專利名稱：一種基于大功率半導(dǎo)體激光器的均勻激光線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種基于大功率半導(dǎo)體激光器的均勻激光線裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于大功率半導(dǎo)體激光器的均勻激光線裝置，屬于激光測(cè) 量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]在激光測(cè)量領(lǐng)域，常常需要一條細(xì)長(zhǎng)而均勻的結(jié)構(gòu)光(激光線)照射被測(cè)量物 體，再通過(guò)相機(jī)來(lái)觀察測(cè)量結(jié)構(gòu)光的位移數(shù)據(jù)，獲取被測(cè)量物體表面起伏的三維信息。 現(xiàn)有常見(jiàn)的激光線一般是由單管的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生，這種單管半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激 光線可較好的工作于室內(nèi)靜態(tài)場(chǎng)所，但是在戶外的太陽(yáng)光背景下，照射深色物體(特別 是黑色物體)時(shí)，激光線將淹沒(méi)在噪聲中，無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。而許多應(yīng)用場(chǎng)合，比如道路 檢測(cè)、建筑物三維測(cè)量、煤堆體積測(cè)量等，其共同特點(diǎn)是戶外背景復(fù)雜，測(cè)量對(duì)象吸光 嚴(yán)重、反射較弱，因此迫切需要有大功率的均勻激光線產(chǎn)品。雖然在近期市場(chǎng)上已經(jīng)有 少量的基于固體激光器的大功率激光線產(chǎn)品出現(xiàn)，可用于戶外激光測(cè)量，但這種基于固 體激光器的大功率激光線產(chǎn)品存在受環(huán)境溫度影響大、輸出穩(wěn)定性差、體積龐大、功耗 大、壽命短、發(fā)光譜段不好等缺點(diǎn)；基于半導(dǎo)體激光器的中國(guó)發(fā)明專利《衍射光柵列陣 外腔半導(dǎo)體激光線陣及其制備方法》(申請(qǐng)?zhí)?00710056186. 、實(shí)用新型專利《衍射 光柵列陣外腔半導(dǎo)體激光線陣》(申請(qǐng)?zhí)?00720094443.7)、發(fā)明專利《半導(dǎo)體激光線 陣條發(fā)光矯正裝置》(200710056302.0)公開的都是半導(dǎo)體激光線陣制備方法，屬于大功 率半導(dǎo)體激光器的一個(gè)種類，對(duì)于激光器光路整形后，輸出激光線的設(shè)備及方法，目前 沒(méi)有公開的專利。發(fā)明內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型針對(duì)背景技術(shù)所述的不足之處，提出一種基于大功率半導(dǎo)體激光器 的均勻激光線裝置，用于實(shí)現(xiàn)戶外強(qiáng)背景光場(chǎng)合、深色物體的激光測(cè)量，與固體激光器 相比，具有結(jié)構(gòu)小巧、輸出功率大、功耗低、穩(wěn)定、長(zhǎng)壽等特點(diǎn)，用于替代固體激光器 實(shí)現(xiàn)均勻的激光線輸出，滿足市場(chǎng)對(duì)于的大功率激光線的需求。