[發明專利]一種用于控制VCSEL陣列產生均勻的平頂遠場的方法

有效

• 申請號: 201911138331.0
• 申請日: 2019-11-20
• 公開（公告）號: CN110620330B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 張成;梁棟;霍軼杰
• 申請（專利權）人: 常州縱慧芯光半導體科技有限公司
• 主分類號: H01S5/068
• 分類號: H01S5/068
• 代理公司: 北京華創智道知識產權代理事務所(普通合伙) 11888
• 代理人: 彭隨麗

本發明提供了一種用于控制VCSEL陣列產生均勻的平頂遠場的方法，通過執行該方法，能夠使得相對于傳統的VCSEL陣列，在不需要設置漫射器等光學元件的條件下即可很容易地實現均勻的平頂遠場，從而在良好滿足TOF測量，以及實現一個VCSEL芯片可控的出現多種遠場形狀，以使用于不同的應用場景等需要的同時，顯著降低了陣列及相應的模組成本，并具有了現有技術中所不具備的諸多有益效果。

技術領域

本發明涉及垂直腔面發射激光器（VCSEL）技術領域，尤其涉及一種控制無透鏡VCSEL單元產生均勻的平頂遠場的方法。

背景技術

目前，在眾多智能設備比如智能手機中，對平頂紅外照明（IR）投影模組具有巨大的市場需求，該模組在TOF測量、安全攝像設備等具體應用中發揮著至關重要的作用，垂直腔面發射激光器（VCSEL）則是平頂紅外照明投影模組中最為核心的器件。

現有的平頂紅外照明投影模組在結構上通常包括VCSEL陣列與諸如漫射器（diffuser）等光學器件的組合。典型的VCSEL陣列的發射孔徑通常為矩形或圓形，通過現有的一些控制方法得到的空間光分布（遠場）通常為高斯形或者是環形的，這種遠場是非均勻的，無法滿足TOF測量等的需要，因此需要通過漫射器將這些形狀改變為矩形或圓形的平頂強度分布（flat-top far field），即均勻的光強分布。上述現有的模組結構，由于漫射器等光學器件的設置，一方面對各組成部件之間裝配的精密性具有及其嚴苛的要求，提高了結構和生產過程的復雜程度，同時為了支持這種光學系統，還需要具有側壁的硬框架來支撐VCSEL陣列和光學元件，以在兩個部件之間提供最小間距（通常為0.3-0.5mm），模組的總厚度通常接近1毫米，也最終導致其所具體應用的手機等設備的厚度和體積難以進一步降低。此外，在很多應用領域如安保攝像領域中，需要集成TOF、紅外光局部特寫以及全場照明等不同應用，這些應用在通常情況下需要采用各自不同的VCSEL模組來實現。因此，如何提供一種在不依賴漫射器等光學器件的條件下仍能生成均勻的遠場的VCSEL陣列控制方法，并適用于不同的應用場景，從而顯著降低IR模組及其所應用的設備成本，是本領域中亟待解決的問題。

發明內容

針對上述現有技術中所存在的技術問題，本發明提供了一種用于控制VCSEL陣列產生均勻的平頂遠場的方法，所述方法包括：

對包含多個VCSEL單元的VCSEL陣列上不同區域的VCSEL單元，施加不同強度的電流，用于使各區域的光場相互疊加產生均勻的平頂遠場；

由于給定發光孔，電流密度越大，觀察到的遠場發散角越大，本發明基于這種思想，通過使不同區域所產生的具有環狀或高斯分布的遠場進行疊加，能夠實現較為均勻的平頂遠場分布；

由于在一定電流密度范圍內，電流密度越大，遠場的強度也越大，發散角也越大，因此通過對具有不同形狀和/或尺寸的發光孔的VCSEL單元設置不同的電流密度，可以調節疊加后的遠場的均勻性，能夠實現較為均勻的平頂遠場分布。

進一步地，所述VCSEL單元的發光孔具有相同的形狀和/或尺寸。

進一步地，所述VCSEL單元的發光孔包括不同的形狀和/或尺寸的組合。

通過給定相同的電流密度，存在發光孔越小，遠場散射角越小的關系。

因此，進一步地，所述VCSEL單元設置為分別具有不同的電流，所述不同施加電流包括不同電流密度，或者不同頻率和/或占空比和/或相位的脈沖電流。

其中，在不同的電流密度下，相同尺寸的孔徑尺寸可以產生不同的遠場分布。以一定的數量比例對它們進行疊加可以產生圓形平頂照明場。

進一步地，對于每個不同的電流密度，具體為將單獨的電流注入接觸區以允許用不同的電流密度注入電流。

進一步地，所述VCSEL單元采用并聯、串聯或者單獨控制的形式。