CN116171516A - 紧凑型激光头 - Google Patents

Abstract

一种用于高功率光纤激光系统的激光头具有设置有底部的5mm至10mm高的壳体。所述壳体包围输入准直器组件，所述输入准直器组件以基频和2kW的最大功率对单模泵浦光进行准直。所述壳体还包住接收经准直的泵浦光的多级联非线性频率转换器，以便将基频转换成其较高阶谐波，其中，较高频率的经转换的光具有1kW的最大功率。封装在所述壳体中的是安装在所述壳体中的电子和导光光学部件。所述壳体的所述底部是电光印刷电路板(EO PCB)，所述电光印刷电路板在相应的指定位置处直接支撑所述输入准直器组件、多级联非线性频率转换器、电子和光学部件。

Description

紧凑型激光头

公开背景

技术领域

本发明涉及在可见光谱中操作的高功率激光器。特别地，本发明涉及一种用于上述类型的激光器的微型且成本有效的激光头。

背景技术

可见光通常被定义为具有在近红外(具有较长波长)和紫外(具有较短波长)之间的范围内的波长。传统上，利用可见光的工业激光应用包括但不限于医药、材料加工、科学和消费品。随着激光行业随着变频(即，频率转换)方案中使用的新型非线性晶体的可用性不断成熟，产生可见光的激光器不断找到新的应用，诸如红绿蓝(RGB)光引擎。

存在数种激光器类型来输出可见的发射。一种类型包括短波长半导体激光二极管。另一种类型的已知装置以各种气体激光器为代表。另一种类型的固态激光器基于非线性频率转换，其涉及产生基频的二阶和更高阶谐波，或者利用和频以及参数振荡来获得期望的频率。在本发明的范围内，特别关注利用非线性频率转换方案的固态激光器，诸如光纤激光器。然而，正如激光领域的普通技术人员所了解的，本发明的主要方面适用于需要频率转换的其它固态激光器。

图1示出了利用非线性转换技术的一组光纤激光器10。每个激光器10包括连续波(CW)、准连续波(QCW)、或输出红外(IR)泵浦光的脉冲泵浦源12，例如，输出介于约1030nm与1120nm之间的1μm基波波长范围内的红外泵浦光。所产生的IR泵浦光还通过耦合到激光头16的传输光纤14传播。所述激光头配置有产生可见激光输出的频率转换器。

整体并入本文的美国专利10,008,819公开了一种示例性QCW激光器，其通过利用拉曼转换器和频率转换方案的组合来产生615nm、635nm和更长波长的红光。拉曼转换器包括拉曼光纤，所述拉曼光纤设置有由一对或几对(级联)光纤布拉格光栅组成的腔。如普通技术人员已知的，拉曼转换器提供从光纤的拉曼增益光谱内的泵浦光的基频的波长偏移。当经拉曼偏移的基频的泵浦光被频率转换器(诸如安装在激光头上的二阶谐波发生器(SHG))转换成红色输出光时。

与在可见光谱范围内操作的光纤激光器相关联的激光头16是本公开的主题。紧凑性、自动化、成本效益、清洁度、光学效率以及相对于机械和热载荷的稳定性都是激光头的基本特征。每个单独的特性由一个或更多个特定的部件来限定。通常，改善其中一个特性可能会对其它特性产生不利影响。因此，激光头的操作的改进需要一种集成方法，该方法需要对多个激光头部件进行修改，如激光头16的以下发展历史所例示的。

图2示出配置成输出红光的示例性激光头16，但是激光领域的普通技术人员容易认识到，在有或没有微不足道的变化的情况下，所示出的配置将与在可见光谱的任何区域中操作的任何光纤激光器相关。例如，可以省略拉曼转换器，因为除了SHG之外，频率发生器还可以利用各种非线性效应。例如，非线性光学过程可以包括和频率以及确定相应的光学原理图的其它技术，如激光领域的普通技术人员所熟知的。

激光头16的结构包括光学、光纤相关和电气/电子部件的组合，所有部件都安装在激光头的壳体的底部18上。传输光纤14延伸穿过光纤连接器30进入激光头16的内部，在该内部，光纤的远端由输入准直器组件或物镜32接收。

根据图2并转向图3，输入准直器组件32设置有多个元件，其中一个元件是由石英制成并熔合到远侧光纤端的端块34。端块34使对远侧光纤端的损坏最小化，并在一定程度上降低了束的功率密度。然后，经扩展的泵浦束在自由空间上传播，并在准直器36中被准直。

经准直的泵浦束与包括上游和下游非线性光学晶体(NLO)38(诸如三硼酸锂(LBO))的频率转换方案40(图2)相互作用。随着泵浦光传播通过上游NLO 38，拉曼位移的基频被加倍。在倍频下产生的光和泵浦光的未转换部分首先入射在1/2波片41上，所述1/2波片41调节入射的红色和IR光的偏振。束被进一步引导通过下游NLO 38，通过与剩余的泵浦光相互作用，以双倍的频率产生额外的经转换的光。分色镜(即，二向色镜)42在光谱上分离经转换的和剩余的IR泵射束，所述经转换的和剩余的IR泵射束通过相应的输出端口44、46与头部16进一步分离。

基于前述内容，输入准直器组件或物镜32，如图3中示出的，除了端块34之外，还包括保持器45和准直器36。准直器组件32的配置庞大，并且因此有助于激光头16的大占地面积。激光头16的整体大占地面积的另一个主要原因是包括非线性晶体38、相应的晶体保持器组件和引导光学器件的频率转换方案。

激光头16的小型化始于用具有较小芯部直径的光纤替换输入光纤14，这导致单模(SM)泵浦光的束直径减小。减小的束直径为使用小型化光学部件提供了可能性。然而，减小的束直径增加了IR泵浦光功率密度或强度(I)，所述IR泵浦光功率密度或强度是功率(P)(以瓦特(W)为单位)与束截面积的比率(I＝W/cm²)。光的功率密度越高，NLO 36的光学效率越高。因此，减小的束直径提高了紧凑性和频率转换效率。然而，在1μm波长范围内期望的波长下SM IR泵浦光的功率密度增加也会在达到约2kW或更高的高IR最大泵浦光功率时产生问题。

在低于例如100W的相对低的IR功率下，当泵浦光从端块34背反射时，它没有或几乎没有环境危害。然而，只要SM泵在上述IR功率范围内操作，所有这些都以高功率密度变化。实际上，高密度光引起了相当多的不可预见的结构问题，如下文所描述的。

