ОСВЕТИТЕЛЬ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ЛАЗЕРНОМ ИЗЛУЧАТЕЛЕ

Полезная модель относится к области оптико-электронного приборостроения, и может быть использована при создании осветителей на основе полупроводниковых лазеров, работающих как в импульсном, так и непрерывном режиме.
Известен осветитель [1], состоящий из объектива, лазерного полупроводникового излучателя, расположенного в фокальной или близко к фокальной плоскости объектива и блока питания излучателя, обеспечивающего импульсный или непрерывный режим питания в зависимости от типа излучателя. Основным недостатком такого осветителя является нестабильность мощности излучения в температурном диапазоне эксплуатации осветителя, который обычно составляет минус 50°С...40°С, Это вызвано тем, что мощность излучения пропорциональна току накачки излучателя, который является функцией от температуры.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является осветитель ПЛ-1 [2], состоящий из расположенных последовательно объектива, полупроводникового лазерного излучателя, расположенного в фокальной, или близко к фокальной плоскости объектива и электрически связанного излучателем блока питания излучателя с устройством стабилизации выходной мощности в широком диапазоне температур. Ток накачки излучателя, при постоянной световой мощности, является функцией температуры излучателя (окружающей среды). Эта зависимость для каждого излучателя является индивидуальной и приводится в паспорте на излучатель, так как имеет достаточно большой разброс параметров для различных излучателей.
Стабилизация выходной мощности заключается в изменении тока накачки в зависимости от температуры окружающей среды с помощью устройства управления излучателем и осуществляется следующим образом.
y
y
y
y
y
Линейный датчик температуры, выдает аналоговый сигнал зависимости напряжения от температуры U(t). Этот сигнал поступает в функциональный преобразователь, где преобразуется к виду U(t, °C)=at°+b, где U(t, °С) - напряжение управления, подаваемое на управляемый источник питания излучателя, а - коэффициент наклона характеристики U(t, °C), b - постоянная составляющая сигнала U(t, °C). Сигнал U(t, °C) поступает в управляемый источник питания излучателя, регулирующий амплитуду импульсов тока накачки. Таким образом устройство управления излучателем осуществляет изменение тока накачки излучателя в зависимости от температуры окружающей среды.
y
Основным недостатком известного осветителя является большая трудоемкость настройки характеристики изменения тока накачки, т.к. она осуществляется для каждого излучателя экспериментально, путем подбора коэффициентов а и b функционального преобразователя. При подборе указанных коэффициентов для излучателя с блоком питания необходимо создавать температурный режим, соответствующий крайним точкам рабочего диапазона, что требует дорогостоящего оборудования, например термокамеры. Кроме того зависимость тока накачки от температуры у отдельных излучателей имеет значительную нелинейность и аппроксимация ее линейной функцией U(t, °C) приводит к погрешности тока накачки до 20%.
Задачей полезной модели является повышение точности стабилизации мощности излучения в широком температурном диапазоне и упрощение процесса настройки блока питания излучателя за счет автоматического регулирования тока накачки излучателя по уровню мощности потока излучения.
Для решения поставленной задачи в осветитель на полупроводниковом лазерном излучателе, содержащий установленные последовательно объектив, полупроводниковый лазерный излучатель, расположенный в фокальной или близко к фокальной плоскости объектива, и электрически соединенный с
ф
з
y
излучателем блок питания, в зону излучения полупроводникового излучателя введено фотоприемное устройство, а в блок питания введены задающее устройство и устройство сравнения, соединенные таким образом, что выход задающего устройства соединен с первым входом устройства сравнения, выход фотоприемного устройства соединен со вторым входом устройства сравнения, а выход устройства сравнения соединен с входом управляемого источники питания. Поскольку ток накачки излучателя при постоянной мощности излучения является функцией температуры окружающей среды, то при анализе изменения мощности излучения в зависимости от изменении температуры путем сравнения сигналов U с фотоприемного устройства и U задающего устройства в устройстве сравнения, осуществляется управление током накачки излучателя с помощью сигнала U, вырабатываемого устройством сравнения.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фигуре изображена функциональная схема полезной модели.
Осветитель на полупроводниковом лазерном излучателе включает в себя объектив 1, фотоприемное устройство 2, спектральная чувствительность которого согласована со спектральным диапазоном излучения лазерного излучателя и расположенное в зоне его излучения, полупроводниковый лазерный излучатель 3, расположенный в фокальной или близко к фокальной плоскости объектива 1 и работающий в импульсном или непрерывном режиме, и блок питания 7, электрически соединенный с излучателем 3 и состоящий из задающего устройства 6, устройства сравнения 5, управляемого источника питания 4, соединенных таким образом, что выход задающего устройства 6 соединен с первым входом устройства сравнения 5, выход фотоприемного устройства 2 соединен со вторым входом устройства сравнения 5, а выход устройства сравнения 5 соединен с входом управляемого источника 4.
з
Осветитель работает следующим образом. Задающее устройство 6 выдает постоянный уровень сигнала U, который может регулироваться и
з
з
ф
ф
з
ф
y
y
ф
з
ф
з
з
определяет конечную выходную мощность лазерного излучения. Сигнал U выбирается таким, чтобы величина тока накачки соответствовала паспортному значению конкретного излучателя при температуре настройки осветителя. Сигнал U подается на первый вход устройства сравнения 5. Управляемый источник питания 4 задаст амплитуду тока накачки излучателя 3. Фотоприемное устройство 2, расположенное в зоне излучения полупроводникового излучателя, принимает его излучение и преобразует в сигнал U, пропорциональный мощности излучения. Сигнал U поступает на второй вход устройства сравнения 5, которое сравнивает сигналы U и U и, в зависимости от величины их разности, изменяет сигнал управления U. Сигнал U, поступая в управляемый источник питания 4, регулирует ток накачки излучателя, а, следовательно, и мощность излучения таким образом, чтобы сигнал U с фотоприемного устройства 2 стремился быть равным сигналу U. Так как сигнал U является сигналом обратной связи с информацией о мощности излучения, сигнал U=const, то устройство сравнение 5 обеспечивает постоянную мощность излучения в соответствии с первоначально настроенным уровнем по сигналу U. При этом мощность излучения не будет зависеть от температурной характеристики тока накачки конкретного излучателя.
изл
Поток излучения от полупроводникового лазерного излучателя в угле охвата а объектива 1, падая на объектив 1, формируется им в направленный поток излучения Ф с требуемым углом расходимости. Испытания опытных образцов осветителей с полупроводниковым лазерным излучателем ИЛПИ-114 показали, что погрешность стабилизации в температурном диапазоне минус 50°С...40°С не превышает (3...5)%.
Таким образом полезная модель позволяет значительно повысить точность стабилизации мощности излучения и упростить технологический процесс настройки блока питания полупроводникового лазерного излучателя. Процесс настройки носит универсальный характер и не зависит от паспортной характеристики тока накачки излучателя. При настройке не
требуется специальное оборудование, что существенно снижает стоимость изготовления осветителя в целом.
Используемые источники информации:
1. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Основы улучшения видимости в сложных условиях. - М.: ООО «Недра - Бизнесцентр», 1999. с.109-116.
2. Прожектор ПЛ-1: Техническое описание и инструкция по эксплуатации (0953.00.00.000 ТО). ОАО «Пеленг» 1996 г. (прототип).