一种激光光源耦合装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光光源耦合装置及方法，该装置包括LD散热体，设置在激光器散热体上的至少一组激光光源，每组激光光源包含至少两个激光光源，至少两个激光光源呈一字型间隔排列，每个激光光源的正前方活动设置有一个三角形棱镜，设于每个激光光源上的凸透镜对来自激光光源的激光束进行准直，将准直后的激光束经各自对应的三角形棱镜垂直反射后，入射至相应的柱面镜将剩余的发散的激光束再次整形成近似平行的激光束，并通过聚焦透镜将激光束聚焦并入射至光纤中。本发明专利技术能够简化光轴调节，大幅度降低由于温度缓慢的变化，防止元器件在结露和粉尘环境中的损伤。本发明专利技术还具有价格低廉，坚固耐用，能承受温度波动，并且可以在恶劣环境下工作等特点。

A coupling device and method of laser source

The invention discloses a laser light source coupling device and method, the device comprises a LD radiator, at least one group of laser light sources arranged on the laser radiator, each group of laser light sources comprises at least two laser light sources, at least two laser light sources are arranged in a zigzag interval, the front of each laser light source is movably provided with a triangular prism, which is arranged on each laser light source After collimating the laser beam from the laser source, the collimated laser beam is vertically reflected by the corresponding triangular prism, and then incident to the corresponding cylindrical mirror to complete the remaining divergent laser beam again to form a nearly parallel laser beam, and the laser beam is focused and incident into the optical fiber through the focusing lens. The invention can simplify the optical axis adjustment, greatly reduce the slow change of temperature, and prevent the damage of components in the condensation and dust environment. The invention also has the advantages of low price, firmness and durability, can withstand the temperature fluctuation, and can work in the harsh environment, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种激光光源耦合装置及方法
本专利技术涉及激光加工领域，特别涉及一种用于激光投影机、激光焊接和激光切割用的激光光源耦合装置及方法。
技术介绍
作为激光显示的三基色之一的蓝色激光一直是激光加工领域的关键技术。蓝色激光除了应用于激光显示外，还可以应用于激光焊接、激光投影机、激光切割、高密度光存储、数字视频技术和海洋资源探测，并在激光印刷、激光医学、生化技术等方面有着广泛的应用前景。近年来，伴随着激光器的性能及寿命的不断提高，正在逐步使用激光器取代传统的灯作为光源。由于激光器的亮度远远大于灯的亮度，并且可以通过光纤传输，所以可以进一步增加投影仪光源应用的投影映射的尺寸，亮度和清晰度。此外，在激光加工应用中，通过使用蓝色激光器作为光源的话，铜或金的吸收增加了一倍以上，因此具有更高的可焊性。然而，为了使单个激光束以高亮度和高输出入射到光纤上，需要与前述情况一样复杂的光学系统。需要使用更多板状的反射镜作为光学零件，所述板状反射镜通过粘合剂固定，由于温度和时间而引起蠕变，并在光纤耦合部的光轴上发生偏离，从而导致输出降低。优选的处理措施是将其置于高温的环境下进行烘烤处理，但是烘烤过程很麻烦，特别是当输出变高时，将会不能进行修复，因此许多产品不进行烘烤处理。进入生产后将会遇到如下问题：由于像蓝光激光器一样的单发光元件发热量较大，且输出较低，在实际应用上可能需要几百瓦～数千瓦进入毫米大小直径的光纤上，使得激光器变得复杂，并且光轴调整也会非常困难。此外，激光元件会由于结露和灰尘导致损坏,即使覆盖了包括整个光学系统的模块,也会由于温度变化而导致的气压差使湿气和灰尘从细微的缝隙中穿过,从而导致输出下降。因此，目前现有的技术很难提供有效防止结露和防尘的措施。
技术实现思路
