and 7, 1 and 6 emit respectively in the directions α _x , 2α _x , 3α _x , 4α _x with divergence in θ _{| |} at the level of 0.5. It is clearly shown that the angular coordinates of adjacent radiation fields in the horizontal plane of the emitter are conjugated at a level of 0.5 at n _{| |} = θ _x $\binom{-1}{| |}$ .

На фиг.4 показаны эпюры индикатрис дальнего поля излучения излучателя 31 и блоков лазерных диодов каждого звена (11... 15 и 16... 20) в вертикальной плоскости излучателя. Число блоков n_⊥ выбрано минимальным, и уровень сопряжения соседних полей излучения составляет 0,5. При увеличении числа звеньев n_⊥ в соответствии с формулой изобретения (n_⊥ >θ _y· θ $\binom{-1}{⊥}$ ), соседние поля излучения блоков звеньев сопрягаются по уровню выше 0,5. В результате обеспечивается требуемая расходимость излучения θ _y в вертикальной плоскости излучателя, превышающая типовую расходимость θ _⊥ используемых блоков лазерных диодов в плоскости перпендикулярной р-n-переходам. Диаграмма направленности 31 излучателя не имеет провалов в центре и спадает по краям до уровня 0,5.Figure 4 shows the plot of the indicatrix of the far field radiation of the emitter 31 and the blocks of laser diodes of each link (11 ... 15 and 16 ... 20) in the vertical plane of the emitter. The number of blocks n _{⊥ is} chosen to be minimal, and the conjugation level of adjacent radiation fields is 0.5. With an increase in the number of links n _⊥ in accordance with the claims (n _⊥ > θ _y · θ $\binom{-1}{⊥}$ ), adjacent radiation fields of the link units are conjugated at a level above 0.5. As a result, the required divergence of the radiation θ _y in the vertical plane of the emitter is provided, which exceeds the typical divergence θ _{⊥ of the} used blocks of laser diodes in the plane perpendicular to the pn junctions. The radiation pattern of 31 emitters has no dips in the center and falls along the edges to the level of 0.5.

На фиг.5 показаны эпюры индикатрис дальнего поля излучения излучателя 32 и блоков лазерных диодов каждого звена (21... 25 и 26... 30) в горизонтальной плоскости излучателя. Число блоков n_|| выбрано минимальным, и уровень сопряжения соседних (в угловой последовательности разворота блоков лазерных диодов каждого звена) полей излучения составляет 0,5. При увеличении числа блоков n₂ в соответствии с формулой изобретения (n_{| |} >θ _x· θ $\binom{-1}{| |}$ ) соседние поля блоков каждого звена сопрягаются по уровню выше 0,5. В результате обеспечивается требуемая расходимость излучения θ _x в горизонтальной плоскости излучателя, превышающая типовую расходимость θ _{| |} используемых блоков лазерных диодов в плоскости параллельной р-n-переходам. Диаграмма направленности 32 излучателя не имеет провалов в центре и спадает по краям до уровня 0,5.Figure 5 shows the plot of the indicatrix of the far field radiation of the emitter 32 and the blocks of laser diodes of each link (21 ... 25 and 26 ... 30) in the horizontal plane of the emitter. The number of blocks n _|| selected minimum, and the level of conjugation of adjacent (in the angular sequence of the rotation of the blocks of laser diodes of each link) radiation fields is 0.5. With an increase in the number of blocks n ₂ in accordance with the claims (n _{| |} > θ _x · θ $\binom{-1}{| |}$ ) adjacent fields of blocks of each link are mated at a level above 0.5. As a result, the required radiation divergence θ _x in the horizontal plane of the emitter is provided, which exceeds the typical divergence θ _{| |} used blocks of laser diodes in a plane parallel to pn junctions. The radiation pattern of 32 emitters does not have dips in the center and decreases along the edges to the level of 0.5.

Пример конкретного исполнения.An example of a specific implementation.

