CN114994927A - 一种用于半导体激光器的光学整形方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于半导体激光器的光学整形方法及系统，所述方法包括：将标定有光斑标准刻度的指示板设置在某一固定位置上；利用整形透镜组对半导体激光器的某一激光芯片发出的光束进行整形，并调整整形透镜组的空间位置，以使整形光斑显示在指示板上且与光斑标准刻度相一致；对整形透镜组进行固化，以锁定当前激光芯片对应的透镜组的空间位置，完成该芯片的光束整形；重复上述步骤，直至完成半导体激光器所有激光芯片的光束整形，以得到所需光学光斑。本发明提供的光学整形方法可通过一台设备实现多种光斑需求的定制，能够满足各种光斑需求的光学整形，且系统成本低，工作效率高。

Description

一种用于半导体激光器的光学整形方法及系统

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种用于半导体激光器的光学整形方法及系统。

背景技术

半导体激光器又称激光二极管，其由于具有体积小、寿命长、效率高、价格低等优点，易被广泛应用在通信、工业、军事、医疗等各个领域。尤其是近年来，随着医美行业的兴起，高功率半导体激光器在该行业的应用也越来越普及。相应的，对于激光光束的质量也提出了更高的要求。

高功率半导体激光器主要由半导体芯片组成。由于半导体激光芯片的固有属性，其出光存在发散角(其中，快轴发散角一般为28～37°，慢轴发散角一般为8～12°)，因此，产生的光束存在高斯分布，达不到日益增长的对于均匀光束质量的要求。由于发散角是半导体激光芯片的固有属性，无法从本身结构去调整其满足应用的出射发光角度，既而需要外界的光学组合将其进行压缩改变其光路，来实现光束整形的目的。

现有技术通常采用模块拆分法、光纤显微镜目视法、以及平行光耦合法来实现光学整形。其大都是通过对光路进行模拟和计算，然后通过精度等方式进行光斑控制，以满足光斑需求的。

然而，现有的光学整形方法不能在一台设备上实现多种需求光斑的定制，无法满足医美行业高功率器件的各种光斑需求的光学整形。此外，现有的光学整形方法采用的设备成本较高，且部分光束整形仅通过理论计算控制光斑，加之由于用户端需求的多样性，使得光路计算过程更为复杂，从而导致工作效率低下。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于半导体激光器的光学整形方法及系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种用于半导体激光器的光学整形方法，包括：

将标定有光斑标准刻度的指示板设置在某一固定位置上；其中，所述光斑标准刻度是根据系统焦点位置及其在该固定位置需要的光斑大小标定的；

利用整形透镜组对半导体激光器的某一激光芯片发出的光束进行整形，并调整所述整形透镜组的空间位置，以使整形光斑显示在所述指示板上且与所述光斑标准刻度相一致；

对所述整形透镜组进行固化，以锁定当前激光芯片对应的透镜组的空间位置，完成该芯片的光束整形；

重复上述步骤，直至完成所述半导体激光器所有激光芯片的光束整形，以得到所需光学光斑。

在本发明的一个实施例中，利用整形透镜组对半导体激光器的某一激光芯片发出的光束进行整形，并调整所述整形透镜组的空间位置，以使整形光斑显示在所述指示板上且与所述光斑标准刻度相一致，包括：

将半导体激光器发出的光束通过准直透镜组进行准直整形以得到平行光束；

对所述平行光束进行部分遮挡，以在所述指示板上形成某一激光芯片对应的整形光斑；

调整所述准直透镜组的空间位置，以使该整形光斑的形貌与所述指示板上相应位置的光斑标准刻度一致。

在本发明的一个实施例中，将半导体激光器发出的光束通过准直透镜组进行准直整形以得到平行光束，包括：

将半导体激光器发出的光束通过若干FAC透镜，得到平行光束。

在本发明的一个实施例中，对所述平行光束进行部分遮挡，以在所述指示板上形成某一激光芯片对应的整形光斑，包括：

采用单缝遮光板将所述平行光束中暂时不需要整形的光束进行遮挡，仅使需要整形的激光芯片对应的光束通过，以在所述指示板上形成该激光芯片对应的整形光斑。

在本发明的一个实施例中，对所述整形透镜组进行固化包括：

对所述整形透镜组进行点胶操作以预固化该整形透镜组；

将预固化后的整形透镜组移动至预设位置，并根据光斑形貌对其位置进行微调整；其中所述预设位置为使所述整形光斑与所述指示板上的光斑标准刻度相一致时整形透镜组所处的空间位置；

