CN115185094A - 一种模块化雕刻激光器泵浦 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光器泵浦技术领域，尤其涉及一种模块化雕刻激光器泵浦，包括散热底座、盖板和设置于所述散热底座与所述盖板之间的若干个偏振合束模块，所述散热底座上还设置有反射镜安装台，所述反射镜安装台上设置有反射镜，所述散热底座的一侧设置有安装板，所述安装板上设置有聚焦透镜组件，所述偏振合束模块所发出的激光经过所述反射镜后从所述聚焦透镜组件射出。本发明能够突破偏振合束的合光瓶颈，实现两束以上的激光合束，同时也能够改进纯空间合束的光斑尺寸，因为空间合束无法实现同轴合光，会使得合光后的光斑尺寸变大，引入了偏振合束后，能将光斑尺寸减少一半。而且使得偏振合束结构模块化，大大提高了合束的自由度，可根据客户需求安装数量合适的模块，从而得到符合要求的激光输出功率。

Description

一种模块化雕刻激光器泵浦
技术领域
本发明属于激光器泵浦技术领域，尤其涉及一种模块化雕刻激光器泵浦。
背景技术
随着工业技术的发展，以激光作为加工工具的优势逐渐凸显。激光雕刻加工是利用数控技术为基础，激光为加工媒介。加工材料在激光雕刻照射下瞬间的熔化和气化的物理变性，能使激光雕刻达到加工的目的。
现有的半导体激光雕刻激光器泵浦主要利用半导体激光器二极管作为激光组件，通过透镜激光合束后在待加工材料上形成聚焦点。微控制器控制电机带动激光光源移动和控制激光光源的亮度，可以在待加工材料上形成预想光斑，从而实现切割和雕刻图案。
具体的，激光合束是将不同的芯片发出来的光束，合并到同一个方向和相近的位置输出的光束。目前雕刻激光器泵浦主流的合光技术为偏振合束，偏振合束的优点是能够将两束分离的激光合成同轴光束，但是偏振合束存在效率较低以及不能反复合束的缺点，偏振合束只能实现二合一。
有鉴于此，本发明旨在提供一种模块化雕刻激光器泵浦，其能够突破偏振合束的合光瓶颈，实现两束以上的激光合束，也能够改进纯空间合束的光斑尺寸。而且使得偏振合束结构模块化，大大提高了合束的自由度，可根据客户需求安装数量合适的模块，从而得到符合要求的激光输出功率。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种模块化雕刻激光器泵浦，其能够突破偏振合束的合光瓶颈，实现两束以上的激光合束，也能够改进纯空间合束的光斑尺寸。而且使得偏振合束结构模块化，大大提高了合束的自由度，可根据客户需求安装数量合适的模块，从而得到符合要求的激光输出功率。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种模块化雕刻激光器泵浦，包括散热底座、盖板和设置于所述散热底座与所述盖板之间的若干个偏振合束模块，所述散热底座上还设置有反射镜安装台，所述反射镜安装台上设置有反射镜，所述散热底座的一侧设置有安装板，所述安装板上设置有聚焦透镜组件，所述偏振合束模块所发出的激光经过所述反射镜后从所述聚焦透镜组件射出。
作为本发明模块化雕刻激光器泵浦的一种改进，所述偏振合束模块包括模块底座、模块安装板、设置于所述模块安装板上的第一激光二极管、第二激光二极管和设置于所述模块底座上的半波片、偏振合束片和整形柱透镜；所述第一激光二极管和所述第二激光二极管相互垂直设置，所述偏振合束片设置于所述第一激光二极管和所述第二激光二极管的延长线的交点处；所述第一激光二极管发出的激光经过所述半波片后与所述第二激光二极管发出的激光在所述偏振合束片上实现合束，再从所述整形柱透镜射出。