Излучатель лазерный полупроводниковый инжекционный был реализован в соответствии с п.2 формулы изобретения и фиг.1, 6, 7. Для создания излучателя с расходимостью θ _у=60° в вертикальной и θ _x=60° в горизонтальной плоскостях использовали блоки лазерных диодов с типовыми расходимостями θ _⊥ =30° и θ _{| |} =12° . Число звеньев блоков лазерных диодов n_⊥ =2 и число блоков в каждом звене n_{| |} =5 выбраны минимальными.A laser semiconductor injection emitter was implemented in accordance with claim 2 and FIGS. 1, 6, 7. To create an emitter with divergence θ _y = 60 ° in the vertical and θ _x = 60 ° in the horizontal planes, laser diode blocks with typical divergences θ _⊥ = 30 ° and θ _{| |} = 12 °. The number of links of blocks of laser diodes n _⊥ = 2 and the number of blocks in each link n _{| |} = 5 are selected as minimum.

В соответствии с п.2 формулы изобретения установочные плоскости корпуса для блоков каждого звена развернуты в вертикальной плоскости излучателя навстречу друг другу (см. фиг.6) на 15° каждый симметрично относительно оси излучателя OZ, а в горизонтальной плоскости установочные плоскости для блоков "внутри" каждого звена симметрично развернуты навстречу друг другу (см. фиг.7) на разные углы относительно оси излучателя OZ: блоки 3 и 8 - на 0° ; блоки 2 и 7 - на 12° , а навстречу им на 12° - блоки 4 и 9, блоки 1 и 6 - на 24° , а навстречу им на 24° - блоки 5 и 10.In accordance with paragraph 2 of the claims, the mounting planes of the housing for blocks of each link are deployed in the vertical plane of the emitter towards each other (see Fig. 6) by 15 ° each symmetrically with respect to the axis of the emitter OZ, and in the horizontal plane, the mounting planes for blocks are “inside "of each link symmetrically deployed towards each other (see Fig.7) at different angles relative to the axis of the emitter OZ: blocks 3 and 8 - by 0 °; blocks 2 and 7 - by 12 °, and towards them by 12 ° - blocks 4 and 9, blocks 1 and 6 - by 24 °, and towards them by 24 ° - blocks 5 and 10.

Блоки лазерных диодов закрепляли на установочных плоскостях корпуса с помощью теплопроводящего клея.The blocks of laser diodes were fixed on the installation planes of the housing using heat-conducting glue.

В результате в вертикальной плоскости излучателя углы разворота нормалей к излучающим зеркалам блоков лазерных диодов звеньев образовали ряд (см. фиг.6) значений 0 и 30° , а в горизонтальной плоскости излучателя углы разворота блоков "внутри" каждого звена образовали ряд 0, 12, 24, 36, 48° (см. фиг.7). Расходимость излучения излучателя в вертикальной и горизонтальной плоскостях составила 60° (см. фиг.4, фиг.5), Вершины диаграмм направленности равномерные, без провалов. Общее число блоков лазерных диодов в излучателе равно 10. Размеры блока 2× 2 мм² без учета электрических шинок.As a result, in the vertical plane of the emitter, the rotation angles of the normals to the radiating mirrors of the blocks of laser diodes of the links formed a series (see Fig. 6) of values 0 and 30 °, and in the horizontal plane of the emitter, the rotation angles of the blocks "inside" of each link formed a number of 0, 12 24, 36, 48 ° (see Fig. 7). The divergence of the emitter radiation in the vertical and horizontal planes was 60 ° (see figure 4, figure 5), the vertices of the radiation patterns are uniform, without dips. The total number of blocks of laser diodes in the emitter is 10. The dimensions of the block are 2 × 2 mm ² excluding electric buses.

Электрические шинки блоков лазерных диодов распаяны по схеме фиг.1.The electrical busbars of the blocks of laser diodes are soldered according to the scheme of figure 1.

Корпус 33 и крышку со стеклом (на фиг.1 не показаны) соединяли методом холодной сварки.The housing 33 and the cover with glass (not shown in FIG. 1) were connected by cold welding.