对经过微调整之后的整形透镜组进行固化。

本发明的另一个实施例提供了一种用于半导体激光器的光学整形系统，包括：激光模块，沿光路依次设置的整形透镜组、单缝遮光板、标定有光斑标准刻度的指示板，以及用于设置指示板位置的位置标定装置、空间位置可调的检测装置和固化装置；其中，所述指示板可拆卸的设置在所述位置标定装置上，且可沿所述位置标定装置移动。

在本发明的一个实施例中，所述整形透镜组设置在六轴光学调整架上，以便于根据整形光斑的形貌对所述整形透镜组的各个透镜进行空间位置调整，并在所述整形光斑的形貌与所述指示板上相应位置的光斑标准刻度一致时，对透镜组进行固化；其中，所述光斑标准刻度是根据系统焦点位置及其在某一固定位置需要的光斑大小标定的。

在本发明的一个实施例中，所述整形透镜组包括若干FAC透镜。

在本发明的一个实施例中，所述单缝遮光板内部设有水冷散热循环系统。

在本发明的一个实施例中，所述指示板采用经过黑色阳极化后的铝合金板制作而成。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的用于半导体激光器的光学整形方法通过标定有光斑标准刻度的指示板来显示光学整形过程的光斑形貌，并通过形貌调节最终实现所需要的光学光斑，该方法可通过一台设备实现多种光斑需求的定制，能够满足医美行业高功率器件的各种光斑需求的光学整形；

2、本发明提供的用于半导体激光器的光学整形方法提高了工作效率；

3、本发明提供的用于半导体激光器的光学整形系统采用简单的光学器件，使得系统整体成本较低；

4、本发明的整个光束整形过程均在可视化下完成，给光学整形带来极大的方便和确定性。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于半导体激光器的光学整形方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的用于半导体激光器的光学整形系统结构框图；

图3是本发明实施例提供的一种用于半导体激光器的光学整形系统结构示意图；

图4是图3的仰视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1是本发明实施例提供的用于半导体激光器的光学整形方法的流程示意图，包括以下步骤：

S1：将标定有光斑标准刻度的指示板设置在某一固定位置上；其中，光斑标准刻度是根据系统焦点位置及其在该固定位置需要的光斑大小标定的。

在本实施例中，指示板可采用通过黑色阳极化后的铝合金板制成。具体地，可以按照某种距离上所需的光斑尺寸，定制此处光斑大小的标准刻度。例如100mm空间中心轴线位置需求10*10mm光斑，通过模拟进行焦点寻求空间位置，假设焦点在60mm位置，则制作出60mm位置光路的光斑大小。

此外，还可根据需求，定制其他不同形状的光斑。

在实际当中，如果需要将激光器整形至60mm处的标准光斑，相应地，则可将指示板设置在60mm位置处。

S2：利用整形透镜组对半导体激光器的某一激光芯片发出的光束进行整形，并调整整形透镜组的空间位置，以使整形光斑显示在指示板上且与光斑标准刻度相一致。

进一步地，步骤S2包括：

S21：将半导体激光器发出的光束通过准直透镜组进行准直整形以得到平行光束。

一般而言，FAC(快轴准直)和SAC(慢轴准直)两种透镜，均可以将半导体芯片的出射光发散角改变，通过不同的透镜尺寸和技术参数，进行空间耦合，最终实现所需要的光束。

在本实施例中，选取FAC透镜以对激光芯片发出的光束进行整形，以得到平行光。

S22：对平行光束进行部分遮挡，以在指示板上形成某一激光芯片对应的整形光斑。

具体地，本实施例采用单缝遮光板将平行光束中暂时不需要整形的光束进行遮挡，仅使需要整形的激光芯片对应的光束通过，以在指示板上形成该激光芯片对应的整形光斑。

S23：调整准直透镜组的空间位置，以使该整形光斑的形貌与指示板上相应位置的光斑标准刻度一致。

具体地，通过对准直透镜组各个透镜空间位置的调整，使得整形后的光斑形貌与指示板上标定的光斑标准刻度一致，则说明当前位置即为满足要求的透镜位置。

S3：对整形透镜组进行固化，以锁定当前激光芯片对应的透镜组的空间位置，完成该芯片的光束整形，具体包括：

S31：对整形透镜组进行点胶操作以预固化该整形透镜组。

本实施例在对整形透镜组进行固化之前，需要利用光学胶对其进行预先固化，以便方后续位置微调。

具体预固化过程如下：

首先对步骤S2得到的透镜组的空间位置上设置若干点胶点，然后对设置的点胶点进行初步的点胶操作，接着利用UV固化灯对点的胶水预固化30s。

进一步地，观察光斑是否符合要求，同时观察胶量是否饱满，若不饱满则进行补胶，再进行30s预固化操作。

至此，完成对整形透镜组的预固化操作。

S32：将预固化后的整形透镜组移动至预设位置，并根据光斑形貌对其位置进行微调整；其中预设位置为使整形光斑与指示板上的光斑标准刻度相一致时整形透镜组所处的空间位置。