作为本发明模块化雕刻激光器泵浦的一种改进，所述整形柱透镜包括第一整形柱透镜和第二整形柱透镜，光束经过所述偏振合束片后依次经过所述第一整形柱透镜和第二整形柱透镜。
作为本发明模块化雕刻激光器泵浦的一种改进，所述模块底座上设置有用于固定所述半波片、所述偏振合束片和所述整形柱透镜的限位槽。
作为本发明模块化雕刻激光器泵浦的一种改进，所述模块安装板上设置有第一安装孔和第二安装孔，所述第一激光二极管通过第一二极管压盖固定于所述第一安装孔内，所述第二激光二极管通过第二二极管压盖固定于所述第二安装孔内。
作为本发明模块化雕刻激光器泵浦的一种改进，所述第一激光二极管和所述第二激光二极管均连接有PCB桥接线路板。
作为本发明模块化雕刻激光器泵浦的一种改进，所述模块安装板上还设置有安装通孔。
作为本发明模块化雕刻激光器泵浦的一种改进，所述反射镜安装台设置于所述散热底座的中心线区域，所述偏振合束模块设置于所述反射镜安装台的侧边。
作为本发明模块化雕刻激光器泵浦的一种改进，所述聚焦透镜组件包括镜筒、聚焦透镜、锁环、保护玻璃和保护窗安装筒，所述锁环将所述聚焦透镜固定于所述镜筒上，所述保护玻璃固定于所述保护窗安装筒上，且所述保护玻璃设置于所述聚焦透镜外侧。
作为本发明模块化雕刻激光器泵浦的一种改进，所述散热底座上设置有模块安装孔。
相对于现有技术，本发明的工作原理为：将集成好的偏振合束模块(如2合1模块)在散热底座上安装，通过反射镜来调整合束的光束，使得多个模块的出射光束集成到一起。自由空间内模块的组合应用可根据对激光输出功率的需求，选择适量的模块来合束。
本发明能够突破偏振合束的合光瓶颈，实现两束以上的激光合束，同时也能够改进纯空间合束的光斑尺寸，因为空间合束无法实现同轴合光，会使得合光后的光斑尺寸变大，引入了偏振合束后，能将光斑尺寸减少一半。而且使得偏振合束结构模块化，大大提高了合束的自由度，可根据客户需求安装数量合适的模块，从而得到符合要求的激光输出功率。
附图说明
图1是本发明实施例1的分解结构示意图。
图2为本发明实施例1的立体结构示意图。
图3为本发明的实施例1俯视结构示意图。
图4为本发明的实施例1激光光线图。
图5为本发明实施例1中偏振合束模块的分解结构示意图。
图6为本发明实施例1中偏振合束模块的立体结构示意图。
图7为本发明实施例1中偏振合束模块的俯视结构示意图。
图8为本发明实施例1中偏振合束模块的激光光线图。
图9为本发明实施例2的俯视结构示意图。
图10为本发明实施例3的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面将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、完整的描述，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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围内。
实施例1
如图1至图8所示，本发明提供了一种模块化雕刻激光器泵浦，包括散热底座1、盖板2和设置于散热底座1与盖板2之间的若干个偏振合束模块3，散热底座1上还设置有反射镜安装台4，反射镜安装台4上设置有反射镜5，散热底座1的一侧设置有安装板6，安装板6上设置有聚焦透镜组件7，偏振合束模块3所发出的激光经过反射镜5后从聚焦透镜组件7射出。
其中，散热底座1的作用为固定偏振合束模块3并给其散热，同时还可以固定光学元件(如反射镜5等)；散热底座1与盖板2共同形成光学腔体，盖板2可以密封该光学腔体，避免灰尘进入光学腔体内污染光学元件。偏振合束模块3可以实现多束光线的合一，反射镜5通过反射作用，可以将若干独立的光束集成到一起，将多条宽光束收敛成近似一条的窄光束，聚焦透镜组件7可以将合束的激光光束聚焦到靶面上，形成高能量密度的点光斑。
