CN104966986A - 激光器阵列装配指向性测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光器阵列装配指向性测试系统，涉及光电装置技术领域。所述系统包括半导体激光器叠层阵列、若干个准直透镜、光屏、光斑在线监测系统，所述半导体激光器叠层阵列为半导体激光器的巴条在快轴方向堆叠而成，每个巴条对应一个准直透镜，准直透镜设置于所述巴条的出射光窗口处，所述光屏与巴条的出射光窗口相对设置，通过准直透镜汇聚后的光束照射到光屏上形成光斑，所述光斑在线监测系统包括摄像头和与摄像头连接的数据处理计算机。通过所述系统可实时调节准直透镜的位置、旋转、俯仰等，保证光束准直过程中，光束质量最优化，提高大功率半导体激光器的光束质量。

Description

激光器阵列装配指向性测试系统

技术领域

本发明涉及光电装置技术领域，尤其涉及一种激光器阵列装配指向性测试系统。

背景技术

大功率半导体激光器具有光电转换效率高、体积小、寿命长、功率密度高等优点，在固体激光器泵浦、激光加工、激光医疗、激光显示以及军事应用等领域得到了越来越广泛的应用。在近十年内，随着大功率半导体激光器产品进一步成熟，通过各种结构将激光巴条封装成的线阵、叠阵模块的输出功率可达数千瓦甚至上万瓦，在工业加工、军事等领域的需求有很大增长。

半导体激光器的一个固有特点为光束质量的不对称性，具有较大的象散和发散角。半导体激光器的远场光斑为椭圆状，垂直于发光面的方向（快轴方向）具有较大的发散角，通常为30°-40°，平行于发光面方向（慢轴方向）的发散角相对较小，大约为8°。半导体激光器的固有特点决定了在应用之前要光束整形。

将激光器巴条组装成叠阵是实现大功率或超大功率输出的一种重要形式。在大功率半导体阵列光纤耦合模块中，要求激光器具有非常高的光束质量，以便于能够聚焦耦合进入光纤中，这就要求半导体激光器阵列的光学性能好，即巴条的发散角小，指向性好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种激光器阵列装配指向性测试系统，所述测试系统在巴条准直过程中，在线监测光束质心、发散角等参数，实时调节准直透镜的位置、旋转、俯仰等，保证光束准直过程中，光束质量最优化，提高大功率半导体激光器的光束质量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种激光器阵列装配指向性测试系统，其特征在于：所述系统包括半导体激光器叠层阵列、若干个准直透镜、光屏、光斑在线监测系统，所述半导体激光器叠层阵列为半导体激光器的巴条在快轴方向堆叠而成，每个巴条对应一个准直透镜，准直透镜设置于所述巴条的出射光窗口处，用于汇聚巴条发射的光，所述光屏与巴条的出射光窗口相对设置，且与巴条发射的光路垂直，通过准直透镜汇聚后的光束照射到光屏上形成光斑，所述光斑在线监测系统包括摄像头和与摄像头连接的数据处理计算机，所述摄像头与光屏相对设置，用于采集光屏上的光斑图像，摄像头采集的光斑图像传输到数据处理计算机，数据处理计算机利用内置的软件对光斑图像进行实时处理，计算出光束的相关信息，并根据光斑分布，计算准直透镜相对于巴条的位置信息。

进一步的技术方案在于：所述测试系统还包括透镜夹具和夹具位移装置，所述准直透镜被透镜夹具夹持，所述透镜夹具与所述夹具位移装置固定连接，夹具位移装置用于改变透镜夹具的位置。

进一步的技术方案在于：所述夹具位移装置为电动位移台或者精密手动位移台。

进一步的技术方案在于：所述巴条的宽度为10mm或者5mm。

进一步的技术方案在于：所述半导体激光器叠层阵列采用高纯水作为冷却液。

进一步的技术方案在于：所述准直透镜采用高折射率玻璃制作。

进一步的技术方案在于：所述准直透镜为柱面非球面透镜。

进一步的技术方案在于：所述光屏上设有方格，用于定位光斑。

进一步的技术方案在于：所述光束的相关信息包括远场发散角信息以及质心信息。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用光斑在线监测系统，在巴条准直过程中，在线监测光束质心、发散角等参数，实时调节准直透镜的位置、旋转、俯仰等，保证光束准直过程中，光束质量最优化。在激光阵列装配过程中，对每个巴条的俯仰、偏转角度进行精密调节，精确调节固定巴条的力矩，提高装配精度和整体光场一致性，实现叠成阵列指向性达到最佳值。通过以上系统装配激光阵列，可实现半导体激光器叠层阵列快轴发散角<5mrad，快轴指向性≤±2mrad。

