用于水下激光照明的全半导体激光光源装置的制作方法

本发明属于半导体激光技术领域，涉及一种用于水下激光照明的全半导体激光光源装置。

背景技术：

蓝绿光(波长为430nm～570nm，1963年发现)能穿透几百上千米的海水，基于蓝绿光的水下探测及照明设备可以用于水下目标的监测和定位，常用于海洋生物研究、海底地貌勘探、海洋工程设施建设和维护作业、军事监视、识别和侦察、水下目标发现、搜索与援救、探雷、目标跟踪、导航控制和目标识别等应用。

水下激光照明所需光源应满足以下条件：激光波长与水域传输窗口匹配、输出功率及光场分布稳定、输出光场分布均匀、可靠性高、光源消相干(相干性强容易产生衍射效应，影响成像质量)等。当前水下作业使用的蓝绿光激光器类型主要为倍频Nd：YAG激光器或氩离子激光器等，其中倍频Nd：YAG激光器输出波长532nm，氩离子激光器输出波长488nm和514nm。基于全固态激光器或者氩离子激光器的激光照明光源发光单元数量少，激射波长单一且谱宽窄，光源自身相干性强，容易产生衍射效应，影响成像质量。

也有报道采用LED作为光源进行水下照明，在光源消相干方面有很好的优势，但是LED本身存在传输方向性差，照射距离有限，转换效率不高等不足。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于水下激光照明的全半导体激光光源装置，采用直接输出蓝绿激光的半导体激光器作为水下照明激光光源的装置，根据不同的水质透过率条件，选用匹配的输出波长进行照明。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

用于水下激光照明的全半导体激光光源装置，该装置包括：激光驱动器、蓝绿光半导体激光阵列、准直镜、匀光镜和变焦光学镜组；所述激光驱动器激励蓝绿光半导体激光阵列输出蓝绿激光，经过准直镜准直输出准直激光，由匀光镜将输出光场均匀化，输出匀化激光，经过变焦光学镜组调节输出发射激光，照射目标。

本发明的有益效果是：相对于现有技术中采用单一激光器作为照明光源易相干产生噪声而言，本专利提出采用多个激光单元组合阵列式激光照明，通过多激光单元的组合，可有效抑制散斑产生，提高激光照明成像质量。根据不同的水质透过率条件，选用匹配的输出波长进行照明，具有输出波长与传输窗口匹配、输出功率及光场分布稳定、输出光场分布均匀、可靠性高、转换效率高等优势。

附图说明

图1本发明用于水下激光照明的全半导体激光光源装置结构示意图。

图2为蓝绿光激光阵列示意图。

图3为单一波长组合的激光单元器件示意图。

图4为不同波长组合的激光单元器件示意图。

图5为匀化镜输出光场分布示意图。

图中：1、激光驱动器，2、蓝绿光半导体激光阵列，201、蓝绿激光，21、激光单元器件，211、波长λ1激光单元，212、波长λ2激光单元，3、准直镜，301、准直激光，4、匀光镜，401、匀化激光，5、变焦光学镜组和501、发射激光。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明光源装置采用直接输出蓝绿激光的半导体激光器作为水下激光照明光源，由激光驱动器1、蓝绿光半导体激光阵列2、准直镜3、匀光镜4和变焦光学镜组5组成，如图1所示。激光驱动器1激励蓝绿光半导体激光阵列2输出蓝绿激光201，然后经过准直镜3输出准直激光301，再由匀光镜4将输出光场匀化，输出匀化激光401，最后经过变焦光学镜组5调节输出发射激光501，成像到目标。

其中，蓝绿光半导体激光阵列2输出激光波长分布在430nm～570nm内，根据不同的海域透过率要求，选择匹配激光波长(选用透过率高的激光波长，透过率越高，衰减越小，照明距离越远)，如在清澈的深海区域照明，选用偏短波的430nm～470nm蓝光激光，而对于港口或者近海比较浑浊的海水区域，选用550nm～570nm波长绿光激光更佳，如表1所示。

表1为不同水质对应的透射窗口

蓝绿光半导体激光阵列2为多个激光单元器件21结构组合，如图2所示。如仅在特定区域使用，如深海探测区域，海水清澈，则在每个激光单元器件21上直接全部集成相同波长的激光单元211，如图3所示，在相同的发射口径下，蓝光激光单元数量越多，输出蓝光功率越高，激光照明效果越好，照射距离越远。如需进行多个海域的切换，如既需深海探测，又需对港口海域照明，则可通过集成不同波长，如波长λ1激光单元211和波长λ2激光单元、212的激光阵列于一体，如图4所示。

所采用的蓝绿光半导体激光阵列2中所采用的不同波长激光单元结构或为边发射结构，或为面发射结构，或为两者结构的组合。

激光驱动器1为多个激光电源的组合，可对蓝绿光半导体激光阵列2进行分别驱动，或整体驱动，或根据不同的激光波长分组驱动。

准直镜3用于对蓝绿光半导体激光阵列2输出激光进行准直，可与激光器阵列分离，也可直接集成在激光器阵列上，为单片或多片透镜组合，结构为圆形或柱面透镜，其面型为球面或非球面。

匀光镜4为匀光棒或者复眼透镜阵列，对光场分布进行匀化，并可以根据不同的照明要求，输出线形、圆形或方形等不同形状的光场分布，如图5所示。

变焦光学镜组5为焦距可调、像质经过优化的光学系统，将匀化光场成像到不同距离像面上，实现不同距离目标的激光照明。

准直镜3、匀光镜4和变焦光学镜组5的所有光学表面均要求镀在蓝绿光半导体激光阵列2输出激光波段范围内的高增透膜，以减少自身损失。