综上所述，本专利技术主要的目的是为了解决上述所有的问题，可简单地对光轴进行调节，解决了因温度缓慢的变化而导致输出降低的问题，并可有效防止元器件在结露和粉尘环境中出现的损伤，而提供一种价格低廉，坚固耐用，能承受温度波动，并且可以在恶劣环境下工作的高功率高聚焦的激光光源耦合装置及方法。为了解决所述技术问题，本专利技术提供一种激光光源耦合装置，所述装置包括一激光器散热体，设置在所述激光器散热体上的至少一组激光光源，每组激光光源包含至少两个激光光源，至少两个激光光源呈一字型间隔排列，每个所述激光光源的正前方活动设置有一个三角形棱镜，各三角形梭镜的高度从上到下逐级递减并呈阶梯形排布，并将各三角形棱镜设置在比激光束更低的位置的前方，设于每个所述激光光源上的凸透镜对来自激光光源的激光束进行准直，将准直后的激光束经各自对应的三角形棱镜垂直反射后，入射至相应的柱面镜将剩余的发散的激光束再次整形成近似平行的激光束，并通过聚焦透镜将激光束聚焦并入射至光纤中。进一步地，对于平行排列的多束激光束，能够经由具有曲率的聚焦透镜聚光。进一步地，对于平行排列的激光束，设置在楔形棱镜厚度变化的方向上，该楔形棱镜用于激光的光束在空间上宽度压缩，实现在较小的空间内聚集更多的激光光束，从而较少聚光镜的空间体积。进一步地，所述楔形棱镜上下对称地设置在激光束中间。进一步地，将准直的激光光源的单一方向按照用阶梯式布置的三角形棱镜的反射方向进行设置，并利用另一个方向的扩展幅度小的特性，以减少阶梯式布置的三角形棱镜的阶差。进一步地，对于所述多束激光束的叠加方向，使用以阶梯状叠加的三角形棱镜组进行直角反射，同时分割截断多重激光束使其反射90度，并且对于被分割的激光光束，使每一束光束的通过空间上二次反射的棱镜，被分割的多束激光束旋转90度并聚光，从而将激光束分割后，以相应倍数来提高聚光效率。进一步地，倾斜放置的激光光源和阶梯式布置的三角棱镜互相相对，将所述的多束激光平行布置为两列，并使用三角形棱镜使两列中的全部激光束以垂直方向反射。还提供了一种基于所述激光光源耦合装置进行激光传输的激光光源耦合方法，该方法包括如下步骤：两列激光束的第一列和第二列由相同的聚焦透镜聚光并入射到光纤；使用凸透镜对从按照晶格阵列布置的激光光源的第一段到第一列的激光束进行准直；将设置在所述凸透镜出口附近的第一列的三角形陵镜进行阶梯式排列，并在比所述三角形陵镜反射的激光更低的位置阶梯式地布置前方的三角形陵镜；根据各三角形陵镜的位置，在相同高度并以通过将多个晶格状分布的凸透镜与激光光源，以一定的角度倾斜放置，并且该倾斜的激光光源垂直于所述三角形棱镜，以便形成通过叠加多个阶梯状的三角形棱镜而获得的一维方向上的第一段第一列的多束激光；将所述晶格式排列的激光光源的第二列的激光束通过凸透镜进行准直；从布置在所述凸透镜出口附近的，第一段的三角形陵镜在所述第一列的激光光束干涉不到的位置，并将第一列的阶梯式的三角形棱镜堆积到第二列的棱镜之上；在第二列的阶梯式的三角形棱镜反射的激光更低的位置，阶梯式地布置了前方第二列的三角形棱镜，并在所述阶梯式的三角形棱镜通过的位置，多个晶格状分布的凸透镜与激光光源，以一定的角度倾斜放置，并且该倾斜的激光光源垂直于所述三角形棱镜，以便形成通过叠加多个阶梯式三角形棱镜而获得的一维方向上的第二段第二列的多束激光。进一步地，使激光束入射到一块倾斜的平行平板上，并且为了使第二段第二列的多束激光具有与第一段第一列相同的高度，从而调整了所述平行平板倾斜的入射角度。进一步地，第三段第三列所述的多束激光，使激光束入射到一块倾斜的平行平板上，并且为了使第二段第二列的多束激光的外侧具有相同的高度，从而调整了所述第三列的平行平板倾斜的入射角度。倾斜后的激光光源的多个发光点等间距错位分离，且正好与阶梯式布置的三角形棱镜相对应，角度倾斜的函数关系式与激光光源的分布数量n有关，当分布数量的变量取值为n时，发光点间距较大，空间利用率低；当变量取值为2n时，发光点间距较小，空间利用率高，激光损耗大于变量取值n时的激光损耗。采用所述技术方案，与现有技术相比，本专利技术所产生的有益效果在于：为了提高可靠性，利用凸透镜对来自激光光源的激光束进行准直，将准直后的激光束经各自对应的三角形棱镜垂直反射后，入射至相应的柱面镜将剩余的发散的激光束再次整形成近似平行的激光束，并通过聚焦透镜将激光束聚焦并入射至光纤中。通过所述技术手段，能够简化光轴调节，大幅度降低由于温度缓慢的变化，防止元器件在结露和粉尘环境中的损伤。本专利技术还具有价格低廉，坚固耐用，能承受温度波动，并且可以在恶劣环境下工作等特点。【附图说明】图1a是本专利技术的第一实施例的激光光源的基本结构俯视图；图1b是本专利技术的第一实施例的激光光源的基本结构侧视图；图1c是本专利技术的第一实施例的激光入射有效直径的状态示意图；图2a是本专利技术的光束压缩的俯视图；图2b是本专利技术的光束压缩的侧视图；图2c为本专利技术的光纤的放大示意图。图3a是本专利技术的激光光束位置的俯视图；图3b是本专利技术的激光光束位置的侧视图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光光源耦合装置，其特征在于，所述装置包括一激光器散热体，设置在所述激光器散热体上的至少一组激光光源，每组激光光源包含至少两个激光光源，至少两个激光光源呈一字型间隔排列，每个所述激光光源的正前方分别活动设置有一个三角形棱镜，各三角形梭镜的高度从上到下逐级递减并呈阶梯形排布，并将各三角形棱镜设置在比激光束更低位置的前方，设于每个所述激光二极管上的凸透镜对来自激光光源的激光束进行准直，将准直后的激光束经各自对应的三角形棱镜垂直反射后，入射至相应的柱面镜将剩余的发散的激光束再次整形成近似平行的激光束，并通过聚焦透镜将激光束聚焦入射至光纤中。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光光源耦合装置，其特征在于，所述装置包括一激光器散热体，设置在所述激光器散热体上的至少一组激光光源，每组激光光源包含至少两个激光光源，至少两个激光光源呈一字型间隔排列，每个所述激光光源的正前方分别活动设置有一个三角形棱镜，各三角形梭镜的高度从上到下逐级递减并呈阶梯形排布，并将各三角形棱镜设置在比激光束更低位置的前方，设于每个所述激光二极管上的凸透镜对来自激光光源的激光束进行准直，将准直后的激光束经各自对应的三角形棱镜垂直反射后，入射至相应的柱面镜将剩余的发散的激光束再次整形成近似平行的激光束，并通过聚焦透镜将激光束聚焦入射至光纤中。


