[发明专利]LD激光混相装置及方法

说明书

一种LD激光混相装置及方法，用于对LD光源发出的经第一准直透镜准直的光进行混相，其中LD激光混相装置包括：固定圆筒座；微型马达，安装于固定圆筒座上；正交光栅，安装于微型马达上，并且在微型马达的驱动下高速旋转；第二准直透镜，安装于固定圆筒座上，并且正交光栅位于第二准直透镜的物焦平面上，从而使得LD光源的发光面上各点所发出的光波经过正交光栅的衍射和第二准直透镜的变换后在第二准直透镜的像焦平面上得到充分混合。根据本发明的装置，结构简单、成本低廉、使用方便可靠，尤其适用于高精度激光测距领域，任一束射向反射目标的光波都含有发光面各点的光波信息，经光电接收器取平均效应，能基本消除由相位不均引起的照准误差。

技术领域

本发明涉及一种LD（激光二极管）激光混相装置及方法，尤其适用于采用半导体激光器阵列（LDA）作为光源进行高精度激光脉冲测距的场合。

背景技术

照准误差是指采用测距仪发射光束的光斑中不同的位置测量时，测距结果不一致而形成的一种测距误差，这是由于半导体激光二极管在接通调制电流时，对于光斑中每一个光点而言不是同时发光的，它们之间有一定的时间延迟。特别是在高精度远距离脉冲激光测距时，由于需要采用集成了多个LD发射单元的半导体激光器阵列（LDA）来产生高峰值功率的激光脉冲，更容易造成各个LD发射单元之间的时间延迟。

现有的光纤混相技术是利用光纤的模式色散特性或利用光纤的模式耦合特性。前者利用多模光纤的模问色散特性对发光管进行相位补偿，也就是使相位滞后的光波沿光程较短的模式传播，而使相位超前的光波沿光程较长的模式传播。这样，在光纤的出射端面上，可以使相位趋向均匀。后者利用光纤的模式耦合特性对发光管进行相位混合，也就是使发光面上各点所发出的光波经过光纤传输后，在光纤的模式耦合作用下，得到充分混合，即在光纤出射面上，含有发光面上各发光点所发出的光波。在测距时，任意一束射向反射目标的光波都含有发光面各点的光波信息，经过光电接收器件取平均效应，就基本消除了由相位不均匀性而引起的照准误差。这样也就达到了改善相位均匀性的目的。

但是，无论采用光纤的模式色散特性还是利用模式耦合特性进行混相，都只能对发光管的相位不均匀性稍加改善，对于相位均匀性较好发光管改善作用比较明显，但对于相位均匀性较差特别是在采用LDA时则无法消除相位不均匀性对测距精度的影响。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述缺点，本发明提出了利用旋转的正交光栅衍射和透镜变换技术，将LD发光面上各点所发出的光波在透镜的像焦平面上得到充分混合。

具体而言，一方面，本发明提供了一种LD激光混相装置，用于对LD光源发出的经第一准直透镜准直的光进行混相，该装置包括：固定圆筒座；微型马达，安装于固定圆筒座上；正交光栅，安装于微型马达上，并且在微型马达的驱动下高速旋转；第二准直透镜，安装于固定圆筒座上，并且正交光栅位于第二准直透镜的物焦平面上，从而使得LD光源的发光面上各点所发出的光波经过正交光栅的衍射和第二准直透镜的变换后在第二准直透镜的像焦平面上得到充分混合。

优选地，微型马达采用空心轴马达，正交光栅可以固定在空心马达的端面上，LD激光光波能够经过马达轴心射到第二准直透镜上。

另外，根据本发明的LD激光混相装置还可包括多模光纤，该多模光纤的一端连接于固定圆筒座，使得经正交光栅衍射和第二准直透镜混相的输出激光耦合进入到该多模光纤中进行传输。

此外，多模光纤的另一端可以设置有第三准直透镜。

另一方面，本发明提供了一种LD激光混相方法，用于对LD光源发出的经第一准直透镜准直的光进行混相，该方法中，使得经第一准直透镜准直的光经过高速旋转的正交光栅入射到第二准直透镜上，其中，正交光栅位于第二准直透镜的物焦平面上，从而使得LD光源的发光面上各点所发出的光波经过正交光栅的衍射和第二准直透镜的变换后在第二准直透镜的像焦平面上得到充分混合。