[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種基于大功率半導(dǎo)體激光器的均勻激光線裝置， 由大功率半導(dǎo)體激光器、整形光路系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電源、溫控器四部分組成，大功率半導(dǎo)體 激光器出射波長(zhǎng)為808nm附近的近紅外光，輸出功率大于2w ；整形光路系統(tǒng)由非球面 準(zhǔn)直透鏡和削邊柱面鏡兩部分組成，削邊柱面鏡的材料為K9或熔融石英玻璃；驅(qū)動(dòng)電源 部分的輸出線共有4組，分別為激光器電源供電線、半導(dǎo)體熱電制冷器(TEC)供電線、 溫度傳感器供電線和風(fēng)扇供電線；溫控器由半導(dǎo)體熱電制冷器(TEC)、溫度傳感器、熱 沉、散熱片和風(fēng)扇組成，其特征在于整形光路系統(tǒng)由非球面準(zhǔn)直透鏡和削邊柱面鏡兩 部分組成，用于準(zhǔn)直半導(dǎo)體激光器發(fā)散光束的非球面準(zhǔn)直透鏡與削邊柱面鏡拉開的距離 為45 65mm，用于激光器慢軸方向勻光和擴(kuò)束的削邊柱面鏡由兩片完全相同的柱面鏡 拼接成，且其柱面方向與半導(dǎo)體激光器的快軸方向重合，非球面準(zhǔn)直透鏡安裝在螺紋鏡筒中，其有益效果是，可以擴(kuò)大照射到柱面鏡上的慢軸光斑尺寸，有利于準(zhǔn)直半導(dǎo)體激 光器的發(fā)散光束，有利于勻光，通過(guò)調(diào)節(jié)非球面準(zhǔn)直透鏡在螺紋鏡筒中的相對(duì)位置，可 將激光線聚焦在不同工作距離處，提高了激光線應(yīng)用的靈活性。[0005]本實(shí)用新型的工作原理為削邊的柱面鏡將準(zhǔn)直后的慢軸方向的光束一分為 二，并在聚焦位置實(shí)現(xiàn)倒像，倒像后的兩個(gè)光束均為邊緣強(qiáng)、中間弱，但疊加后的光束 中間較弱的部分得到彌補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)均勻激光線，利用本裝置，可實(shí)現(xiàn)在距離激光器2m 處產(chǎn)生5mmX2000mm的均勻激光線。


[0006]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖；[0007]圖2為激光頭A部分放大圖；[0008]圖3為削邊的柱面鏡B部分放大圖；[0009]圖4為整形光路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0010]附圖中的標(biāo)記[0011]1-大功率半導(dǎo)體激光器，2-準(zhǔn)直透鏡，3-整形透鏡，4-保護(hù)鏡，5-半導(dǎo)體熱 電制冷器，6-溫度傳感器，7-散熱片，8-風(fēng)扇，9-驅(qū)動(dòng)電源，10-電纜線，11-光強(qiáng)分 布，12-光束A，13-光束B，14-光束C。[0012]以下結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明[0013]如附圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例包括大功率半導(dǎo)體激光器1、準(zhǔn)直透鏡2、整形透 鏡3、保護(hù)鏡4、半導(dǎo)體熱電制冷器5、溫度傳感器6、散熱片7、風(fēng)扇8、驅(qū)動(dòng)電源9等部 分，采用大功率半導(dǎo)體激光器1作為光源，驅(qū)動(dòng)電源9通過(guò)電纜線10給大功率半導(dǎo)體激 光器1供電，大功率半導(dǎo)體激光器1的輸出光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡2后發(fā)散角得到一定的壓縮， 整形透鏡3由兩片完全相同的削邊柱面鏡拼接組成，其柱面方向與半導(dǎo)體激光器的快軸 方向重合。[0014]如附圖2，為整形光路慢軸方向的光路圖，可以看出整形光路由兩部分組成，一 部分為非球面準(zhǔn)直透鏡2，用于準(zhǔn)直半導(dǎo)體激光器1的發(fā)散光束。