Излучатели имели следующие основные параметры: максимальная мощность импульсов излучения не менее 1000 Вт; расходимость излучения по уровню 0,5 в вертикальной плоскости θ _y=(60± 2)° , в горизонтальной плоскости θ _x(60±5)° ; провалы индикатрисы дальнего поля в вертикальной плоскости отсутствуют, а в горизонтальной плоскости составили (15... 32)% от максимального значения силы излучения.The emitters had the following main parameters: maximum power of radiation pulses of at least 1000 W; radiation divergence at the level of 0.5 in the vertical plane θ _y = (60 ± 2) °, in the horizontal plane θ _x (60 ± 5) °; there are no dips of the far field indicatrix in the vertical plane, and in the horizontal plane amounted to (15 ... 32)% of the maximum radiation strength.

Наличие провалов в индикатрисах дальнего поля излучения объясняется как разбросом пространственных характеристик используемых лазерных структур, так и уровнем технологии изготовления блоков лазерных диодов и сборки излучателей.The presence of dips in the indicatrixes of the far field of radiation is explained by both the scatter of the spatial characteristics of the used laser structures and the level of technology for manufacturing blocks of laser diodes and assembly of emitters.

Размер тела свечения излучателя по оси У - 9 мм, по оси Х - 15 мм. Реализация излучателя по п.2 формулы изобретения позволила снизить сечение нормированного пучка излучения на выходном стекле до размеров, не превышающих размеры тела свечения в соответствии с фиг.6 и 7 (в отличие от этих размеров по фиг.2 и 3).The body size of the emitter’s glow along the Y axis is 9 mm, along the X axis is 15 mm. The implementation of the emitter according to claim 2 of the claims made it possible to reduce the cross section of the normalized radiation beam on the output glass to sizes not exceeding the dimensions of the glow body in accordance with FIGS. 6 and 7 (in contrast to these sizes in FIGS. 2 and 3).

Минимальные размеры выходного окна достигаются в местах перетяжки оптического пучка по оси излучателя (см. фиг.6 и 7).The minimum dimensions of the output window are achieved at the waist of the optical beam along the axis of the emitter (see Fig.6 and 7).

Изготовлено семь излучателей согласно предложенному техническому решению. Полученные характеристики излучения подтверждают достоинства излучателей:Seven emitters were manufactured according to the proposed technical solution. The obtained radiation characteristics confirm the advantages of emitters:

- расходимость излучения в вертикальной плоскости превышает соответствующую типовую расходимость блока лазерных диодов в два раза, а в горизонтальной - в пять раз;- the divergence of radiation in the vertical plane exceeds the corresponding typical divergence of the block of laser diodes by two times, and in the horizontal by five times;

- индикатриса дальнего поля равномерна и не имеет существенных провалов;- the far field indicatrix is uniform and has no significant dips;

- ориентация блоков лазерных диодов и размеры тела свечения оптимизированы, размеры и масса излучателя остались в пределах типового корпуса;- the orientation of the blocks of laser diodes and the dimensions of the luminous body are optimized, the dimensions and mass of the emitter remain within the typical housing;

- увеличение расходимостей выполняется без использования формирующей оптики, а следовательно без дополнительных потерь оптической мощности.- the increase in divergences is performed without the use of forming optics, and therefore without additional loss of optical power.

Claims

1. Излучатель лазерный полупроводниковый инжекционный, содержащий в герметичной оболочке, состоящей из корпуса с выводами и крышки со стеклом, решетку одинаковых блоков лазерных диодов с излучающими зеркалами, установленных на корпусе, отличающийся тем, что число блоков лазерных диодов n определено выражением1. Laser emitting laser semiconductor, containing in a sealed enclosure consisting of a housing with leads and a cover with glass, a lattice of identical blocks of laser diodes with radiating mirrors mounted on the housing, characterized in that the number of blocks of laser diodes n is determined by the expression

n=n_⊥ · n_||,n = n _⊥ · n _|| ,

где

- число звеньев излучателя;Where

- the number of links of the emitter;

- число блоков лазерных диодов в каждом звене;

- the number of blocks of laser diodes in each link;

θ _у - расходимость излучения в вертикальной плоскости, излучателя, градус;θ _y - the divergence of radiation in the vertical plane of the emitter, degrees;