例如，当经拉曼偏移的波长的高功率IR泵浦光从端块34背反射时，它被耦合到光纤14的包层中。在二氧化硅包层中引导，背反射的光倾向于从其分离并损坏包层周围的聚合物保护涂层，这使光纤容易受到环境危害的影响。由于激光源继续工作，升高的温度即高温可能会对暴露的光纤造成特别危险的影响。最终，光纤会被烧毁并被完全破坏。处理包层模并且被称为包层模剥离器或模滤波器的典型机构由折射率高于或类似于二氧化硅的硅制成。然而，当单独使用时，模滤波器的有效性在期望的高功率密度下值得怀疑。

此外，随着激光操作期间温度的升高，包层的折射率最终等于模滤波器的折射率。结果，背反射光不是从包层解耦到模滤波器中，而是在包层中朝向壳体的输入端口传播通过滤波器，光纤连接器30通过所述输入端口延伸到激光头16中。典型地，存在于光纤连接器30周围的输入端口中的间隙通过环氧树脂密封，使得壳体的内部接近密封。当高功率背反射光入射到环氧树脂上时，由于其对高温的抵抗力较低，因此会受到损害并可能燃烧。结果，经封装的光纤可能容易损坏，并且激光头的内部被暴露于周围环境，这通常导致非常不期望的后果。此外，实验激光头中的高光功率密度及其相关的高温导致胶水排出化学物质逐渐变脏并最终破坏光学部件。显然，与现有的准直器组件相关联的所有上文论述的问题，所述准直器组件位于已知的激光头的输入处，并且需要对相应的准直器组件在激光头的输出处进行校正。

与基于拉曼转换器的红色激光器相比，IR输入和输出(清除)准直器组件的另一个问题与产生可见光谱中的其它波长的激光器更相关。期望在宽波长范围内输出红光。例如，图1的泵12可以输出1060±5nm泵浦波长的光。SM光纤拉曼转换器可以引起例如覆盖非常宽的波长范围的泵浦光的一阶、二阶、三阶和四阶频率斯托克斯位移。典型地，“良好的”抗反射(AR)涂层反射小于3％的入射光，并且即使这样，其光学有效性也是可疑的。因此，需要一种能够有效覆盖几百纳米光谱范围的改进的AR结构。

图4A至图4C示出处于高级开发阶段之一的示例性激光头16，突出了与频率转换组件(更具体地，与晶体保持器组件50)相关的一系列问题。晶体保持器组件50包括热电冷却器(TEC)52和电阻温度检测器(RDT)，诸如由光学实验台或光具座20、C形支架54和L形护套56支撑的热敏电阻(未示出)。护套56和支架54被配置成通过弹簧60将晶体38保持在适当的位置。螺钉58(图4B)将护套56刚性地连接到支架54。整个组件被安装在激光头壳体的底部18(图4A)上。支架54和护套56的具体形状和配置可以变化，但是这些元件与相对较厚的底部18与光学实验台20的组合使得组件50太大、太高和太重。图4的完全组装好的激光头16的尺寸(W×L×H)mm对应于相应的(105至115)×(215至220)×(60至75)mm。虽然这些尺寸可以从一种类型的转换方案到另一种类型并且根据IR源参数而变化，但是尽管图4C的激光头以减小的IR束直径进行操作但是上文公开的激光头16的占地面积是非常典型的。重申本公开试图解决的问题之一，需要减少频率转换组件的占地面积和重量。

壳体底部18、光学实验台20和晶体护套54全部由铜(Cu)制成。以均匀的热膨胀系数(CTE)为特征的材料均匀性有助于在操作期间最小化多个部件相对于彼此的不可避免的位移。然而，其它激光头的元件，诸如TEC 52、LBO晶体38(图2)和其它元件，具有与Cu不同的相应的CTE。TEC 52连续地调整晶体38的温度。在红光产生期间冷却LBO晶体38或在绿光产生期间加热LBO晶体38是必要的，因为均匀(恒定)的温度是有效频率转换的先决条件。LBO晶体对高温具有特殊的反应——它不仅沿其两个轴线不同地膨胀，而且还倾向于沿第三轴线收缩。

LBO 38的膨胀和收缩导致其相对于晶体保持器组件50的其它部件的位移，因为其CTE不同于所有Cu部件和TEC 52的CTE。组件部件的位移导致能够使晶体38变形的热载荷增加，这降低了其转换效率并且通常需要更换晶体38。

为了在某种程度上最小化TEC 52与晶体18之间的CTE失配，晶体保持器组件50(图4A)使用C形支架54，所述C形支架54被配置成防止TEC 52与晶体38之间的直接接触，如图4A和图4B中示出的。支架54与底部18和光学实验台20一起使组件50变高，并且因此，当该组件使用时机械上不稳定。为了最小化不期望的不稳定性，晶体保持器组件50利用螺钉58和弹簧60(图4B)，所述螺钉和弹簧将C形护套56相对于晶体38可靠地固定。板62(其显然是有助于整个组件的高度的另一元件)被放置在晶体与紧固件之间，以便使由螺钉58对晶体产生的弯矩引起的晶体38的变形最小化。晶体38与护套56之间的这种相对刚性的连接是不期望的，因为晶体在温度波动期间应该“呼吸”。刚性地限制其膨胀可能是晶体失效的原因。基于前述内容，很明显，CTE失配应该被最小化，这可以通过为具有基本上闭合的相应的CTE的组件部件仔细地选择材料来实现。基于前述内容，应该改变所有组装部件的配置，以便减小激光头的占地面积，特别强调头16的高度。

传统上，激光头封装过程包括将与光纤相关的光学和电气部件彼此分开组装。只有在这些组件群被组装之后，激光头16的封装才开始。例如，TEC 52与外部电源之间的电线侵入激光头的内部并手动地连接到TEC。这种分解的组装方法太耗时，在大规模生产中不具有成本效益。

此外，如图4A至图4C中图示的，Cu底部18和光学实验台20一起限定略小于激光头16的高度的一半。考虑到激光头16的大量生产，使用薄的基部部件来替代底部18和光学实验台20将是非常有利的。此外，薄的基部/实验台部件应该被配置为消除激光头16的手动封装。

因此，需要配置有轻质、紧凑型激光头的高功率可见光激光器，其中：

电光印刷电路板(EO PCB)在功能上和结构上取代了已知激光头的壳体底部和光学实验台，并便于本发明的激光头的自动组装，

输入准直器组件具有简单的配置，从而防止经背反射的光损害激光头的内部的接近密封状态；并且

晶体保持器组件配置有轻质且紧凑的结构，所述结构被配置成容纳具有不同CTE的各种部件，以便最小化LBO晶体上的热应力。

发明内容

通过设置有IR光源和激光头的模块化可见光纤激光器来满足这些需求，所述激光头配置有频率转换器。公开了与相应的激光头部件相关的几个结构方面以及解决上文列举的各个问题。每个方面都单独地包括一个或更多个特征，这些一个或更多个特征单独地或以与相同的和其它方面的其它特征任意组合的方式有助于小型化、轻质、自动化友好的和成本效益高的激光头。

