一种VCSEL光源器件及其VCSEL光源器件组合的制作方法

本技术属于发光，具体而言，涉及一种vcsel光源器件及其vcsel光源器件组合。

背景技术：

1、vcsel芯片发光区域由多个光锥孔组成，光线从光锥孔发出，远场光斑呈现类拉盖尔-高斯分布，角度一般在10-30°之间。远场光斑的光轴与芯片发光面的法线重合，相对于光轴旋转对称分布，无法满足特殊的偏光场景的使用。例如在车辆远程照明领域的应用，参照图1，镜头b两侧对称设置vcsel光源器件a，两个vcsel光源器件a发出的光在镜头b前方存在光交叉区域c，该区域交叉光在镜头b近距离前造成强光干扰问题。

2、为解决上述问题，需将光交叉区域c产生在镜头前更远处。现有技术方案参照图2，将vcsel光源器件a简单地进行一定角度的偏转后进行装配，偏转角度设置后存在的问题：1.会增大两个光斑两侧的宽度，而车辆远程照明不需要照射到过宽的道路两侧，这样设置存在光能浪费；2.光偏转后的远场分布通常无法满足照射的行程和亮度需求，且整形难度高；3.增加了光源器件的安装难度和使用成本。基于上述痛点，现有的技术方案在应用上无法满足需求。

3、目前要解决的问题：如何改变光斑的中心光轴和相位，提高光能利用率，且易于整形；满足特定场景的能量和照度的分布，并易于安装、使用成本低。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种vcsel光源器件及其vcsel光源器件组合，旨在解决现有技术中，如何改变光斑的中心光轴和相位，提高光能利用率，且易于整形；满足特定场景的能量和照度的分布，易于安装，且使用成本低。

2、本实用新型是这样实现的，一种vcsel光源器件，包括：基板、设置在所述基板上的vcsel芯片、设置于所述vcsel芯片的输出光路上的透镜，以及所述透镜和所述基板形成容纳所述vcsel芯片的空腔结构；

3、所述透镜包含输入光线的下光学界面和输出光线的上光学界面，所述下光学界面至少包括与所述vcsel芯片的发光面呈一定夹角的倾斜面，所述倾斜面覆盖所述vcsel芯片的发光面，所述倾斜面用于将所述vcsel芯片发出的输入光线整体向所述vcsel芯片的法线的同一侧偏折。

4、进一步的，所述倾斜面为平面和/或曲面，所述倾斜面的法线与vcsel芯片的法线之间的夹角为10°～30°。

5、进一步的，所述倾斜面为平面，所述vcsel芯片的多组平行入射光经所述倾斜面折射后与所述倾斜面分别形成夹角，各个夹角的度数相等。

6、进一步的，所述上光学界面包括第一界面；所述第一界面设于所述倾斜面上方，用于将经所述倾斜面偏折后的光进一步向所述vcsel芯片的法线的同一侧偏折扩束。

7、进一步的，所述上光学界面还包括第二界面；所述第二界面设于第一界面远离光整体偏折方向的一侧，用于将经所述倾斜面偏折后的边缘光向整体偏折方向会聚。

8、进一步的，所述上光学界面为渐变式曲面；所述上光学界面沿所述第二界面到第一界面的曲率逐渐增大；所述下光学界面折射后形成的多组平行光经所述第一界面折射后与所述第一界面分别形成夹角，各个夹角的度数沿光偏折的方向逐渐增大。

9、进一步的，所述第一界面为凹曲面，所述第二界面为平面和/或凸曲面，所述第一界面与所述第二界面通过渐变式曲面连接。

10、进一步的，所述透镜的截面积从第一界面到所述第二界面逐渐缩小。

11、进一步的，所述vcsel芯片上设置有多个光锥孔，所述光锥孔呈规则阵列分布。

12、进一步的，一种vcsel光源器件组合，至少包括两个本实用新型中的任何一种vcsel光源器件，两个所述vcsel光源器件镜像设置，两个所述vcsel光源器件的光偏折方向相反、发光朝向同侧。

13、与现有技术相比，本实用新型提供的vcsel光源器件及vcsel光源器件组合具有如下有益效果：

14、一、本实用新型的透镜分为下光学界面和上光学界面，下光学界面为偏折面，具有将光束整体向vcsel芯片的法线的同一侧偏折的功能；上光学界面为整形面，整形面同时具有会聚和扩束的功能。通过透镜的下光学界面的偏折和上光学界面的整形，改变了vcsel芯片原始的光轴方向和形态分布。

15、二、现有技术方案参照图2和图4，为了在正向7上实现偏光，将整个vcsel光源器件进行倾斜安装，以此整体改变vcsel光束的空间位置。vcsel芯片的法线5仍与光轴6在空间上重合，并没有进行区域性调控光束。

