紅外激光光源

1、紅外激光光源蘇美開（濟(jì)南福來(lái)斯光電技術(shù)有限公司，flsoe）1概述盡管低照度CCD攝像技術(shù)和微光夜視技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)取得巨大進(jìn)步，但是在低照度環(huán)境 下，所有的圖像監(jiān)視裝置接收到的仍然只是高噪聲、低分辨率的模糊圖像。原因是光線太 弱。采用半導(dǎo)體激光紅外光源可以從根本上改進(jìn)夜間、尤其是夜間遠(yuǎn)距離拍攝的效果。半導(dǎo)體紅外激光光源是 專為紅外夜視系統(tǒng)配置的、遠(yuǎn)距離紅外照 明光源；配合紅外攝 像機(jī)、黑白CCD攝像機(jī)或微光夜視 系統(tǒng)用于夜間及24小時(shí)的、全天候條件 下的監(jiān)視攝像， 照明距離從幾米到數(shù)公里。2光束整形激光束壓縮透鏡主要 用于將激光光束發(fā)散角 進(jìn)行壓縮，在一般距離上觀察時(shí)為了 在不 同距離上 都能正

2、常觀察目標(biāo)，通常采用變倍鏡頭，即近距離將光束發(fā)散角變 大，這樣照明范 圍大,光強(qiáng)度變?nèi)?成像部分不會(huì)因?yàn)楣鈴?qiáng)度大而飽和,遠(yuǎn)距離讓將光束發(fā)散角變小，這樣照 明范圍小，光強(qiáng)度變強(qiáng),成像部分不會(huì)因?yàn)檫h(yuǎn)距離衰減,從而增大觀察距離。光斑整型的目的主要是為了將半導(dǎo)體激光 器光斑整成圓型或方型。我們知道，半導(dǎo)體 激光器輸出光斑是橢圓形，水平和垂直發(fā)散角一般為exe =8ox 40。不可能用于直 接照明觀察，因此需要整成圓型或方型 。對(duì)于用于有監(jiān)視器觀察顯示的通常整理成長(zhǎng)方型。CCD光敏面為矩型,且其長(zhǎng)寬之比為3:4，這樣如果我們將激光光斑整形為此 比例的矩 行，則正好相互匹配，產(chǎn)生的視覺效果非常好。如果其中

3、一個(gè)方向上視場(chǎng)角正好為激光器 水平發(fā)散角（如8o）。LDLEN可以將垂直方向發(fā)散角壓縮為11o或 6o。設(shè)柱透鏡焦距為f, LD 發(fā)光帶尺寸為d，貝嘰 由幾何光學(xué)可知，LD光束經(jīng)透鏡后發(fā)散角為(1)由（1）即可確定需要的最短焦距值。由此可以得到需要的激光器最小有效孔徑為D = 2f tan（ e丄/2）（ 2）例如,808nm 2W管子光帶尺寸為 0.001 x 0.2mm, 0 =6X 180=0.1 ,代入(1 )得 f=2mm。由(2)可得到 D=2X 2tan20 o=1.5mmo在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到所使用透鏡的通用性，例如，光束發(fā)散角壓縮 到0.5。是可能的, 此時(shí)由上面的計(jì)算得f=

4、24mm, D=2X 24tan20 o=18mm這就是實(shí)際我們采用透鏡的技術(shù) 參數(shù)。理想情況 下，準(zhǔn)直透鏡可以把光源準(zhǔn)直成一個(gè)完好的平行光束，但是實(shí)際情況并 不能 實(shí)現(xiàn)，平面光束的直徑可由下式?jīng)Q定1吃 2 2Dz = D1 + (2) 2D(3)其中，入是激光波長(zhǎng)，z是光束傳輸距離，Dz是在距離z處光斑直徑。在近場(chǎng)時(shí)即z皂D =衛(wèi)0時(shí)，(3)得Dz D，與光斑直徑與透鏡有效孔鏡相同。在遠(yuǎn)常時(shí)D2?1,( 3)得z D則最小光束發(fā)散角為0m ?(4)例如，對(duì)于808nm激光，D=1.5mm時(shí),Bm808 X10-31.5 mrad=0.6mrad。PDF 文件使用pdfFactory Pro