根据一个方面，本发明的激光头配置有电光印刷电路板(EO PCB)，所述电光印刷电路板由陶瓷制成、被金属化层覆盖、并且设置有用于相应的光学和电气部件的电气路径和精确指定位置。因此，EO PCB既可以用作激光头的支撑基部或底部，也可以用作光学实验台。它被用作相互堆叠的大型Cu壳体底部和Cu光学实验台的替代。薄的、轻量的EO PCB减少了所公开的激光头的占地面积和重量，并且对于激光头的组装过程的自动化是重要的。

EO PCB支撑由科瓦铁镍钴合金(Kovar)或铝(Al)制成的框架，并且通常沿EO PCB的边缘延伸。框架的侧中的一侧形成有向内凹入的部分，所述部分在EO PCB上提供了袋状部。袋状部的形状和尺寸被设计成接收USB电缆插头。后者在激光头的电气部件与外部装置(诸如电源和控制器)之间提供电耦合。框架的凹入部分将USB插头与头的内部的其余部分隔离，并且消除了通常安装在已知激光头中以将插头与激光头壳体的内部隔离的额外的隔板和膨胀材料。盖和框架可以被制造为单独的部件，也可以被制造为单件部件。

根据另一方面，输入和输出IR准直器组件被安装在壳体中。准直器组件各自包括支撑光纤的远端的单件式保持器，所述光纤远端被耦接到由石英、准直器和额外的部件制成的端块，如下文论述的。

根据本方面的一个特征，代替在已知准直器组件中连接光纤远端和端块的胶水，这些部件彼此被激光焊接。与胶水相反，焊接或焊缝对由壳体内的高功率光所产生的大量热载荷具有很高的抵抗力。

不可避免地，当高功率IR光在壳体内传播时，它会部分地偏离并从端块朝向输入端口背反射。输入端口接收密封到壳体的光纤连接器。经背反射的光会危害密封件的完整性，密封件在损坏时会使壳体的内部暴露于环境危害并且有时会导致光纤燃烧。

因此，本方面的另一特征有助于使经背反射的杂散光朝向密封件的传播最小化。特别地，在所述端块与所述输入端口之间的所述保持器上安装有挡光器。挡光器的位置阻止了经背反射的杂散光进一步朝向密封件传播。

挡光器的一种可能的配置具有包括底部厚板或底板和顶部厚板或顶板的蛤壳结构。所述底部厚板被安装在所述保持器上并且具有与所述顶部厚板的底表面接触的顶表面。顶部表面和底部表面中的一者或两者被机加工有相应的大致U形的凹部，当所述顶部厚板被安装在所述底部厚板的顶部时，所述凹部形成供所述光纤拉伸而穿过的通道。所述通道的尺寸被设计成使得经背反射的杂散光入射到相应的厚板的远端面上，所述厚板因此起保护屏障的作用，从而使经背反射的光的传播最小化。

根据所述挡光器的另一配置，两个板都被安装在所述保持器上，使得它们各自的内侧彼此邻接。与厚板一样，一个或两个邻接的侧具有各自的小凹部，所述小凹部彼此对准，从而形成通道。所述光纤延伸穿过所述通道，所述通道的内径略大于所述光纤的外径。面对端块的相应的板的这些侧阻止了大部分的经背反射的杂散光进一步朝向密封件传播。

经背反射的IR光也被耦合到光纤的包层中，并对密封件产生与杂散光相同的危险。为了最小化包层引导的经背反射的光的影响，所述光纤可以配置有沿光纤拉伸部形成的包层模滤波器，所述光纤拉伸部从聚合物保护层剥离并位于挡光器与输入端口之间。模滤波器由硅制成，由于折射率不同，即，硅的折射率高于二氧化硅的折射率，因此与自包层的经背反射的光解耦。挡光器和包层模滤波器单独地或以彼此组合的方式极大地减少了入射到密封件上的高功率背反射的光的量。

本方面的又一特征包括套圈，所述套圈被安装在所述保持器上并且由从其保护层剥离的所述光纤穿过。套圈的中心孔几乎不大于包层的外径，并且基本上小于形成在挡光器中的通道。套圈可以与任何挡光器和模过滤器或这些元件中的任何一个单独地配对，甚至被单独地使用。

本发明的准直器组件的另一特征与红色激光器更相关，但当然可以用于所有类型的可见光激光器。为了输出宽波长范围的红光，根据需要，IR输入光优选地应覆盖1000nm至1400nm波长范围因此，根据本发明的特征，激光焊接到光纤端部的端块的表面被设置有随机排列的亚波长尺寸的纳米尖峰。端块的结构化表面在期望的吸收光谱中被证明是有效的。

如果在本发明中使用的光纤用Teflon^TM含氟聚合物缓冲，则所有上述特征对于预期目的甚至变得更有效。后者为光纤提供了对高温、化学反应、腐蚀和应力开裂的有益的抵抗力。

本发明的另一方面涉及一种频率转换组件，尤其涉及一种晶体保持器子组件。与晶体保持器子组件相关的主要困难源于LBO对温度梯度的特殊反应以及具有彼此不同的CTE的多个部件。

根据本方面的一个特征，所述晶体保持器子组件包括耦合到所述EO PCB的TEC。TEC通常由具有与EO PCB的CTE匹配的CTE的半导体n型和p型材料制成。所述子组件还包括热护套和RDT，所述热护套被安装在所述TEC的顶部并且其尺寸被设计成接收LBO晶体。

热护套的配置考虑了各LBO晶体与热护套的不同CTE。由于这些部件之间的CTE失配实际上是不可避免的，因此所公开的热护套具有各种变型例，每种变型例都允许LBO晶体基本上不受限制地膨胀。

根据热护套的一种变型例，两个相同的金属片或钣金被构造为热护套的相应的半部。首先对每个金属片或钣金进行激光处理，以具有一系列间隔开的狭缝，这些狭缝从所述金属片或钣金的一个纵向边缘朝向相对的纵向边缘延伸。然而，狭缝终止于与相对的边缘相距一距离的位置。此后，每个片被成形为具有大致C形横截面或Z形横截面。然后将经成形的片安装在所述TEC或子安装件或任何其它基座结构上，使得相应的经开槽的边缘彼此面对。经组装的片形成沿纵向轴线延伸的内部通道，并且其尺寸被设计成接收所述晶体。

基于前述内容，所述热护套配置有多个夹具，每个夹具具有一对柔性臂，所述一对柔性臂压靠所述晶体的相应的侧和顶部。护套与晶体之间的这种接触防止了晶体相对于护套的位移。然而，弹性臂基本上不会阻碍LBO的膨胀。众所周知，沿LBO晶体的纵向轴线观察到其最大CTE，但是护套具有相对的轴向间隔开的敞开的端部，这允许晶体在轴向方向上自由膨胀。

