CN111694160A - 一种激光光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光光源装置，包括相互正交的X、Y、Z轴，利用凸透镜对位于Z轴方向上且与其平行设置的激光器的激光束进行准直，将配置在凸透镜出口附近的棱镜反射体沿X轴方向以阶梯状排列，并将X轴方向上的各阶梯状棱镜反射体设置在比反射的激光束更低的位置的前方,多个X轴方向的阶梯状棱镜反射体沿Z轴方向层叠,而形成X轴方向的多重一维激光束，各X轴方向的多重一维激光束相平行,并以相对于Y轴方向以阶梯状排列的由反射镜组反射的各个一维激光束在Y轴方向以相互平行且接近的方式排列,在形成多重二维激光光束后,通过聚光透镜聚焦到一点。本发明还具有价格低廉，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。

Description

一种激光光源装置
【技术领域】
本发明涉及激光加工领域，特别涉及一种用于实施激光投影仪、激光焊接以及激光切断等激光加工的激光光源装置。
【背景技术】
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、激光切割、激光投影机、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，随着作为激光光源的半导体激光器的高性能化、长寿命化，以往的灯不断被取代。半导体激光器能够将亮度设为灯的10倍以上，能够进行光纤传输，因此针对投影仪光源用途，能够实现投影映射的进一步大型、高亮度化、高清化。另外，在激光加工用途中，已知若将蓝色半导体激光器作为光源，则铜、金的吸收将提高一个位数以上，因此焊接性提高。
专利文献1：WO2016/203998 A1 AMADA
专利文献2：日本特开2015-72956 岛津
专利文献3：WO2017/119111A 岛津100W…基于此制作
专利文献4：WO2017/011706A NUBURU
然而，为了将各个单体激光束以高亮度、高输出功率射入纤细的光纤，如任一现有事例那样，需要复杂的光学系统。另外，还必须使用大量的板状反射镜作为光学部件，而使用粘合剂固定后的板状反射镜会因温度、时间经过而产生被称为蠕变的变形，因此存在光纤耦合部的光轴错位，输出功率降低等问题。作为其对策，优选采用高温烘烤处理的办法，但若进行烘烤处理，可能导致调整好的光轴出现混乱，且修正费时费力。特别是，如果为高输出功率，则器件更大更多，甚至可能无法修正，因此也多有不进行烘烤处理的商品，但是进入生产之后，则经常会出现故障。
另外，像蓝色半导体激光元件那样的单发光元件由于发热较多，因此难以制成阵列元件来增加输出功率，且其只能输出几W，因此要使实用上所需的数百W～数KW射入亚毫米尺寸的光纤直径，需要大量单体发光半导体元件，使得光轴调整变得非常复杂困难。
而且，激光元件当存在结露、污染时，会破损，因此即使对覆盖包括光纤系统在内的激光器模块整体进行隔绝，因温度变化所引起的与外部空气之间的气压差，微小的间隙也会侵入湿气、灰层，而引起输出功率的降低，因此防止结露、污染是非常困难的。
【发明内容】
综上所述，本发明主要的目的是为了解决全部上述问题而产生,其目的在于提供一种高输出功率、高聚光的激光光源装置，该激光光源装置简化光轴调整，大幅度地削减蠕变，防止光纤端面损伤，而且即使在结露、粉尘环境下也不会破坏LD元件，容易调整，简单且价格低廉，强韧、坚固，也能够耐受温度变动、恶劣环境。
为了解决所述技术问题，本发明提供一种激光光源装置，所述系统包括：相互正交的X轴、Y轴及Z轴，利用凸透镜对位于Z轴方向上且与其平行设置的LD的激光束进行准直，将配置在所述凸透镜出口附近的棱镜反射体沿X轴方向以阶梯状排列，并将X轴方向上的各阶梯状棱镜反射体设置在比反射的激光束更低的位置的前方,多个所述X轴方向的阶梯状棱镜反射体沿Z轴方向层叠,而形成X轴方向的多重一维激光束，各X轴方向的所述多重一维激光束相平行,并以相对于Y轴方向以阶梯状排列的由反射镜组反射的各个所述一维激光束在Y轴方向以相互平行且接近的方式排列,在形成多重二维激光光束后,通过聚光透镜聚焦到一点。
通过使所述一维多重激光光束之间的距离小于由所述棱镜反射体所反射的激光光束的宽度,从而使层叠在慢轴上的所述多重一维激光束相互干涉。
在相对于Y轴方向并呈阶梯状排列的所述反射镜组与聚光透镜之间,经由具有比离聚光透镜最远的LD的位置长的焦距的柱面镜进行聚光。
以相对于Y轴方向呈阶梯状排列的所述反射镜组的各个反射镜与所述一维多重激光光束的形状相似的方式,调整所述反射镜的反射端的角的位置。
平行排列的所述各一维激光束以相对于Y轴方向、端部的LD数量比中央部少的方式构成。
所述棱镜反射体为由上部与底面平行地切断的梯形状棱镜构成。
所述LD为半导体激光器。
所述激光为蓝色半导体激光。
采用所述技术方案，与现有技术相比，本发明所产生的有益效果在于：采用上述方法，能够提供一种高输出功率、高聚光的激光光源，该激光光源简化光轴调整，大幅度地削减蠕变，防止光纤端面损伤，而且即使在结露、粉尘环境下也不会破坏LD元件，容易调整，简单且价格低廉，强韧、坚固，也能够耐受温度变动、恶劣环境。
【附图说明】
图1是本发明实施例的俯视图；
图2是本发明实施例的侧视图；
图3是本发明实施例的局部放大图；
图4是本发明实施例的干涉示意图。
【具体实施方式】
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不会构成任何限制。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细地描述：
【实施例1】
图1是第一实施方式的激光光源的基本构成图，（a）是俯视图，（b）是侧视图。
图1所示的激光光源的光源部10图1所示的激光光源的光源部10包括：罐型的带凸透镜的LD1，,在本实施例中，LD为半导体激光器，其在X轴方向上呈一维排列；阶梯状散热体2，其用于包裹多个LD1进行散热，在X轴方向上下降；一维块16，其在阶梯状散热体2的上部呈阶梯状配置，由棱镜反射体4构成，在本实施例中，采用直角棱镜；以及相邻的多个一维块17 、18 。激光光源的X轴方向光束层叠部9由多个折返反射镜11构成，粘接有柱面镜6。
在该结构中，使用附图说明聚光原理。从LD元件101向Z轴方向垂直射出的激光借助凸透镜100而形成平行LD光3 。平行LD光3由棱镜反射体 4进行背面反射而成为X方向的水平激光12 ，与同样在X轴方向上反射的其他水平激光13在Z轴方向上层叠而成为一维层叠光束8 。
本实施例中的平行LD光的由棱镜反射体4刚反射后的光束尺寸如下。
SLOW轴0.5mmxFAST轴2mm。
这样，由于SLOW轴方向的光束宽度比FAST轴小，因此能够缩小一维层叠光束8的SLOW方向的层叠宽度。另外，由凸透镜100校直了的LD光具有在SLOW方向上逐渐变长的特性，因此若从靠近反射镜11的LD起依次设为a、b、c、d，则一维层叠光束8的截面形状如图3的放大图所示，从下方起依次从横长长方形a经过正方形c而变为纵长长方形d。由此，实际光束15成为上部变小的梯形状。由此，若将反射镜11的反射端16在与实际光束15接触的位置上倾斜配置，则能够高效地反射。
接下来，使用x轴方向光束层叠部9来说明fast方向的层叠原理。由一维块17生成的一维层叠光束19被反射镜20反射90度，成为y轴方向一维层叠光束21。接着，在一维块16生成的一维层叠光束8配置于反射镜11的反射端16与光束21接触的位置上的反射镜11变为90度，成为第二 y轴方向一维层叠光束22。进而，在一维块18生成的一维层叠光束231由配置于反射镜23的反射端232与光束21接触的位置上的反射镜23变为90度，成为第三y轴方向一维层叠光束24。这样，这3个光束21、22、24在x轴方向上层叠，成为二维层叠光束25。
二维层叠光束25若由在SLOW轴方向上具有凸的曲率的柱面透镜6对SLOW方向进行压缩,并由聚光透镜7聚光，则能够在聚光点26缩短SLOW方向。在此，作为缩短SLOW方向的条件，柱面镜6的焦距需要比从聚光透镜7至最远的LD元件27的距离L长。在实施例中，柱面镜6的焦距优选为L的2倍。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。

