[发明专利]用半导体激光器与衍射光学元件结合的激光照明光学系统

说明书

技术领域

本发明属于光电通讯领域，尤其涉及一种用半导体激光器与衍射光学元件结合的激光照明光学系统。

背景技术

半导体激光器具备体积小、功率大、电光转换效率高等优点，具备产生照明光场的多项优点，为激光照明领域提供了良好的器件。但由于半导体激光器在光场传播方向上，发散角不对称，且光场强度呈现高斯或超高斯分布，同时其快轴和慢轴方向上M2因子区别很大，传统的照明光场的光学设计系统，无法对半导体激光器的光场进行良好的处理，实现激光照明光场的需要。目前已有的设计方法是使用透镜、反射镜、微透镜阵列、散光片、空间光调制器（如掩膜片、液晶屏等）等方式，实现对半导体激光器光场的调制，实现所需要照明光场的输出。该传统设计方式是通过折射、遮挡、成像的方法，对入射光场进行调制，设计方法的光学元件复杂、数量较多，光利用效率非常低下，且功能单一，无法实现复杂的照明光场，例如对于广泛应用的光强分布非对称矫正、1000米以上远距离照明等应用领域，传统的设计方式都无法实现。同时传统照明光场设计方式，其光学器件尺寸大、成本很高，对应用环境要求很高，光学器件表面的细微灰尘都会造成异形光场的严重缺陷，上述因素为该产品的使用造成了很多不利的因素，严重的限制了产品的市场应用。

现代技术中，随着光电设备、系统的应用发展，各光电产品领域对主动光源发光的照明光场的应用越来越广泛，要求也不断提高，如夜视监控设备、工业照明设备、超广角拍摄设备、超远距离拍摄设备等领域的发展，对主动照明光场都提出了复杂、苛刻的要求，传统的照明光学系统其光学系统复杂，尺寸很大，成本很高，且调节复杂，需要多片透镜的移动、联调，而且光场控制方式简单，不能实现复杂多变的光场分布，已无法满足应用领域的需求，基于衍射光学和激光技术的发展，已经为实现特种照明激光光场提供了技术基础，衍射光学元件是近期才逐渐成熟的新型光学元件，其设计原理与传统的折射光学具备本质区别，是基于光场的波前相位特性进行光场调制设计，属于波长级别的纳米微光学器件，在1毫米尺寸的光场区域内，即可实现亿万量级的光场控制单元，对输入光场进行丰富、灵活的调节，几乎可以实现任何复杂的输出光场的要求，其尺寸小、功能强大、光强利用效率极高，是未来照明领域的重要应用技术。

半导体激光器具备功率大、体积小、电光转换效率高等众多优越的光学性能，是产生照明光场的优选光学配件，但由于其复杂的光学特性，使传统的光学设计方式、器件无法与半导体激光器结合设计实现最终的光学指标，严重的限制了半导体激光器的应用开发。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种可充分利用半导体激光器的光学性能，且光学元件少、尺寸小，光利用效率高，可达到90%以上，光学功能非常丰富，可满足任意形状、光强分布照明光场的需求的用半导体激光器与衍射光学元件结合的激光照明光学系统。

本发明的技术方案：一种用半导体激光器与衍射光学元件结合的激光照明光学系统，包括半导体激光器照射光源和衍射光学元件，半导体激光器照射光源照射衍射光学元件后，半导体激光器照射光源的光场经过该衍射光学元件的光学调制，激光光场沿着特定的角度区域传播，通过设计调整衍射光学元件的微观形貌，实现所需复杂照明光场的发散角设计。

优选地，所述衍射光学元件是针对半导体激光照射光源的发散角性能，进行光场发散角调制的设计，用于实现光学系统所需的光场分布。

优选地，所述衍射光学元件是针对半导体激光照射光源的光强分布性能，进行光场分布的调制设计，用于实现光学系统所需的光场分布。

优选地，所述衍射光学元件根据输出照明光场的光强分布要求，对已调制的半导体激光器的光场，进行再次光场分布的调制设计，用于实现光学系统所需的光场分布。

优选地，所述半导体激光器照射光源与衍射光学元件实现所需异形光场的设计，光源照射衍射光学元件后，形成具备整体光学系统需要的特定光强分布、特定发散角的光场。

优选地，所述衍射光学元件为菲涅尔衍射光学元件或者夫琅禾费衍射光学元件。

优选地，所述衍射光学元件具备对入射光场的X和Y方向发散角分别调至的功能，将入射光场的发散角进行均匀化处理，实现所需激光照明的异形光场的设计优化，光源照射衍射光学元件后，形成具备整体光学系统需要的特定发散角的光场。