晶体保持器的另一特征涉及一种护套支撑结构，所述护套支撑结构可以包括位于EO PCB顶部的陶瓷子安装件。加热层安装到子安装件的顶部并覆盖介电绝缘件。然后将介电层放置于加热层和晶体护套的顶部，所述晶体护套通过所插入的焊盘而焊接到介电层。加热层与晶体护套之间的介电层提供了这些部件之间的电绝缘。

根据本发明的另外的特征方面，大多数大型光学部件(诸如透镜和反射镜)由相应的托架支撑，所述托架又被直接安装在所述EO PCB上。在激光头的组装期间的一个问题包括在光学部件安装到所述头之后光学地对准所述光学部件。对准对于使激光头内的光损失最小化来说是必要的。所述对准可以包括使所述托架绕大致正交于所述EO PCB的平面的轴线倾斜和旋转或偏航。

所述支架配置有支撑所述光学部件的基部、和弹性地压靠在所述光学元件的相应面上的一对侧。为了提供支架的倾斜，一对弹性叶片焊接到EO PCB，所述一对弹性叶片从所述托架的底部被切割并向外弯曲。向EO PCB施加外力会导致这些叶片中的一个叶片屈服。所述托架的偏航运动由凸台实现，所述凸台像叶子一样形成在托架的底部的外表面上并被耦接到EO PCB。

如果结合以下附图考虑的，将更容易明白上述和其它方面，其中：

附图说明

图1示出包括相应的激光头的多个已知光纤激光器组件；

图2是未示出盖且根据已知的现有技术来配置的激光头的俯视图；

图3是已知准直器组件之一的轴向截面图；

图4A是已知现有技术的晶体保持器子组件的正视透视图；

图4B是图4A的晶体保持器子组件的截面图；

图4C是包括图4A和图4B的晶体保持器子组件的已知激光头的透视图；

图5示出本发明的激光头；

图6是图5的本发明的激光头的底部的俯视图；

图7A和图7B分别示出本发明的激光头的输入准直器组件的配置；

图8是所公开的输入准直器组件的另一配置的正视透视图；

图9A和图9B各自示出所公开的输入准直器组件的又一配置；

图10是具有图5的本发明的激光头的示例性电光示意图的图6的EO PCB的俯视图；

图11A是图5的本发明的激光头的示例性截面侧视图；

图11B是图5的本发明的激光头的另一示例性截面侧视图；

图12A是晶体保持器组件的正视图；

图12B和图12C分别是以晶体夹具或热护套的配置为特征的图12A的晶体保持器的主视图；

图12D示出图12B和图12D的热护套的一半；

图12E和图12F分别是图12B至图12D的热护套的变型例的装配图和爆炸图；

图13A至图13C分别是支撑图12A的晶体保持器子组件的基座的爆炸图、俯视图和仰视图；

图14A和图14B分别是示出用于将光学部件安装到图6的EO PCB的不同技术的示意图；以及

图15A至图15C分别是大型部件保持器的正视图。

具体实施方式

现在将详细参考所公开的主题。在可能的情况下，在附图和说明书中使用相同或相似的附图标记来指代相同或相似的部件或步骤。附图为简化形式，并且远非精确的比例。仅出于方便和清楚的目的，术语“连接”、“耦合”、“组合”和类似术语及其屈折语素不一定表示直接和间接连接，但也包括通过中介元件或装置的连接。

图5示出本发明的微型激光头100，其具有与典型的I-phone 70相当的占地面积。虽然激光头100的尺寸可能有些变化，但是已知的最小激光头——激光头16(如图4A至图4C中示出的)是75mm宽(W)、120mm长(L)和22mm高/厚(H)。相比之下，所公开的经过实验室测试的激光头100为75mm(W)×112mm(L)×8mm(H)。根据本发明的结构，激光头的壳体的高度/厚度可以在5mm与10mm之间变化。本发明的激光头100的紧凑性是几个主要头部件的重新配置的结果，所述主要头部件特别是包括壳体78、输入准直器组件80、输出准直器组件和晶体保持器组件82。

以结合图5的方式参见图6，壳体78配置有底部75(图6)、框架84和盖86(图5)。基于前一段中公开的激光头100的尺寸，其高度/厚度与图4A至图4C的已知激光头相比已经显著减小。有两个主要元件需要重新设计，以便提供具有微型结构的激光头100：壳体78的底部75和晶体保持器组件82(图5)。

与已知的具有大量Cu底部与光学实验台组合的激光头相比，底部75由陶瓷(诸如氮化铝(AlN)或氧化铍(BeO))制成，并且还用作光学实验台。在具有用于相应的光学部件的精确限定的位置76和用于电气部件的电迹线74的情况下，在构思上和功能上，底部75是电光印刷电路板(EO PCB)。后者是本发明的显著特征之一，考虑了泵和经转换的光的最大功率，这将在下文说明。光学部件可以包括折叠反射镜235、分色镜241和聚焦透镜237。底部75的改进配置对于激光头100的全自动组装至关重要。

框架84(图5)可以由Kovar或优选地由铝(Al)或任何其它轻质耐用材料制成，所述材料具有基本上与底部/EO PCB75的期望的热和电性能相匹配的期望的热和电性能。可以将其胶合、烧结、焊接或激光焊接到EO PCB上，并由盖86覆盖，所述盖优选地由与框架84相同的材料制成。框架84和盖86可以是两个单独的部件，这两个单独的部件在头部组件期间彼此耦接，或者是一件式的整体式部件。

框架84的这些侧中的一侧具有向内凹入的部分，以提供袋状部88(图5)。后者的形状和尺寸被设计成接收USB电缆插头(其通常被表示为92)。插头92通过相应的电迹线74(图6)在TEC和RDT与外部装置(诸如电源和控制器)之间提供电耦合。框架的凹入部分将USB插头92与头部内部的其余部分隔离。

所公开的激光头的小型化取决于束直径。例如，当前，传输光纤具有14μm的芯部，所述芯部输出具有14μm束直径(这是已知激光头设计的束直径的四倍)的束。芯部直径通常与光强度成反比，这意味着，在所公开的激光头100中，光强度是已知设计中的光强度的四倍。考虑到单模泵浦IR光在1μm光谱范围内的选定波长下可以具有1kW至2kW范围内的最大功率，在传输光纤的远端处的光强度会引起安全问题。此外，这种高强度的光会损害在高温下脱气的粘合剂，从而影响元件、光学部件以及(当然)光纤端部之间的连接。为了降低与高强度光相关的风险，传输光纤的远端被激光焊接到由石英制成的所谓的端块。然而，与高强度前向传播的泵浦光结合使用的端块被证明是非常有问题的，因为它也反射了入射光。经背反射的光朝向输入端口102(图5)传播，并破坏密封该端口的材料，诸如环氧树脂。因此，所公开的输入准直器组件80不仅具有紧凑的配置，而且还配置有使经背反射的光的传播最小化的多个部件，如紧接在下文中所论述的。