本实施例中，偏振合束模块3为八个，反射镜5的两侧各四个，每个偏振合束模块3为二合一模块，因此，本实施例为16合1雕刻激光器泵浦。
使用时，将八个集成好的2合1偏振合束模块3安装在散热底座1上，通过反射镜5来调整合束的光束，使得多个模块的出射光束集成到一起。自由空间内模块的组合应用可根据对激光输出功率的需求，选择适量的模块来合束。
其中，偏振合束模块3包括模块底座31、模块安装板32、设置于模块安装板32上的第一激光二极管33、第二激光二极管34和设置于模块底座3上的半波片35、偏振合束片36和整形柱透镜37；第一激光二极管33和第二激光二极管34相互垂直设置，偏振合束片36设置于第一激光二极管33和第二激光二极管34的延长线的交点处；第一激光二极管33发出的激光经过半波片35后与第二激光二极管34发出的激光在偏振合束片36上实现合束，再从整形柱透镜37射出。
第一激光二极管33、第二激光二极管34用于出射激光，半波片35可以改变激光偏振态，偏振合束片36可以将两种不同偏振态的激光合在一起，整形柱透镜37用于对光束进行整形，使得快轴和慢轴对称。
偏振合束模块3的工作原理为：用半波片35改变第一激光二极管33的偏振态，使得第一激光二极管33、第二激光二极管34的激光能在偏振合束片36处实现合束，再通过整形柱透镜37整形光束，得到理想的快轴慢轴对称的窄光束，将上述一套光路集成为一个偏振合束模块3。该模块能在自由空间台上做空间合束，大大提高了合束的自由度以及合束组装的效率。
整形柱透镜37包括第一整形柱透镜371和第二整形柱透镜372，光束经过偏振合束片36后依次经过第一整形柱透镜371和第二整形柱透镜372，得到理想的快轴慢轴对称的窄光束。
模块底座上31设置有用于固定半波片35、偏振合束片36和整形柱透镜37的限位槽。
模块安装板32上设置有第一安装孔321和第二安装孔322，第一激光二极管33通过第一二极管压盖38固定于第一安装孔321内，第二激光二极管34通过第二二极管压盖39固定于第二安装孔322内。以上二极管压盖还能够给激光二极管散热。
第一激光二极管33和第二激光二极管34均连接有PCB桥接线路板30，将第一激光二极管33和第二激光二极管34的管脚焊接在PCB桥接线路板30，使得第一激光二极管33和第二激光二极管34串联连接。
模块安装板32上还设置有安装通孔323。散热底座1上设置有模块安装孔11，从而实现偏振合束模块3与散热底座1的固定连接。
反射镜安装台4设置于散热底座1的中心线区域，偏振合束模块3设置于反射镜安装台4的侧边，可以在一侧，也可以在两侧。
聚焦透镜组件7包括镜筒71、聚焦透镜72、锁环73、保护玻璃74和保护窗安装筒75，锁环73将聚焦透镜72固定于镜筒71上，保护玻璃74固定于保护窗安装筒75上，且保护玻璃74设置于聚焦透镜72外侧。保护玻璃74可以防止灰尘进入光学腔体而污染光学元件。
本发明能够突破偏振合束的合光瓶颈，实现两束以上的激光合束，同时也能够改进纯空间合束的光斑尺寸，因为空间合束无法实现同轴合光，会使得合光后的光斑尺寸变大，引入了偏振合束后，能将光斑尺寸减少一半。而且使得偏振合束结构模块化，大大提高了合束的自由度，可根据客户需求安装数量合适的模块，从而得到符合要求的激光输出功率。