S33：采用固化灯对经过微调整之后的整形透镜组进行固化。

具体地，本实施例采用UV固化灯对整形透镜组进行固化操作。

至此，完成了半导体激光器其中一个芯片的光学整形。

S4：重复上述步骤，直至完成半导体激光器所有激光芯片的光束整形，以得到所需光学光斑。

由于半导体激光器大都包括多个激光芯片，若要得到所需的集合光斑，则需对每个激光芯片逐一进行整形，经过多组操作之后得到所需的光学光斑。

具体地，本实施例通过单缝遮光板遮挡其余激光芯片发出的光束，仅使当前需要整形的激光芯片对应的光束通过，并在指示板上显示该激光芯片对应的整形光斑，并通过调整透镜位置完成当前需要整形的激光芯片的整形。然后改变遮光部位，以对其他激光芯片逐一进行整形，直至完成所有激光芯片的整形，得到所需的集合光斑。

本实施例提供的用于半导体激光器的光学整形方法通过标定有光斑标准刻度的指示板来显示光学整形过程的光斑形貌，并通过形貌调节最终实现所需要的光学光斑，该方法可通过一台设备实现多种光斑需求的定制，在满足医美行业高功率器件的各种光斑需求的光学整形的同时，还提高了工作效率。

实施例二

在上述实施例一的基础上，本实施例提供了一种用于半导体激光器的光学整形系统。本实施例提供的用于半导体激光器的光学整形系统可实现上述实施例一提供的半导体激光器的光学整形方法。

请参见图2，图2是本发明实施例提供的用于半导体激光器的光学整形系统结构框图，其包括：

激光模块1，沿光路依次设置的整形透镜组2、单缝遮光板3、标定有光斑标准刻度的指示板4，以及用于设置指示板位置的位置标定装置5，空间位置可调的检测装置6和固化装置7；其中，指示板4可拆卸的设置在位置标定装置5上，且可沿位置标定装置5移动。

进一步地，整形透镜组2设置在六轴光学调整架上，以便于根据整形光斑的形貌对整形透镜组2的各个透镜进行空间位置调整，并在整形光斑的形貌与指示板上相应位置的光斑标准刻度一致时，对透镜组进行固化；其中，光斑标准刻度是根据系统焦点位置及其在某一固定位置需要的光斑大小标定的。

在本实施例中，整形透镜组2包括若干FAC透镜，指示板4采用经过黑色阳极化后的铝合金板制作而成。

此外，本实施例提供的单缝遮光板3内部设有水冷散热循环系统，以及时对单缝遮光板进行散热，保证了系统的工作时长。

在本实施例中，位置标定装置5可以是游标尺，检测装置6可以是检测摄像机，以对光学整形过程进行检测，固化装置7可以是UV固化灯，以对透镜组进行固化。

具体地，本实施例还提供了一种用于半导体激光器的光学整形系统的具体实现结构。请参见图3和图4，图3是本发明实施例提供的一种用于半导体激光器的光学整形系统结构示意图，图4是图3的仰视图，其中，检测装置和固化装置图中未示出。

具体地，该光学整形系统的工作过程如下：

1、将已经标定好光斑标准刻度的指示板安放在游标尺上，并确定好位置，固定好指示板；

2、将需要整形的激光器安装在激光模块位置，并通水通电，通过电控模式控制频率HZ、低电流等系统参数。

此处，将系统故闪烁频率调整到60HZ，其会产生连续的目视效果，便于更好的观察光斑及光学整形过程。

3、将FAC透镜组放置在六轴光学调整架上，并置于激光器后面，调整好所有的摄像机检测视角和UV固化灯空间位置，通电检测所有检测仪器正常工作；

4、将单缝遮光板设置于FAC透镜组后面，并调整遮光位置，仅使需要整形的激光芯片发出的光束通过。

5、调整FAC透镜的空间位置，目视指示板，会观察到红色的荧光(其余暂时不需要整形的激光被黑色的单缝遮光板吸收了)；按照预先设定好的光斑尺寸，调整FAC透镜的空间位置，使指示板上的光斑形貌满足指示板上标定的大小。