图7A、图7B、图8、图9A和图9B示出输入准直器组件80，所述输入准直器组件配置有胶合或优选地焊接到EO PCB 75(图6)的保持器94。保持器94由陶瓷材料制成，其特征在于CTE基本上与所述EO PCB中的一个EO PCB相匹配。在功能上，图7A的保持器94支撑光学元件，所述光学元件特别是包括准直透镜108、由石英制成的端块110、遮光块112和传输光纤98。在结构上，保持器94在近端104与比近端104更薄的远端106之间延伸。保持器94可以是整体的或者具有耦接在一起的单独的部件。

准直器组件80是所公开的头部的总体小型化配置的主要贡献因素之一。现有技术的准直器组件通常长12mm至15mm。相反，所公开的准直器组件最多长10mm，这是小型化组件元件的结果。例如，圆柱形端块110具有1mm至2mm的直径和3mm至5mm的长度。相反，在图3的已知激光头中使用的端块的直径为4mm至8mm，而端块的长度为最小6mm。

端块110是与高光强度相关的问题的一部分。通常，IR泵浦光是在光纤芯部中被引导。当光纤98将泵浦IR光传输到端块110时，该光的一部分被部分地耦合回光纤98中，并且特别是耦合到其包层118(图7A)中，所述包层将经耦合的光向后引导到经密封的输入端口102(图5)。这种经背反射的光带来了双重危险。首先，当它沿包层118传播时，它可能与包层分离。如果经解耦的光入射到经密封的输入端口102(图5)上，则通常由环氧树脂制成的密封件由于高温而容易被破坏。一旦密封件被损坏，激光头的靠近密封件的内部就会被损害，这可能会不可挽回地影响激光头的整个操作，并且光纤98可能会直接燃烧。其次，甚至在到达端口102之前，沿包层118引导的经背反射的光到达被保护性聚合物层116覆盖的光纤98的一部分(图7A)。与环氧树脂一样，层116易受与经背反射的光的高功率强度相关联的高温的影响，并且一旦被损坏，就使光纤98暴露于高温。为了处理高强度的经背反射的光，输入准直器组件80设置有挡光组件，如紧接在下文中将详细公开的。

参见图7A，保持器94的近端104具有通道114，所述通道接收双包层单模(SM)光纤98，所述双包层单模(SM)光纤包括小直径芯部、包层118和保护性聚合物层116。优选地，光纤98用Teflon^TM含氟聚合物来缓冲。在输入准直器组件80内延伸的光纤98的主要部分从保护层116剥离。光纤远端被激光焊接到端块110。

挡光组件的元件中的一个元件是挡光器112，所述挡光器被安装在端块110与保持器的近端104之间的保持器94上。挡光器112配置有两个板120，这两个板在通路124中垂直于保持器94的纵向轴线朝向彼此向内滑动。后者分别在保持器的远端106与近端104之间被形成在保持器94中。一个或两个板120具有小的狭缝122，所述狭缝被光纤98穿过并且被形成在板120的内侧中，使得其与准直器108、设置在保持器的近端104的顶表面中的用于支撑光纤98的通道125、以及经密封的输入端口102(图5)对准。对准允许光纤98避免在激光头100的内部内不期望的弯曲。板120的挡光面有效地防止解耦后的经背反射的光的大部分到达端口102。

图7B示出包括底部和顶部块115的挡光器112的替代配置。底部块115具有通道114，所述通道接收光纤98，所述光纤具有其保护层116，所述保护层沿其进入挡光器112与端块110之间的长度被移除。顶部块115被安装在底部块115的带凹槽的顶表面上并且覆盖通道114，从而限定由从保护层116剥离的光纤98的远端穿过的通路。可替代地，通道114可以设置在顶部块中。类似于图7A的配置，通道114与图5的输入端口102、端块110以及准直透镜108(图7A)对准。不幸地，由于切削工具的已知限制，图7A的狭缝122和图7B的通道114仍然太大，从而允许大量的经背反射的光到达输入端口102。因此，单独的挡光器112可能并不总是足以用于预期的挡光目的。

图8示出替代的或额外的挡光元件-套圈126，所述套圈被安装在经密封的输入端口102(图5)与端块110之间的保持器94的近端104上。套圈126由陶瓷制成，并被钻孔以具有中心通路128，所述中心通路仅稍大于包层118的外径，所述外径在这里不受层116的保护。例如，对于125μm的包层直径，中心通路128的直径为126μm且为3mm长。虽然套圈126可以被单独使用，但其与图7A和图7B的挡光器112的组合被发现是非常有效的，从而实际上阻止了整个解耦后的经背反射的光入射到经密封的输入端口102上。如果套圈126和端块110一起使用，则保持器94可以配置有细长的U形中心凹槽129，所述U形中心凹槽接收两个挡光元件，使得它们彼此同轴，并且进一步与图7A的准直器108和图5的输入端口102同轴。

图9A和图9B示出输入准直器组件80的替代概念。保持器94可以具有带支撑FAC和SAC 108的远端106的多级配置。这些图中示出的保持器94的独特特征包括多个单独的U形弹簧夹具130，所述多个单独的U形弹簧夹具可以被附接到保持器94的近端104并且在输入准直器组件80胶合到EO PCB 75(图5)之前将光纤保持在适当的位置。由钣金(诸如铜、铝等)切割而成的微型弹簧夹具130是柔性的，并且因此即使相应的钣金和与弹簧夹具130接触的部件的CTE彼此失配的情况下也可以承受高热载荷。与图7和图8中示出的配置相反，保持器94被安装在EO PCB 75上，其中弹簧130被胶合到电路板。换句话说，在与图6的EO PCB75接触之前，保持器94被翻转到安装位置，如箭头A所指示的。在安装位置，光纤98在经对准的输入端口102(图5)与端块110之间延伸。一旦被安装，弹簧夹具130就限制光纤98离开通道的底部的位移，这有助于光纤在没有不期望的弯曲的情况下延伸。在安装位置，弹簧夹具130被间隔开，这减小了它们与EO PCB 75之间的接触表面，这又进一步提高了这些夹具对高热载荷的抵抗力。