本发明的工作原理为：第一激光二极管33和第二激光二极管34同时点亮，第一激光二极管33和第二激光二极管34经过半波片35后到达偏振合束片36，同时，第二激光二极管34经过偏振合束片36，从而将第一激光二极管33的光和第二激光二极管34的光合成一束(第一束激光)，再从第一整形柱透镜371和第二整形柱透镜372射出；经过第一整形柱透镜371和第二整形柱透镜372整形，使得快轴慢轴对称，得到理想的快轴慢轴对称的窄光束，多个偏振合束模块3发出的窄光束再经过反射镜5的反射作用，将若干独立的光束集成到一起，将多条宽光束收敛成近似一条的窄光束，聚焦透镜72再将合束的激光光束聚焦到靶面上，形成高能量密度的点光斑。
本发明创造性地将偏振合束结构模块化，将一套二合一光路集成为一个偏振合束模块，从而可以在自由空间台上做空间合束，大大提高了合束的自由度以及合束组装的效率。
实施例2
如图9所示，与实施例1不同的是，偏振合束模块3的数量为六个，即本实施例为12合1雕刻激光器泵浦。
其余同实施例1，这里不再赘述。
实施例3
如图10所示，与实施例1不同的是，偏振合束模块3的数量为四个，即本实施例为8合1雕刻激光器泵浦。
其余同实施例1，这里不再赘述。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种模块化雕刻激光器泵浦，其特征在于：包括散热底座、盖板和设置于所述散热底座与所述盖板之间的若干个偏振合束模块，所述散热底座上还设置有反射镜安装台，所述反射镜安装台上设置有反射镜，所述散热底座的一侧设置有安装板，所述安装板上设置有聚焦透镜组件，所述偏振合束模块所发出的激光经过所述反射镜后从所述聚焦透镜组件射出。
2.根据权利要求1所述的模块化雕刻激光器泵浦，其特征在于：所述偏振合束模块包括模块底座、模块安装板、设置于所述模块安装板上的第一激光二极管、第二激光二极管和设置于所述模块底座上的半波片、偏振合束片和整形柱透镜；所述第一激光二极管发出的激光经过所述半波片后与所述第二激光二极管发出的激光在所述偏振合束片上实现合束，再从所述整形柱透镜射出。
3.根据权利要求2所述的模块化雕刻激光器泵浦，其特征在于：所述第一激光二极管和所述第二激光二极管相互垂直设置，所述偏振合束片设置于所述第一激光二极管和所述第二激光二极管的延长线的交点处。
4.根据权利要求2所述的模块化雕刻激光器泵浦，其特征在于：所述整形柱透镜包括第一整形柱透镜和第二整形柱透镜，光束经过所述偏振合束片后依次经过所述第一整形柱透镜和第二整形柱透镜。
5.根据权利要求2所述的模块化雕刻激光器泵浦，其特征在于：所述模块底座上设置有用于固定所述半波片、所述偏振合束片和所述整形柱透镜的限位槽；所述模块安装板上设置有第一安装孔和第二安装孔，所述第一激光二极管通过第一二极管压盖固定于所述第一安装孔内，所述第二激光二极管通过第二二极管压盖固定于所述第二安装孔内。
6.根据权利要求2所述的模块化雕刻激光器泵浦，其特征在于：所述第一激光二极管和所述第二激光二极管均连接有PCB桥接线路板。
7.根据权利要求2所述的模块化雕刻激光器泵浦，其特征在于：所述模块安装板上还设置有安装通孔。
8.根据权利要求1所述的模块化雕刻激光器泵浦，其特征在于：所述反射镜安装台设置于所述散热底座的中心线区域，所述偏振合束模块设置于所述反射镜安装台的侧边。
9.根据权利要求1所述的模块化雕刻激光器泵浦，其特征在于：所述聚焦透镜组件包括镜筒、聚焦透镜、锁环、保护玻璃和保护窗安装筒，所述锁环将所述聚焦透镜固定于所述镜筒上，所述保护玻璃固定于所述保护窗安装筒上，且所述保护玻璃设置于所述聚焦透镜外侧。
10.根据权利要求2所述的模块化雕刻激光器泵浦，其特征在于：所述散热底座上设置有模块安装孔。
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