Claims (8)

1.一种激光光源装置，其特征在于，所述系统包括：相互正交的X轴、Y轴及Z轴，利用凸透镜对位于Z轴方向上且与其平行设置的LD的激光束进行准直，将配置在所述凸透镜出口附近的棱镜反射体沿X轴方向以阶梯状排列，并将X轴方向上的各阶梯状棱镜反射体设置在比反射的激光束更低的位置的前方,多个所述X轴方向的阶梯状棱镜反射体沿Z轴方向层叠,而形成X轴方向的多重一维激光束，各X轴方向的所述多重一维激光束相平行,并以相对于Y轴方向以阶梯状排列的由反射镜组反射的各个所述一维激光束在Y轴方向以相互平行且接近的方式排列,在形成多重二维激光光束后,通过聚光透镜聚焦到一点。
2.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，通过使所述一维多重激光光束之间的距离小于由所述棱镜反射体所反射的激光光束的宽度,从而使层叠在慢轴上的所述多重一维激光束相互干涉。
3.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，在相对于Y轴方向并呈阶梯状排列的所述反射镜组与聚光透镜之间,经由具有比离聚光透镜最远的LD的位置长的焦距的柱面镜进行聚光。
4.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，以相对于Y轴方向呈阶梯状排列的所述反射镜组的各个反射镜与所述一维多重激光光束的形状相似的方式,调整所述棱镜反射体的反射端的角的位置。
5.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，平行排列的所述各一维激光束以相对于Y轴方向、端部的LD数量比中央部少的方式构成。
6.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述棱镜反射体为由上部与底面平行地切断的梯形状棱镜构成。
7.根据权利要求5所述的激光光源装置，其特征在于，所述LD为半导体激光器。
8.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述激光为蓝色半导体激光。
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