6、退出FAC，进行点胶动作，点完胶水，再将FAC进给到前一步设定的位置，然后观察光斑进行微调整；

7、开启UV固化灯，按照预设的参数进行固化，完成预固化后退出；

8、夹持下一组FAC并重复上述步骤，直至完成其他激光芯片的整形要求。

本实施例提供的用于半导体激光器的光学整形系统采用简单的光学器件，使得系统整体成本较低。此外，其整个光束整形过程均在可视化下完成，给光学整形带来极大的方便和确定性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于半导体激光器的光学整形方法，其特征在于，包括：

将标定有光斑标准刻度的指示板设置在某一固定位置上；其中，所述光斑标准刻度是根据系统焦点位置及其在该固定位置需要的光斑大小标定的；

利用整形透镜组对半导体激光器的某一激光芯片发出的光束进行整形，并调整所述整形透镜组的空间位置，以使整形光斑显示在所述指示板上且与所述光斑标准刻度相一致；

对所述整形透镜组进行固化，以锁定当前激光芯片对应的透镜组的空间位置，完成该芯片的光束整形；

重复上述步骤，直至完成所述半导体激光器所有激光芯片的光束整形，以得到所需光学光斑。

2.根据权利要求1所述的用于半导体激光器的光学整形方法，其特征在于，利用整形透镜组对半导体激光器的某一激光芯片发出的光束进行整形，并调整所述整形透镜组的空间位置，以使整形光斑显示在所述指示板上且与所述光斑标准刻度相一致，包括：

将半导体激光器发出的光束通过准直透镜组进行准直整形以得到平行光束；

对所述平行光束进行部分遮挡，以在所述指示板上形成某一激光芯片对应的整形光斑；

调整所述准直透镜组的空间位置，以使该整形光斑的形貌与所述指示板上相应位置的光斑标准刻度一致。

3.根据权利要求2所述的用于半导体激光器的光学整形方法，其特征在于，将半导体激光器发出的光束通过准直透镜组进行准直整形以得到平行光束，包括：

将半导体激光器发出的光束通过若干FAC透镜，得到平行光束。

4.根据权利要求2所述的用于半导体激光器的光学整形方法，其特征在于，对所述平行光束进行部分遮挡，以在所述指示板上形成某一激光芯片对应的整形光斑，包括：

采用单缝遮光板将所述平行光束中暂时不需要整形的光束进行遮挡，仅使需要整形的激光芯片对应的光束通过，以在所述指示板上形成该激光芯片对应的整形光斑。

5.根据权利要求1所述的用于半导体激光器的光学整形方法，其特征在于，对所述整形透镜组进行固化包括：

对所述整形透镜组进行点胶操作以预固化该整形透镜组；

将预固化后的整形透镜组移动至预设位置，并根据光斑形貌对其位置进行微调整；其中所述预设位置为使所述整形光斑与所述指示板上的光斑标准刻度相一致时整形透镜组所处的空间位置；

对经过微调整之后的整形透镜组进行固化。

6.一种用于半导体激光器的光学整形系统，其特征在于，包括：激光模块(1)，沿光路依次设置的整形透镜组(2)、单缝遮光板(3)、标定有光斑标准刻度的指示板(4)，以及用于设置指示板(4)位置的位置标定装置(5)、空间位置可调的检测装置(6)和固化装置(7)；其中，所述指示板(4)可拆卸的设置在所述位置标定装置(5)上，且可沿所述位置标定装置(5)移动。

7.根据权利要求6所述的用于半导体激光器的光学整形系统，其特征在于，所述整形透镜组(2)设置在六轴光学调整架上，以便于根据整形光斑的形貌对所述整形透镜组(2)的各个透镜进行空间位置调整，并在所述整形光斑的形貌与所述指示板(4)上相应位置的光斑标准刻度一致时，对透镜组进行固化；其中，所述光斑标准刻度是根据系统焦点位置及其在某一固定位置需要的光斑大小标定的。

8.根据权利要求6所述的用于半导体激光器的光学整形系统，其特征在于，所述整形透镜组(2)包括若干FAC透镜。

9.根据权利要求6所述的用于半导体激光器的光学整形系统，其特征在于，所述单缝遮光板(3)内部设有水冷散热循环系统。

10.根据权利要求6所述的用于半导体激光器的光学整形系统，其特征在于，所述指示板(4)采用经过黑色阳极化后的铝合金板制作而成。

Images