5、試用版本創(chuàng)建 WPDF 文件使用pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 W0m實(shí)際是衍射極限光束角。可見要想得到理想的光束發(fā)散角，必須通過增加透鏡焦距,增大通光孔徑的方法,這樣就要增大光學(xué)系統(tǒng)的體積。圖1光線通過直圓柱光纖的傳輸行為L(zhǎng)D光束是橢圓高斯光束， 光束的垂直發(fā)散角較大，其橫 場(chǎng)由于有高階模的存在而呈若 干長(zhǎng)條狀，光斑極不均勻。LD 光束若直接使用是不會(huì)得到好 的照明效果的，而必需對(duì)其進(jìn) 行整圓和光斑均勻化處理。LD 光束整圓可利用橢圓微透鏡或 二元光學(xué)元件進(jìn)行，我們提出使用光纖對(duì)LD光束進(jìn)行整圓和光斑均勻化 的思路，這種方 法工藝、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)光學(xué)元件數(shù)少，耦合效率高，適合于制

6、作小體積、大功率的照明 光源。用 于光束整理的光纖為階躍折射率型多模單根光纖或光纖束。光纖對(duì)LD橢圓高斯光束的整圓，可以用纖維光學(xué)的射線理論來(lái)解釋。光纖是由內(nèi)、外 兩層折射率不同的材料拉制 而成的細(xì)絲，光線在其 中全反射向前傳輸。通過對(duì)子午光線分 析可知，一直徑很小的光束，當(dāng)它與光纖軸呈A夾角進(jìn)入圓柱形光纖后，在光纖輸出端可 以形成一個(gè)空心圓光錐1 , 錐角為2B, A= B,其傳輸行為如圖1所示。由斯涅爾定律 可知，光纖孔徑角H是光纖的最大入射角，相應(yīng)的表示光纖聚光能力的物理量是數(shù)值孔徑, 用NA表示。A在0H之間變化時(shí)，錐角2B也在02H之間相應(yīng)變化。當(dāng)A H時(shí)，光 線將不被傳輸1 。當(dāng)光

7、纖彎曲時(shí)，其數(shù)值孔徑一般說(shuō)來(lái)要減小。在實(shí)際使用時(shí)，受多方面因素的影響，實(shí)測(cè)的A、B值要比孔徑角H的理論值小。LD光束可近似地處理為點(diǎn)光源發(fā)出的橢圓形立體光錐。當(dāng)光錐頂點(diǎn)置于光纖軸并通過 光纖傳光時(shí)，由上述分析不難得出LD光束被光纖整圓的結(jié)論。用光纖束整圓的效果與用單 根光纖一樣。整圓后的光錐錐角一般小于50 LD通過光纖耦合后，得到圓光斑，再通過光學(xué)系統(tǒng)可以非常容易進(jìn)行發(fā)散角壓縮，采 用列陣耦合得到的多纖芯捆綁 的大芯徑光纖輸出激光器，光斑均勻，性能可靠，使用靈活。 因此大功率耦合方法是我們?cè)?。3。3中將重點(diǎn)研究描述。3光斑均勻化處理激光照明光學(xué)透鏡整型輸出，存在均勻化處理問題。采用單個(gè)大功

8、率激光管，同樣由 于模式問題，造成不能消除的斑紋狀。圖2a是單個(gè)2W808nn激光器經(jīng)過光學(xué)透鏡壓縮后的 光斑，圖2b是兩個(gè)2W808nn激光器經(jīng)過光學(xué)透鏡壓縮 后的重疊后光斑。從圖明顯看出，后 者均勻性明顯提高，這是由于二者互補(bǔ)后，將一些暗條紋變亮的結(jié)果。圖2a單個(gè)2W808nn激光器壓縮 后的光斑圖2b兩個(gè)2W808nm激光器壓縮后重疊光斑PDF 文件使用pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 WPDF 文件使用pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 W當(dāng)然，在實(shí)際調(diào)試中，需要精心挑選激光器，盡可能將兩個(gè)激光器互補(bǔ)性好的選擇在 一組。并且需要將他們的光軸要調(diào)整平行，否則二者重疊性差，影響照明距離（圖3）。我們還設(shè)計(jì)出四個(gè)激光器（圖4）同時(shí)照明的激光燈，這樣光斑均勻性更好，且可以增加視距。圖3雙808nm激光器照明燈圖4四路808nm激光器照明燈4主要技術(shù)指標(biāo)激光輸出功率：2W, 3W, 5W, 8W峰值波長(zhǎng)：808nm 土 10nm,915nm 土 10nm, 980nm 土 10nm 1060 10nm光束發(fā)散角（可定制）:2 X6 8 X24。連續(xù)可調(diào)驅(qū)動(dòng)電源：DC12V , 1A功耗：小于12W外型尺寸（不含鏡頭）：100mm x 50mm x 40mm參