一种用于激光照明的一次配光光学装置的制作方法

1.本发明涉及半导体激光技术领域，尤其地是，一种用于激光照明的一次配光光学装置。


背景技术：

2.衍射光学元件（diffractive optical element, doe）是基于光波的衍射理论，利用计算机辅助设计技术，并用各种微细加工工艺，在片基或传统光学器件表面刻蚀产生两个或多个台阶甚至连续开关的浮雕结构，形成纯相位、具有极高衍射效率一种光学元件。衍射光学元件具有体积小、重量轻、易复制、造价低、衍射效率高、设计自由度多、材料可选性宽、色散性能独特等特点，并能实现传统光学器件难以完成的阵列化、集成化及任意波面变换等功能。
3.传统的激光照明一次配光光学设计是针对激光光源的特点，通过使用折射光学元件，如透镜、反射镜、微透镜阵列、镜头、散光片、空间光调制器，实现对发光光场的二次调制，实现激光照明高斯分布光斑的匀化。该传统设计方式是通过折射、反射等方法，对入射激光光场进行调制，光学元件复杂、数量较多、装调困难，光利用率低下，要实现波长转换单元光斑平顶匀化需要付出很大代价。


技术实现要素：

4.本发明目的是克服现有技术中的问题，提供一种用于激光照明的一次配光光学装置。
5.为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：一种用于激光照明的一次配光光学装置，包含有，激光光源单元、衍射光学单元、聚焦单元和波长转换单元，其中，所述激光光源单元用于产生平行出射的激光光束，所述衍射光学单元通过设计调整微观形貌对来自所述激光光源单元的激光光束的光场进行光学调制，使其沿着特定的角度区域传播，所述聚焦单元用于将来自所述衍射光学单元的激光光束聚焦于所述波长转换单元，最终实现所述波长转换单元表面获得光功率均匀分布的激光激发光斑。
6.作为一种用于激光照明的一次配光光学装置的优选方案，将激光光源发出的高斯型的光功率分布整形为平顶型的光功率分布。
7.作为一种用于激光照明的一次配光光学装置的优选方案，所述激光光源单元为准直出射的平行光束，波长位于438nm～485nm区间的半导体激光单元。
8.作为一种用于激光照明的一次配光光学装置的优选方案，所述衍射光学单元为光束整形衍射光学元件或匀化衍射光学元件。
9.作为一种用于激光照明的一次配光光学装置的优选方案，所述聚焦单元为非球面透镜、平凸透镜、双凸透镜、平凹透镜、双凹透镜、双胶合透镜等光学元件。
10.作为一种用于激光照明的一次配光光学装置的优选方案，所述波长转换单元为荧光粉、荧光陶瓷等波长转换单元。
11.作为一种用于激光照明的一次配光光学装置的优选方案，所述波长转换单元位于所述聚焦单元的焦点处。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：创新性地将衍射光学元件用于激光照明的一次配光光学设计。通过衍射光学单元对激光光源的光场参数的衍射光学设计和光学调制以及衍射光学元件自身体积小、重量轻、易复制、造价低、衍射效率高、设计自由度多等特点，使得激光照明一次配光波长转换单元表面光功率分布均匀，有效降低激光照明系统功耗、提高波长转换单元性能及寿命、提升光源转换效率、降低光学系统的体积重量和价格。
13.除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果之外，本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将结合附图作出进一步详细的说明。
附图说明
14.图1是本发明的结构框图。
15.图2是本发明一实施例中的结构示意图。
16.图3是本发明另一实施例中的结构示意图。
17.图4是本发明激光整型前后光功率分布图。
具体实施方式
18.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
19.由于本发明的实施方式的组件能够被以多种方式实施，这些方向性术语是用于说明的目的，而不是限制的目的。因此，以下的具体实施方式并不是作为限制的意义，并且本发明的范围由所附的权利要求书所限定。
20.图1示意性地示出了本发明的一种用于激光照明的一次配光光学装置。该光学装置主要由激光光源单元10、衍射光学单元20、聚焦单元30和波长转换单元40四部分组成。