返回图8，为了使经背反射的光的量最小化，焊接到光纤远端的端块110的面111被抗反射(AR)涂层覆盖。通常，AR涂层有效地抑制具有相对较窄的光谱宽度的光。然而，如果所公开的激光头用于输出红光，则期望红光具有宽的光谱宽度。这通过提供具有拉曼转换器(这里未示出)的激光泵浦源来实现，所述拉曼转换器分别引起泵浦光在1112±5nm、1170±5nm、1226±2nm和1290±2nm处的一阶、二阶、三阶和四阶斯托克斯位移。该光谱的“尾部”延伸超过一阶和四阶斯托克斯位移。这种宽的光谱范围需要在端块110上覆盖甚至更宽的1000nm至1400nm波长范围的抗反射(AR)涂层，即使在这里使用最公知的AR涂层，这也将是不现实的。相反，端块110的抗反射面111依赖于表面纹理和图案的工程设计来实现光的有效捕获或透射。使用任何已知技术，端块110的纳米结构化表面对于有效地抑制在期望的400nm光谱范围上的经背反射的IR光来说没有问题。

回到图5，主要有助于头的小占地面积的另一个激光头元件是本发明的频率转换方案的晶体保持器组件82。晶体保持器组件82的配置在下文中论述。

图10实际上示出了安装在本发明的激光头(其被配置为输出红光)的EO PCB 75上的完全组装(即，装配)的光电方案。沿激光头内部内的经准直的IR光的路径，它依次传播通过上游、两个中间和下游频率转换级或平台，所有这些都基于相应的SHG。SHG由相应的LBO实现，所述LBO由相应的晶体保持器82₁、82₂、82₃和82₄支撑。在第一中间SHG 82₂的输出处，在上游和第一中间LBO中产生的红光在激光头100外侧被引导通过第一红光输出准直器组件234，而在第二中间LBO和下游LBO中转换的红光通过第二红色输出准直器组件236离开激光头100。未经转换的IR光被引导通过清除组件238。输出的红色和未经转换的IR泵浦光可以被耦合到相应的输出光纤中或在自由空间上传播。输出准直器组件234、236各自具有类似于输入准直器80的配置。

参考图11A和图11B，图10的所有晶体保持器组件82_1-4共有的一般结构包括安装在EO PCB 75上并特别是配置有热电冷却器(TEC)240的基部265。基于陶瓷(诸如碲化铋(Bi₂Te₃))，TEC 240和EO PCB 75具有相应的TCE，它们不会完全失配。代替单个TEC 240，两个单独的TEC 240₁和240₂(图11B)可以被用于提供和控制期望的热状态。TEC240支撑封装LBO244的热护套242。耐温度检测器(RTD)252——晶体保持器组件82的另一元件——可以被安装在基部265上，或者，如图11B中示出的，被安装在热护套242的顶部上。后一种配置对于产生绿光的频率转换方案可能是有利的。后者仅需要两个转换级或级联来将基频下的IR光转换成在取决于IR泵浦光的波长的选定波长下具有约1000kW的最大功率的绿光。

参考图12A至图12C，热护套242的配置考虑了LBO 244沿不同晶体轴线对高温的独特反应。构思上，护套242允许LBO 244响应于热梯度而膨胀/收缩，而不会向晶体施加过多的载荷，否则可能导致晶体的机械和光学失效。该构思通过如下文所论述的激光加工的钣金件形成多个支架246(图12B和图12C)来实现。

护套242包括两行(或半行)单独的C形支架246，所述C形支架被分组，使得在垂直于LBO 244的纵向轴线A-A’(图12A)的平面中对准的每对支架246限定夹具250(图12B、图12C)。支架246的制造包括，例如，将钣金件激光切割成多个间隔开的单独/分离的节段248(图12A和图12D)，然后将其成形为相应的C形轮廓的支架246。

如图12C中示出的，在将LBO 244插入护套242中之前，限定夹具250的相应的支架246的竖直侧或基部262会聚。结果，夹具250的顶部凸缘254彼此叠置。因此，如图12B中示出的，在插入时，LBO244压在每个夹具250的相应的支架246的顶部和底部凸缘258上并展开。当被完全插入时，每个夹具250的内周缘与LBO 244的封闭部分的外周缘适形。因此，一方面，每个夹具250的柔性支架246与晶体244连续接触，而无论后者是膨胀还是收缩。另一方面，没有限制晶体244沿其纵向轴线A-A’的膨胀，因为护套242的相对端255(图12A)是敞开的。

再看图12C，容易看出每个支架246具有Z形横截面。图12C的护套242被安装在可选的基座260上，所述基座由可以减轻通常分别由Cu和TEC 240(图11A)制成的护套248的CTE之间的失配的材料制成。

在替代的结构方面中，钣金可以被加工以具有多个凹部245(图12A)，所述多个凹部终止于距所述片的相对纵向边缘之一距离处。在这种配置中，当将C形或Z形施加到经加工的片时，每行具有支撑多个单独的、间隔开的节段248(图12A)的连续基部265(图12D)。

图12E至图12F示出热护套242的变型例。图12A至图12D。特别地，每个支架246(图12C和图12D)具有其基部262，所述基部接合垂直于壳体的底部75(图6)延伸的晶体244的侧，而凸缘254与晶体244的相应的顶部和底部(图12B)或仅顶部(图12C)并列。为了方便起见，图12A至图12D的护套配置被称为水平结构。一旦被组装，该水平结构就被放置在图12A的TEC240上并且被加热，这使晶体暴露于不必要的高热载荷下，从而导致在回流期间和回流之后的可靠性问题。

图12E和图12F的护套242被配置成解决该问题。与水平结构相反，图12E至图12C的护套242具有竖直结构，其中，护套242的下半部243接收晶体244，其中其顶部被上半部247覆盖。这种配置首先允许下半部243(图12F)单独回流到TEC/加热器240(图12E)上，而没有晶体244和上半部243。随后在室温下安装晶体244和上半部247。在护套242的经组装的水平结构中，晶体的底部249(图12F)安置在相应的支架246的基部262上，而晶体的侧251压在一个半部(例如下半部243)的支架的相应的凸缘254的内表面253上，如下文所论述的。

护套242的半部243和247配置有微闩锁阵列。闩锁组件允许例如上半部247的支架的凸缘254与下半部243的相应的凸缘254的外表面257叠置。闩锁组件的配置包括从支架246的相应的凸缘254切出的弹性凸块或榫舌259。然而，这些半部中的每个半部的支架仅一侧具有凸块259，并且当护套242被完全组装时，这些凸块相对于彼此以对角方式被定位。相应的半部243、247的其它侧具有形成在凸缘254中的相应的开口261。在最终组装期间，在将LBO 244放置在下半部243内时，上半部247向下滑动，使得这些半部中的一个半部的凸块259突出穿过另一半部的相应的开口261，并弹性地向内压靠晶体244的相应的相反侧面251。如图12E中更好得示出的，一个半部的凸缘254横跨另一个半部的凸缘中的一个凸缘。该结构的轻微修改包括在一个半部243、247的两个凸缘中形成凸块259，同时在另一个半部的凸缘254中设置开口261。然而，这样修改的结构比图12E和图12F中示出的结构对外部和内部载荷的抵抗力更差。