θ _⊥ - типовая расходимость излучения блока лазерных диодов в плоскости, перпендикулярной р-n-переходам, градус;θ _⊥ is the typical divergence of the radiation of a block of laser diodes in a plane perpendicular to pn junctions, degrees;

θ _х - расходимость излучения в горизонтальной плоскости излучателя, градус;θ _x - the divergence of radiation in the horizontal plane of the emitter, degrees;

θ _|| - типовая расходимость излучения блока лазерных диодов в плоскости, параллельной р-n-переходам, градус,θ _|| - typical divergence of the radiation of a block of laser diodes in a plane parallel to the pn junctions, degrees,

при этом в вертикальной плоскости излучателя все n_|| блоков лазерных диодов каждого звена n_⊥ развернуты на один и тот же для данного звена угол, последовательность которых в вертикальной плоскости излучателя между нормалями к плоскостям излучающих зеркал блоков лазерных диодов звеньев образует ряд 0, α _у, 2α _y,... , (n_⊥ -1)α _у, где α _у=θ _у· n_⊥ ^-1 градусов, а в горизонтальной плоскости излучателя все n_|| блоков лазерных диодов каждого звена развернуты на разные углы, последовательность которых в горизонтальной плоскости излучателя между нормалями к плоскостям излучающих зеркал блоков лазерных диодов каждого звена образует ряд 0, α _х, 2α _х,... , (n_||-1)α _х, где α _х=θ _х· n

\binom{-1}{ll}

градусов, причем направления р-n-переходов на излучающих зеркалах всех блоков лазерных диодов ориентированы параллельно горизонтальной плоскости излучателя.in the vertical plane of the emitter, all n _|| of the blocks of laser diodes of each link n _{⊥ are} rotated at the same angle for the link, the sequence of which in the vertical plane of the emitter between the normals to the planes of the emitting mirrors of the blocks of laser diodes of the links forms a row 0, α _y , 2α _y , ..., (n _⊥ -1) α _y , where α _y = θ _y · n _⊥ ^-1 degrees, and in the horizontal plane of the emitter all n _|| of the blocks of laser diodes of each link are rotated at different angles, the sequence of which in the horizontal plane of the emitter between the normals to the planes of the emitting mirrors of the blocks of laser diodes of each link forms a row 0, α _x , 2α _x , ..., (n _|| -1) α _x , where α _x = θ _x

\binom{-1}{ll}

degrees, and the directions of the pn junctions on the radiating mirrors of all blocks of laser diodes are oriented parallel to the horizontal plane of the emitter.

2. Излучатель лазерный полупроводниковый инжекционный по п.1, отличающийся тем, что в вертикальной плоскости излучателя все блоки лазерных диодов звеньев симметрично развернуты навстречу друг другу так, что ряд углов 0, α _у, 2α _у,... , (n_⊥ -1)α _у симметричен относительно оси излучателя, а в горизонтальной плоскости излучателя все блоки лазерных диодов каждого звена симметрично развернуты навстречу друг другу так, что ряд углов 0, α _х, 2α _х,... , (n_||-1)α _х симметричен относительно оси излучателя, при этом все блоки лазерных диодов расположены так, что координаты центра каждого блока лазерных диодов относительно оси излучателя в плоскости, перпендикулярной оси излучателя, последовательно увеличены с ростом угла разворота в указанных симметричных рядах углов относительно оси излучателя, причем эти координаты выбраны минимальными.2. The laser semiconductor injection emitter according to claim 1, characterized in that in the vertical plane of the emitter all the blocks of the laser diodes of the links are symmetrically turned towards each other so that a number of angles 0, α _y , 2α _y , ..., (n _⊥ - 1) α _{y is} symmetric about the axis of the emitter, and in the horizontal plane of the emitter all the blocks of laser diodes of each link are symmetrically turned towards each other so that a number of angles 0, α _x , 2α _x , ..., (n _|| -1) α _{x is} symmetric about the axis of the emitter, while all the blocks of the laser diodes are located so that the coordinates of the center of each block of laser diodes relative to the axis of the emitter in a plane perpendicular to the axis of the emitter are successively increased with increasing angle of rotation in the indicated symmetrical rows of angles relative to the axis of the emitter, and these coordinates are chosen to be minimal.