21.激光光源单元10按照需求和实际情况可以是出射波长位于438nm～485nm区间的平行光束的半导体激光单元。衍射光学单元20主要是对激光光源的光场参数进行衍射光学设计和光学调制，使激光光场沿着特定的角度区域传播。通过设计聚焦单元30的焦距f控制经衍射光学单元20调制后的激光光场在波长转换单元40表面形成需要的光斑大小。
22.具体地，如图2所示，位于左侧激光光源单元101发向的平行光束经光束整型衍射光学元件201将高斯分布的激光束整型为平顶分布的激光束，再经由聚焦单元301聚焦于波长转换单元401处。
23.实施例2：可选择地，如图3所示，位于左侧的激光光源单元102发向的平行光束经匀化衍射光学元件202将高斯分布的激光束整形为发散角为θ平顶分布的激光束，再经由聚焦单元
302聚焦于波长转换单元402处。
24.激光照明一次配光前后激光光源光功率分布如图4所示：（a）激光光源单元输出高斯型的光功率分布，（b）经衍射光学元件整型后输出的方形光斑为平顶型的光功率分布，（c）经衍射光学元件整型后输出的圆形光斑为平顶型的光功率分布。
25.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、
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示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
26.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。对于本领域的专业人员而言，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的宗旨和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种用于激光照明的一次配光光学装置，其特征在于，包含有，激光光源单元、衍射光学单元、聚焦单元和波长转换单元，其中，所述激光光源单元用于产生平行出射的激光光束，所述衍射光学单元通过设计调整微观形貌对来自所述激光光源单元的激光光束的光场进行光学调制，使其沿着特定的角度区域传播，所述聚焦单元用于将来自所述衍射光学单元的激光光束聚焦于所述波长转换单元，最终实现所述波长转换单元表面获得光功率均匀分布的激光激发光斑。2.根据权利要求1所述的一种用于激光照明的一次配光光学装置，其特征在于，将激光光源发出的高斯型的光功率分布整形为平顶型的光功率分布。3.根据权利要求1所述的一种用于激光照明的一次配光光学装置，其特征在于，所述激光光源单元为准直出射的平行光束，波长位于438nm～485nm区间的半导体激光单元。4.根据权利要求1所述的一种用于激光照明的一次配光光学装置，其特征在于，所述衍射光学单元为光束整形衍射光学元件或匀化衍射光学元件。5.根据权利要求1所述的一种用于激光照明的一次配光光学装置，其特征在于，所述聚焦单元为非球面透镜、平凸透镜、双凸透镜、平凹透镜、双凹透镜、双胶合透镜等光学元件。6.根据权利要求1所述的一种用于激光照明的一次配光光学装置，其特征在于，所述波长转换单元为荧光粉、荧光陶瓷等波长转换单元。7.根据权利要求1所述的一种用于激光照明的一次配光光学装置，其特征在于，所述波长转换单元位于所述聚焦单元的焦点处。

技术总结
本发明公开涉及一种用于激光照明的一次配光光学装置，包含有，激光光源单元、衍射光学单元、聚焦单元和波长转换单元，其中，所述激光光源单元用于产生平行出射的激光光束，所述衍射光学单元通过设计调整微观形貌对来自所述激光光源单元的激光光束的光场进行光学调制，使其沿着特定的角度区域传播，所述聚焦单元用于将来自所述衍射光学单元的激光光束聚焦于所述波长转换单元，最终实现所述波长转换单元表面获得光功率均匀分布的激光激发光斑。本发明的有益效果：通过衍射光学单元对激光光源的光场参数的衍射光学设计和光学调制以及衍射光学元件自身体积小、重量轻、易复制、造价低、衍射效率高、设计自由度多等特点。设计自由度多等特点。设计自由度多等特点。


技术研发人员：王立峰
受保护的技术使用者：上海航空电器有限公司
技术研发日：2021.08.11
技术公布日：2023/2/17