依赖于本发明的激光头被配置成绿光还是红光，不仅必要的光学频率转换级的数量——绿色为两个并且红色为四个——变化，而且TEC 240(图12A)的位置也可以变化。绿光的产生要求TEC 240在加热状态下操作，而红光是在TEC 240在冷却状态下操作的情况下获得的。如果本发明的激光头被配置成发射绿光，则TEC 240应与晶体244和EO PCB 75两者安全地间隔开(图10)。在这种情况下，TEC 240有利地被安装在热护套242的顶部。相反，当所公开的激光头输出红光时，TEC 240是图11A的支撑护套242的基部265的一部分。根据IR泵浦光在基频下的最大功率，红光在期望的波长下可以达到约750kW的最大功率。基于绿光和红光产生的TEC 240的不同位置会存在结构问题。

图13A至图13C示出一结构，所述结构成功地用于TEC 240的加热和冷却状态两者，并且可以结合图12A而被更好地理解。当本发明的激光头是产生绿光的激光系统的一部分时，非常期望限制由TEC240产生的热影响相邻元件。为了实现期望的热保护，基部265的陶瓷基座264设置有多个低介电导电陶瓷柱266(图13C)，所述低介电导电陶瓷柱被附接到EOPCB 75的底部。

TEC 240被安装在基座264的顶部，所述基座设置有与EO PCB线结合的两个加热器焊盘268。TEC 240焊接到焊盘268之间的基座264的金属化顶部。为了在TEC与护套242之间提供电绝缘，介电绝缘层270被夹在TEC与护套焊盘275之间。热敏电阻252被安装在焊盘275上并被电耦合到EO PCB 75。在考虑绿光状态下的热之后，当所示出的结构用于产生可以具有约750W的最大功率的红光时，没有任何事物阻止所公开的基部有效。

图14A示出用于将光学元件202(诸如折叠反射镜235、聚焦透镜237、半波偏振片239和分色镜241(图10))直接焊接到EO PCB 75的示例性组件200。组件200包括IR激光源204和局部热源206，所述局部热源与待焊接的光学元件202对准，同时面对EO PCB 75的相应的顶部和底部。光学元件202可以由温度控制式夹持器210保持在适当的位置，分别作为激光源204和热源206来影响元件202与EO PCB 75之间的有源焊料208。非接触式温度传感器215被耦合到焊料208并且输出在处理器中接收的信号，所述处理器评估接收到的信号。如果接收到的信号在期望的范围之外，则适当地调整热源204、206中的一者或两者。

参见图14B，光学元件202利用超声波焊料活化来耦合到EO PCB 75。在示出的布置中，焊料预成型件212或不可拆卸或不可折叠的弹性体焊球(未示出)被预结合到EO PCB75，并且然后元件202被结合到所述预成型件或焊球。所述元件202可以可选地被金属化。然而，即使没有金属化，元件202也可以被可靠地耦接到预成型件/焊球。结合过程可以包括超声波焊料活化。包括偏航和倾倒/倾斜的元件202的对准可以在其焊接之前和/或期间进行。

图15A至图15C示出用于将光学元件202耦合到EO PCB 75的替代配置。代替将光学元件202直接耦合到板，图示的配置包括接收光学元件202的凸块280(图15A)。凸块280由钣金材料(诸如铜)制成，并且具有由一对间隔开的凸缘284(图15B)和底部286限定的C形横截面。凹入的凸缘284压靠所接收的光学元件202(图15A)，以防止其横向位移。相应的凸缘284的顶部节段288(图15B)被向内弯曲以确保元件202与底部286之间的可靠接触。

在每个凸缘284中形成凹部282(图15B)期间，一小部分钣金材料未被移除，而是在形成两个柔性臂292的底部286附近弯曲出来(图15C)。凸块280的底部286在290处被压花。所述构造焊接到预成型件212(图15A)并且促进凸块280的光学对准，从而为凸块提供偏航和倾斜运动。

根据本发明的本文中公开的方面在其应用方面不限于在以下描述中阐述或在随附的附图中示出的部件的构造和布置的细节。这些方面能够假设其它实施例，并且能够以各种方式实践或实施。所公开的激光头正在经历一系列实验，从而通常需要对所公开的实施例进行修改。激光头部件的一些可能的变体由所附的附图来图示，所附的附图是不言自明的并且旨在构成本公开的一部分。因此，本文提供的具体实现方式的示例仅用于说明性目的，而不旨在限制。

此外，本文中使用的措辞和术语是出于描述的目的，并且不应被认为是限制性的。对本文中以单数形式提及的系统和方法的示例、实施例、部件、元件或动作的任何引用也可以包括包含复数的实施例，并且对本文中的任何实施例、部件、元件或动作的任何复数引用也可以涉及仅包含单数个的实施例。单数或复数形式的参考并非旨在限制本公开的系统或方法、其部件、动作或元件。本文中的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“配置”及其变体的使用意味着涵盖其后列出的术语及其等同物以及额外的术语。对“或”的引用可以被解释为包括在内，使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个、多于一个、和所有描述的术语中的任何术语。此外，在本文献与本文中通过引用并入的文献之间的术语的用法不一致的情况下，并入的参考中的术语使用是本文献的术语使用的补充；对于不可调和(即，矛盾)的不一致性，由本文献中的术语用法进行控制。

因此，已经描述了至少一个示例的几个方面，应当理解，本领域技术人员将容易地想到各种改变、修改和改进。例如，本文公开的示例也可以用于其它情况。这样的改变、修改和改进。因此，前文的描述和附图仅作为示例。

Claims (20)

1.一种用于高功率光纤激光系统的激光头，包括：

5mm至10mm高的壳体，所述壳体具有底部；

输入准直器组件，所述输入准直器组件安装到所述壳体，并且能够操作以在基频且2kW的最大功率下对单模泵浦光进行准直；

多级联非线性频率转换器，所述多级联非线性频率转换器位于所述壳体中并接收经准直的泵浦光，以将所述基频转换成其较高阶谐波，其中，较高频率的经转换的光具有1kW的最大功率；

安装在所述壳体中的多个电子和导光光学部件，

其中，所述壳体的所述底部是电光印刷电路板(EO PCB)，所述电光印刷电路板在相应的指定位置处直接支撑所述输入准直器组件、多级联非线性频率转换器、电子和光学部件。

2.如权利要求1所述的激光头，其中，所述多级联非线性频率转换器包括两个或更多个顺序定位的二阶谐波发生器组件，每个二阶谐波发生器组件均能够操作以产生所述基频的二阶谐波。

