[发明专利]多波长一体化红外半导体激光光源

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体激光光源，具体地说是一种多波长一体化红外半导体激光光源。

背景技术

红外半导体激光光源是一种广泛应用于激光测距、激光制导、光纤通信和激光接收性能检测等工程领域的重要光电仪器。其中，为适应当前不断扩大的应用领域对性能各异的红外半导体激光光源的需求，拥有多种不同发射波长和频谱特性的激光器逐渐成为红外半导体激光光源的一个重要研究方向。研制多波长激光光源最重要的关键技术问题是一体化问题，即如何实现不同激光光源的发光器件、驱动模块、光学系统以及光机结构的一体化。

目前虽有多波长激光发射光源研制成功，但在多波长发生器件及其驱动模块方面尚未实现一体化。在这些多波长激光发射光源中，对于不同的发光器件，多是采用分列安装的方式加以固化，通过内部光学系统耦合切换的方式，实现发射光源的一体化。这样就不可避免地造成了多波长激光光源存在体积质量大、光程复杂和发射效率及发射精度低下等问题。

为了达到便于调制和优化光机结构的目的，现有激光发射机通常是采用LD、LED等电致发光器件作为发射光源。因此，实现LD、LED发光器件的多波长一体化，已经成为解决上述问题、进一步提高多波长红外半导体激光光源的集成化和综合化程度的关键。而实现多波长一体化的核心问题是如何解决在同一衬底的不同位置上，生长不同材料及厚度（发射波长、发光焦平面）的半导体外延层，并如何避免多波长发射离轴的问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种多波长一体化红外半导体激光光源，以解决现有多波长激光光源存在的发射精度低和发射离轴的问题。

本发明是这样实现的：一种多波长一体化红外半导体激光光源，包括有：

编码控制模块，与集成化驱动电源相接，用于向所述集成化驱动电源发出对应于四路LD/LED发射光源的不同编码信号，为上述多波长一体化红外半导体激光光源提供所需的激光光场信息；

集成化驱动电源，分别与所述编码控制模块和一体化激光发射单元相接，用于根据接收的编码信号，向一体化激光发射单元发出四路LD/LED发射光源中某一路LD/LED发射光源工作所需的驱动电流信号； 

一体化激光发射单元，分别与所述集成化驱动电源和旋转定位式发射物镜组相接，用于根据接收的驱动电流信号，驱动四路LD/LED发射光源中的一路LD/LED发射光源发出激光束；在所述一体化激光发射单元中包含具有0.86μm、0.9μm、1.06μm和1.55μm四种红外波长的四路LD/LED发射光源；

旋转定位式发射物镜组，分别与所述一体化激光发射单元和步进电机驱动系统相接，用于将所述一体化激光发射单元中各路LD/LED发射光源所发射的激光束准直为平行光束；以及

步进电机驱动系统，与所述旋转定位式发射物镜组相接，用于控制所述旋转定位式发射物镜组旋转定位到所述一体化激光发射单元中工作的一路LD/LED发射光源上。

所述编码控制模块包括固化有包含四路LD/LED发射光源编码信息的FPGA集成芯片和与所述FPGA集成芯片相接并输出编码信号的接口电路。该编码控制模块是一种基于FPGA芯片的四路发射光源编码控制器，分别为四路LD/LED发射光源提供TTL电平，经过一个共享式接口电路，将控制逻辑输入到集成化驱动电源，从而达到控制激光光源输出脉宽的目的。

所述一体化激光发射单元是在GaN正方体衬底的四个侧面上利用MOCVD工艺生长出作为四路LD/LED发射光源的半导体外延层；所述GaN正方体衬底与所述半导体外延层内嵌于激光发射单元封装结构的中心位置，所述半导体外延层的发光面位于光学焦平面的位置上。所述GaN正方体衬底上各半导体外延层的生长厚度，可根据一体化激光发射单元的几何模型实现精密控制，从而使各半导体外延层的发光面位于光学系统的焦平面位置上，以保证发射物镜组对所发射出的各种红外波长的激光光束的准直效果。

在所述集成化驱动电源上设有对应于四路LD/LED发射光源的四个控制信号端和四个激光光源供电端；所述控制信号端分别与所述编码控制模块相连接，所述四个激光光源供电端分别连接在所述GaN正方体衬底上的四个半导体外延层上。集成化驱动电源是一种具有电流任意可调功能的升压分压式集成化驱动电流源，它由一片单芯升压芯片实现宽电压（5－15V）到高电压（60-120V）的升压，然后基于数字化PWM方式实现连续可调的分压，为四种不同阈值要求的LD/LED半导体外延层提供工作所需的驱动电流。