16、本实用新型参照图3和图5，为了在正向7上实现偏光，将下光学界面设置至少包括与vcsel芯片的发光面呈一定夹角、用于将vcsel芯片发出的输入光线整体向vcsel芯片的法线5的同一侧偏折的倾斜面。偏折后光斑的光轴6与vcsel芯片的法线5呈一定夹角，实现偏光效果。上光学界面包括第一界面和第二界面，第一界面进一步加大光束折射角，实现偏光和整形的效果；第二界面设于第一界面远离光整体偏折方向的一侧，用于将到达第一界面的边缘光向整体偏折方向会聚，光斑效果参照图6。

17、综上，(一)本实用新型易于安装、整形，使用成本低；(二)现有技术的vcsel光源器件组合的光斑参照图7，混光效果差、能量不连续；本实用新型的vcsel光源器件组合的光斑参照图8，混光效果好、能量连续均匀，满足特定场景的能量和照度的分布，光能利用率高。

技术特征：

1.一种vcsel光源器件，其特征在于，包括：基板（1）、设置在所述基板（1）上的vcsel芯片（2）、设置于所述vcsel芯片（2）的输出光路上的透镜（3），以及所述透镜（3）和所述基板（1）形成容纳所述vcsel芯片（2）的空腔结构（4）；

2.如权利要求1所述的vcsel光源器件，其特征在于，所述倾斜面（311）为平面和/或曲面，所述倾斜面（311）的法线与所述vcsel芯片（2）的法线之间的夹角为10°～30°。

3.如权利要求2所述的vcsel光源器件，其特征在于，所述倾斜面（311）为平面，所述vcsel芯片（2）的多组平行入射光经所述倾斜面（311）折射后与所述倾斜面（311）分别形成夹角，各个夹角的度数相等。

4.如权利要求1所述的vcsel光源器件，其特征在于，所述上光学界面（32）包括第一界面（321）；所述第一界面（321）设于所述倾斜面（311）上方，用于将经所述倾斜面（311）偏折后的光进一步向所述vcsel芯片（2）的法线的同一侧偏折扩束。

5.如权利要求4所述的vcsel光源器件，其特征在于，所述上光学界面（32）还包括第二界面（322）；所述第二界面（322）设于第一界面（321）远离光整体偏折方向的一侧，用于将经所述倾斜面（311）偏折后到达所述第二界面（322）的边缘光向整体偏折方向会聚。

6.如权利要求5所述的vcsel光源器件，其特征在于，所述上光学界面（32）为渐变式曲面；所述上光学界面（32）沿所述第二界面（322）到第一界面（321）的曲率逐渐增大；所述下光学界面（31）折射后形成的多组平行光经所述第一界面（321）折射后与所述第一界面（321）分别形成夹角，各个夹角的度数沿光偏折的方向逐渐增大。

7.如权利要求6所述的vcsel光源器件，其特征在于，所述第一界面（321）为凹曲面，所述第二界面（322）为平面和/或凸曲面，所述第一界面（321）与所述第二界面（322）通过渐变式曲面连接。

8.如权利要求6所述的vcsel光源器件，其特征在于，所述透镜（3）的截面积从第一界面（321）到所述第二界面（322）逐渐缩小。

9.如权利要求1所述的vcsel光源器件，其特征在于，所述vcsel芯片（2）上设置有多个光锥孔，所述光锥孔呈规则阵列分布。

10.一种vcsel光源器件组合，其特征在于，至少包括两个权利要求1-9所述的任何一种vcsel光源器件，两个所述vcsel光源器件镜像设置，两个所述vcsel光源器件的光偏折方向相反、发光朝向同侧。

技术总结
本技术涉及发光技术领域，公开了一种VCSEL光源器件及VCSEL光源器件组合。VCSEL光源器件包括基板、VCSEL芯片和透镜，以及透镜和基板形成容纳VCSEL芯片的空腔结构。透镜包含下光学界面和上光学界面，下光学界面至少包括与VCSEL芯片的发光面呈一定夹角的倾斜面，倾斜面覆盖VCSEL芯片的发光面，用于将VCSEL芯片发出的输入光线整体向VCSEL芯片的法线的同一侧偏折。本技术通过下光学界面的偏折和上光学界面的整形，改变了原始的光轴方向和形态分布。偏折后光斑的光轴与发光芯片的法线呈一定夹角，实现偏光；且更易于安装，使用成本低。VCSEL光源器件组合后混光效果好、能量连续均匀，光能利用率高。

技术研发人员：黄伟,曹宇星,汪洋,李向阳,杨道群
受保护的技术使用者：深圳循光科技有限公司
技术研发日：20230207
技术公布日：2024/1/12