3.如权利要求1所述的激光头，其中，所述泵浦光以1μm光谱范围内的期望的基波波长耦合到所述输入准直器组件中，所述二阶谐波的经转换的光是在期望的波长下具有1kW的最大功率的绿光或在期望的波长下具有750kW的最大功率的红光。

4.如权利要求1所述的激光头，其中，所述输入准直器组件配置有：

沿纵向轴线延伸的保持器；

准直器，所述准直器安装在所述保持器的远端上并与所述保持器同轴；

石英端块，所述石英端块在所述准直器与所述保持器的近端之间安装在所述保持器上并沿块轴线延伸；以及

套圈，所述套圈在所述石英端块与所述保持器的近端之间被安装在所述保持器上，所述套圈具有与所述石英端块及准直器同轴并且由单模(SM)传输光纤穿过的通路，所述单模传输光纤的远端直接耦接到所述石英端块的近端，

其中，所述传输光纤引导所述基频下的所述泵浦光，所述泵浦光入射到所述石英端块上并且从所述石英端块部分地背反射，所述套圈的尺寸被设计成使朝向所述支撑件的近端的背反射的光的传播最小化。

5.如权利要求4所述的激光头，其中，所述输入准直器组件包括在所述套圈与所述端块之间安装在所述保持器上的挡光器，所述挡光器具有远侧，所述远侧面对所述石英端块并且配置成反射所述背反射的光。

6.如权利要求5所述的激光头，其中，所述挡光器包括两个板，所述两个板安装到所述保持器并且能够垂直于所述保持器的纵向轴线朝向彼此移位到安装位置，所述板被配置成在所述安装位置限定介于彼此相对的相应侧面之间的凹部，所述凹部被所述传输光纤穿过并且与所述准直器、端块和所述套圈的所述通路同轴。

7.如权利要求5所述的激光头，其中，所述挡光器配置有两个块，所述两个块安装到彼此上，使得在安装位置彼此相对的相应侧面限定与所述准直器、端块及套圈同轴并由所述传输光纤穿过的纵向通路。

8.如权利要求5所述的激光头，还包括光纤连接器，所述光纤连接器与相应的套圈和挡光器的所述通路同轴地安装到所述壳体的输入端口，其中，所述传输光纤延伸达所述光纤连接器与石英端块之间的间隙长度，所述输入端口具有密封件，所述密封件被所述挡光器和套圈遮蔽所述背反射的光并维持所述壳体的接近密封的内部。

9.如权利要求4所述的激光头，其中，所述石英端块的近端具有设置有多个随机排列的抗反射纳米尖峰的表面，所述多个随机排列的抗反射纳米尖峰中的每一个的尺寸均小于所述泵浦光的基波波长。

10.如权利要求4所述的激光头，其中，所述石英端块具有圆柱形横截面，并且其尺寸被设计为1mm至2mm的直径和3mm至5mm的长度。

11.如权利要求2所述的激光头，其中，所述非线性频率转换组件各自配置有安装在所述电光印刷电路板上的晶体保持器，每个晶体保持器均包括护套，

所述护套配置有柔性支架的两个纵向半部，所述柔性支架由片状金属材料制成并且被布置成限定端部敞开的内部通道，所述内部通道接收非线性晶体，所述非线性晶体是三硼酸锂(LBO)，

其中，所述柔性支架各自弹性地压靠所述三硼酸锂的相邻表面，使得无论所述三硼酸锂膨胀或收缩，所述柔性支架均与所述三硼酸锂彼此接触。

12.如权利要求11所述的激光头，其中，每行柔性支架彼此完全分开或具有共同的支撑件。

13.如权利要求11所述的激光头，其中，所述三硼酸锂具有相反侧面、顶部和底部，所述底部面向所述电光印刷电路板，相应的半部的所述柔性支架各自具有基部和对置的凸缘，其中，

每个支架的所述基部和对置的凸缘一起限定C形横截面并弹性地压靠所述三硼酸锂的相应侧面、顶部和底部，或

每个支架的所述基部和对置的凸缘一起限定Z形横截面并弹性地压靠所述三硼酸锂的相应侧面和顶部。

14.如权利要求11所述的激光头，其中，所述三硼酸锂具有相反侧面、顶部和底部，所述底部面向所述电光印刷电路板，每个柔性支架均具有一起限定C形的基部和对置的凸缘，

一个半部的每个C形支架的所述基部与所述三硼酸锂的所述顶部接合，而所述凸缘面向所述三硼酸锂的相应侧面，并且

另一个半部的每个支架的所述基部与所述三硼酸锂的所述底部接合，而所述另一个半部的每个柔性支架的凸缘面向所述三硼酸锂的相应侧面。

15.如权利要求14所述的激光头，其中，所述护套的每个半部的相应的支架的凸缘中的一个凸缘具有相应的凸块，并且每个半部的相应的支架的其它凸缘具有相应的开口，

相应的半部的所述凸缘在所述护套的组装位置处彼此叠置，

在所述组装位置，所述凸块朝向所述三硼酸锂的相反侧面突出穿过相应的开口并弹性地压靠所述相反侧面。

16.如权利要求11所述的激光头，其中，所述晶体保持器还包括：

设置有多个柱的基部，所述多个柱从所述基部的底部延伸以安置在所述电光印刷电路板上；

安装在所述基部上的热电冷却器(TEC)；

介电绝缘层，所述介电绝缘层被夹在所述热电冷却器与所述晶体护套之间，其中，所述基部和所述热电冷却器由具有与所述电光印刷电路板的热膨胀系数相匹配的热膨胀系数的材料制成。

17.如权利要求1所述的激光头，还包括多个夹具，每个夹具均由片状金属材料制成并具有C形横截面，所述C形横截面由底部桥接的一对凹入的凸缘限定，所述夹具的尺寸被设计成接收相应的光学部件，使得所述凸缘压靠所述光学部件并防止所述光学部件主动脱离。

18.如权利要求17所述的激光头，其中，相应的夹具的凸缘各自具有会聚到彼此的相应的尖端部分，以便压在所插入的光学部件的顶部上。

19.如权利要求17所述的激光头，其中，每个夹具的所述底部均配置有：

突起部，所述突起部从所述底部的外侧延伸并焊接到电光印刷电路板；和

一对臂，所述臂位于所述突起部的侧面并焊接到所述电光印刷电路板，所述突起部和所述臂被焊接以使所述夹具偏航和倾斜。

20.如权利要求1所述的激光头，还包括多个输出准直器组件和清除组件，所述多个输出准直器组件将较高频率的光引导到所述壳体的外部，所述清除组件将未经转换的泵浦光引导到所述壳体的外部。

Images