準(zhǔn)直后的光束的光強(qiáng)分 布11的特點(diǎn)是中間強(qiáng)、兩邊弱，不滿足均勻照明的要求，另一部分為整形透鏡3，其作 用是實(shí)現(xiàn)勻光和擴(kuò)束，其原理為整形透鏡3將準(zhǔn)直后的慢軸方向的光束一分為二，并 在聚焦位置實(shí)現(xiàn)倒像，倒像后的兩個(gè)光束A(U)和光束B(U)均為邊緣強(qiáng)、中間弱，但 疊加后，光束C(14)中間較弱的部分得到彌補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)勻光，其中整形透鏡3與非球面 準(zhǔn)直透鏡2拉開的距離為60mm(可以在45 65mm之間調(diào)節(jié))，以擴(kuò)大照射到整形透鏡 3上的慢軸光斑尺寸，有利于勻光。整形透鏡3非球面鏡2與激光器發(fā)光芯片的距離決定 了激光線的聚焦位置，因此非球面鏡2安裝在螺紋鏡筒中，通過(guò)調(diào)節(jié)非球面鏡2在螺紋鏡 筒中的相對(duì)位置，可將激光線聚焦在不同工作距離處，提高了激光線應(yīng)用的靈活性。[0015]由于大功率半導(dǎo)體激光器1在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，如不及時(shí)帶走將影響 大功率半導(dǎo)體激光器1的使用壽命甚至造成器件的損壞，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮了溫控裝 置。溫控裝置由溫度傳感器6感應(yīng)大功率半導(dǎo)體激光器1熱沉的溫度，并反饋給驅(qū)動(dòng)電源9，驅(qū)動(dòng)電源9根據(jù)反饋值給半導(dǎo)體熱電制冷器5提供適當(dāng)?shù)碾娏?，從而保證大功率半 導(dǎo)體激光器1始終工作于額定溫度。半導(dǎo)體熱電制冷器5的熱端產(chǎn)生的熱量由散熱片7 和風(fēng)扇8帶走。
權(quán)利要求1. 一種基于大功率半導(dǎo)體激光器的均勻激光線裝置，由大功率半導(dǎo)體激光器、整形 光路系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電源、溫控器四部分組成，大功率半導(dǎo)體激光器出射波長(zhǎng)為808nm附近 的近紅外光，輸出功率大于2w;整形光路系統(tǒng)由非球面準(zhǔn)直透鏡和削邊柱面鏡兩部分 組成，削邊柱面鏡的材料為K9或熔融石英玻璃；驅(qū)動(dòng)電源部分的輸出線共有4組，分 別為激光器電源供電線、半導(dǎo)體熱電制冷器TEC供電線、溫度傳感器供電線和風(fēng)扇供電 線；溫控器由半導(dǎo)體熱電制冷器TEC、溫度傳感器、熱沉、散熱片和風(fēng)扇組成，其特征 在于整形光路系統(tǒng)由非球面準(zhǔn)直透鏡和削邊柱面鏡兩部分組成，用于準(zhǔn)直半導(dǎo)體激光 器發(fā)散光束的非球面準(zhǔn)直透鏡與削邊柱面鏡拉開的距離為45 65mm，用于激光器慢軸 方向勻光和擴(kuò)束的削邊柱面鏡由兩片完全相同的柱面鏡拼接成，且其柱面方向與半導(dǎo)體 激光器的快軸方向重合，非球面準(zhǔn)直透鏡安裝在螺紋鏡筒中。
專利摘要一種基于大功率半導(dǎo)體激光器的均勻激光線裝置，由大功率半導(dǎo)體激光器、整形光路系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電源、溫控器四部分組成，激光器出射波長(zhǎng)為808nm附近的近紅外光，輸出功率大于2w；整形光路系統(tǒng)由非球面準(zhǔn)直透鏡和削邊柱面鏡兩部分組成，用于準(zhǔn)直半導(dǎo)體激光器發(fā)散光束的非球面準(zhǔn)直透鏡與削邊柱面鏡拉開的距離為45～65mm，用于激光器慢軸方向勻光和擴(kuò)束的削邊柱面鏡由兩片完全相同的柱面鏡拼接成，且其柱面方向與半導(dǎo)體激光器的快軸方向重合，可將激光線聚焦在不同工作距離處，提高了激光線應(yīng)用的靈活性。利用本裝置，可實(shí)現(xiàn)在距離激光器2m處產(chǎn)生5mm×2000mm的均勻激光線。
文檔編號(hào)H01S5/024GK201805141SQ201020260258
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者余峰, 宮漢魯, 許斌 申請(qǐng)人:武漢濱湖電子有限責(zé)任公司