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半导体激光器由于具有效率高、体积小、成本低等优点,被广泛应用于工业、医疗、通信和军事等领域。本论文设计了一种低成本、高抗冲击性、小体积、高集成化的半导体激光器系统,可以用于多种使用激光测距的场合,比如激光测距仪、炮弹的近炸引信等。该系统整合了半导体激光器、驱动电路、光束整形透镜等功能部件,并利用环氧树脂进行了封装。论文的研究过程主要可以分为以下几个阶段: 本论文首先分析讨论了半导体激光器的各种封装技术,结合成本低、体积小和抗冲击性高这些设计指标,决定采用环氧树脂对半导体激光器系统进行封装。论文的这一部分还讨论了环氧树脂的强度、透光性等特点;说明了环氧树脂封装的制作过程;讨论了温度对激光器性能的影响;介绍了激光器的焊接和组装技术;分析了热沉和焊料的选择对激光器工作温度的影响。 在利用环氧树脂封装的同时,制作光束整形透镜,既可以简化半导体激光器系统的制作流程,又可以缩小体积,提高光束整形的精准度。论文对半导体激光的光束特性进行了分析,介绍了一些常用于光束整形的方法,并将它们进行了对比,分析了不同方法的优缺点。根据测距仪器的要求,本论文设计了一种新型的光束整形系统,它可以在环氧树脂封装的同时进行制作,文中还对影响光束整形效果的因素进行了分析和讨论,这些因素主要有:环氧树脂的反射率、折射率、激光器的位置以及激光的波长等。另外,论文还结合折射率和激光器位置的影响,分析了在这两种误差同时存在的情况下的光强分布情况。实验表明,这些因素对光强分布的影响与理论分析的结果一致。 将驱动电路和半导体激光器一起封装,是本论文所研究的半导体激光器系统的特点之一。由于系统体积上的限制以及激光器对电信号的要求,所制作的驱动电路必须具有体积小、成本低、易于加工等特点,而且必须能够输出大峰值功率窄脉宽的电信号。经过分析各种窄脉冲信号的产生和制作方式,论文最后决定采用数字电路和功率MOSFET相结合的方式设计电路,并利用多芯片模块的工艺进行了制作。最终,所制作的驱动模块体积小于6.5mm×4.5mm,并可以输出高达36A的电流,脉冲宽度可以压缩到16ns。 光束整形透镜和驱动电路设计好之后,需要用金属支架将半导体激光器系统的各个功能部件连接起来。经过对支架材料和制作工艺的讨论,论文利用黄铜来进行设计,并采取蚀刻工艺制作了一款金属支架。这款金属支架的作用如下:支撑并连接了半导体激光器和驱动电路;作为激光器系统与外部电路连接的引脚;为激光器和驱动电路散热;与用于制作光束整形透镜的模条相配合,负责定位和对准。金属支架使得半导体激光器管芯和驱动电路直接相连,大大降低了通常电路中由于器件管脚和连线较长而引入的寄生效应的影响,从而减小了脉冲信号的衰减和失真,可以得到更好的输出信号波形。 最后,本文还介绍了所设计的半导体激光器系统的制作流程和方法,并对实验结果进行了分析。最终制作出的激光器系统的体积为Φ8mm×15mm,输出的光脉冲宽度大约为16ns,而出射激光在垂直方向和水平方向的发散角分别为0.24°和1.4°。整个半导体激光器系统具有体积小、成本低、抗冲击性强、集成度高等特点。