2.根据权利要求1所述的激光光源耦合装置，其特征在于，对于平行排列的多束激光束，能够经由具有曲率的聚焦透镜聚光。


3.根据权利要求1所述的激光光源耦合装置，其特征在于，对于平行排列的多束激光束，设置在楔形棱镜厚度变化的方向上，该楔形棱镜用于将激光光束在空间上宽度压缩，实现在较小的空间内聚集更多的激光光束，从而减少聚光镜的空间体积。


4.根据权利要求3所述的激光光源耦合装置，其特征在于，所述楔形棱镜上下对称地设置在激光束中间。


5.根据权利要求4所述的激光光源耦合装置，其特征在于，将准直的激光光源的单一方向按照阶梯式布置的三角形棱镜的反射方向进行设置，其另一个方向由于扩展幅度小，使阶梯式布置的三角形棱镜的阶差减少。


6.根据权利要求1-5任一项所述的激光光源耦合装置，其特征在于，对于所述多束激光束的叠加方向，使用以阶梯状叠加的三角形棱镜组进行直角反射，同时分割截断多重激光束使其反射90度，并且对于被分割的激光光束，使每一束光束通过空间上二次反射的棱镜，被分割的多束激光束旋转90度并聚光，从而将激光束分割后，以相应倍数来提高聚光效率。


7.根据权利要求1所述的激光光源耦合装置，其特征在于，倾斜放置的激光光源和阶梯式布置的三角棱镜互相相对，将所述的多束激光平行布置为两列，并使用三角形棱镜使两列中的全部激光束以垂直方向反射。


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【专利技术属性】
技术研发人员：樱井努，牛增强，卢国杰，陈国宁，
申请(专利权)人：深圳市联赢激光股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44