附图说明

图1-2是本发明的原理框图；

其中：1、半导体激光器叠层阵列 2、准直透镜 3、透镜夹具 4、光屏 5、光斑在线监测系统 6、摄像头 7、数据处理计算机。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-2所示，本发明公开了一种激光器阵列装配指向性测试系统，所述系统包括半导体激光器叠层阵列1、若干个准直透镜2、光屏4、光斑在线监测系统5。所述半导体激光器叠层阵列1为半导体激光器的巴条在快轴方向堆叠而成，每个巴条对应一个准直透镜2，准直透镜2设置于所述巴条的出射光窗口处，用于汇聚巴条发射的光，所述光屏4与巴条的出射光窗口相对设置，且与巴条发射的光路垂直，通过准直透镜汇聚后的光束照射到光屏4上形成光斑，所述光斑在线监测系统5包括摄像头6和与摄像头6连接的数据处理计算机7，所述摄像头6与光屏4相对设置，用于采集光屏4上的光斑图像，摄像头6采集的光斑图像传输到数据处理计算机7，数据处理计算机7利用内置的软件对光斑图像进行实时处理，计算出光束的相关信息，并根据光斑分布，计算准直透镜2相对于巴条的位置信息。

巴条在快轴方向发射的光近似为高斯光束，满足高斯光束的传播特性。准直透镜的焦距在0.1mm-1.5mm之间。巴条的发光点位于准直透镜的焦面上，距离透镜面的距离为0.05mm-0.2mm。

半导体激光器叠层阵列：叠层阵列为半导体激光器巴条在快轴方向堆叠组成，巴条的宽度为10mm或者5mm，叠阵阵列采用高纯水作为冷却液，能够保证激光器芯片工作在25℃左右。

准直透镜：准直透镜采用高折射率玻璃制作，快轴准直透镜通常为柱面非球面透镜；慢轴准直透镜同巴条的发光点一一对应，其周期同巴条发光点的周期相同。准直透镜可以压缩半导体激光器的发散角，提高叠阵阵列的光束质量。

透镜夹具：透镜夹具可以夹持准直透镜，透镜夹具固定到电动位移台或者精密手动位移台上，其调节精度可以达到亚微米量级。

光屏：光屏放置在光路上，并同光路垂直，光屏上有方格，可以起定位光斑作用。

光斑在线监测系统：光斑在线监测系统包含两部分：摄像头和数据处理计算机。在调节过程中，摄像头实时拍摄光斑分布情况，并将数据传输至计算机。通过Matlab软件，对摄像头拍摄的数据进行实时处理。控制软件可以计算光束的远场发散角、质心等参数，并根据光场分布，计算准直透镜相对于巴条的位置，为调节准直透镜的位置、旋转、俯仰等提供指导。

Claims (9)

1.一种激光器阵列装配指向性测试系统，其特征在于：所述系统包括半导体激光器叠层阵列（1）、若干个准直透镜（2）、光屏（4）、光斑在线监测系统（5），所述半导体激光器叠层阵列（1）为半导体激光器的巴条在快轴方向堆叠而成，每个巴条对应一个准直透镜（2），准直透镜（2）设置于所述巴条的出射光窗口处，用于汇聚巴条发射的光，所述光屏（4）与巴条的出射光窗口相对设置，且与巴条发射的光路垂直，通过准直透镜汇聚后的光束照射到光屏（4）上形成光斑，所述光斑在线监测系统（5）包括摄像头（6）和与摄像头（6）连接的数据处理计算机（7），所述摄像头（6）与光屏（4）相对设置，用于采集光屏（4）上的光斑图像，摄像头（6）采集的光斑图像传输到数据处理计算机（7），数据处理计算机（7）利用内置的软件对光斑图像进行实时处理，计算出光束的相关信息，并根据光斑分布，计算准直透镜（2）相对于巴条的位置信息。

2.根据权利要求1所述的激光器阵列装配指向性测试系统，其特征在于：所述测试系统还包括透镜夹具（3）和夹具位移装置，所述准直透镜（2）被透镜夹具（3）夹持，所述透镜夹具（3）与所述夹具位移装置固定连接，夹具位移装置用于改变透镜夹具（3）的位置。

3.根据权利要求2所述的激光器阵列装配指向性测试系统，其特征在于：所述夹具位移装置为电动位移台或者精密手动位移台。

4.根据权利要求1所述的激光器阵列装配指向性测试系统，其特征在于：所述巴条的宽度为10mm或者5mm。

5.根据权利要求1所述的激光器阵列装配指向性测试系统，其特征在于：所述半导体激光器叠层阵列（1）采用高纯水作为冷却液。

6.根据权利要求1所述的激光器阵列装配指向性测试系统，其特征在于：所述准直透镜（2）采用高折射率玻璃制作。

7.根据权利要求1所述的激光器阵列装配指向性测试系统，其特征在于：所述准直透镜（2）为柱面非球面透镜。

8.根据权利要求1所述的激光器阵列装配指向性测试系统，其特征在于：所述光屏（4）上设有方格，用于定位光斑。

9.根据权利要求1所述的激光器阵列装配指向性测试系统，其特征在于：光束的相关信息包括远场发散角信息以及质心信息。