CN201440566U - 一种具高波长转换效率的激光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了具高波长转换效率的激光装置，包含：一激光光源模块，其包含一套筒其内套设一激光二极管，及一承载座其内套设一波长转换器及光学输出模块，且藉对位调校以使激光射线点入射至波长转换器的位置可调校至最佳状况；一光学输出模块，其包含一聚焦透镜组，及一光学检测模块设于聚焦透镜组的至少两透镜之间且包含一滤波镜片用来过滤入射光线，一分光镜片用来接收经过滤波镜片的入射光线并反射一部分光线，及一光检测器用来接收反射的部分光线并产生检测信号以回授至驱动电路，且所述入射光线的方向与部分光线的反射方向间的反射角θ满足50°≤θ≤90°的条件；及一驱动电路，其以脉波调变方式来驱动激光二极管且搭配光输出功率自动调节功能以动态调整激光二极管的工作电流，以达到省电及恒定的光输出功率的功效。

Description

一种具高波长转换效率的激光装置

技术领域

本实用新型有关一种激光装置，尤指一种利用套筒与承载座之间的三维空间(X、Y、Z轴)对位调校功能以使激光射线入射至波长转换器的位置可调校至最佳状况，并以脉波调变方式来驱动激光二极管并同时搭配光输出功率自动调节功能以动态调整激光二极管的工作电流，以达成省电及恒定的光输出功率，而构成一具高波长转换效率的激光装置。

背景技术

激光装置具有体积小、效率高、生命周期长和光束品质佳等优点，因此被广泛地应用于电子、多媒体资讯、通讯、生物科技及医药卫生科技等领域。现有技术的激光装置一般包含一驱动电路、一激光光源模块及一光学输出模块，其中所述激光光源模块可使用不同活性介质来提供激光光源，例如使用惰性气体的气体激光、红宝石固体激光或半导体激光等；光学输出模块可调整激光射线行进方向并过滤非特定波长的激光射线，因此能输出具特定波长的平行激光射线如绿光；所述光学输出模块也能通过光检测器(photo detector)检测由分光镜(beam-splitting lens)反射的部分激光射线的强度以产生一光源检测信号以回授至驱动电路，供直流式驱动电路再依据光源检测信号来调整输出至激光光源模块的驱动信号，以使得激光装置能提供恒定的光学输出功率。

半导体激光光源模块使用激光二极管(laser diode)作为激发光源，其利用波长转换器以倍频原理将一已知波长的激光射线转换成不同波长的激光射线(如蓝光、绿光等)以应用于不同领域。简言之，半导体激光光源模块的基本运作原理是将波长λ1的激光射线转换为波长λ2的激光射线，虽然波长转换器可采用不同的结构设计，半导体激光光源模块的效能都由其波长转换效率(wavelength conversion efficiency)来决定。激光光源模块在转换某一特定波长的激光射线时，能达成其最大波长转换效率的最佳运作状态，此特定波长即称为最大转换波长(maximum conversionwavelength)λc。若转换前激光射线的波长λ1能符合最大转换波长λc，此时激光光源模块能达到最佳波长转换效率；若转换前激光射线的波长λ1小于或大于最大转换波长λc，此时激光光源模块的波长转换效率会降低。然而，转换前激光射线的波长λ1或最大转换波长λc都会随操作环境的温度而变化，且λ1和λc随温度改变率也彼此不同。因此现有技术中已针对能输出功率稳定的操作环境而有多种不同设计的激光装置，如在具信号检测功能光学输出模块及/或相关激光装置的技术领域中，目前已有具相关技术的专利申请案核准公告或公开在先，包含：中国台湾省新型第M249343号、新型第M245662号、发明证书号数I261959，及美国发明专利US6,970,295、公开号Pub.No.US2005/0041705A1；美国发明专利US 6,970,295系揭示一种具激光射线功率检测功能的光学扩束镜装置(optical beam expander with a function of laserpower detection)包含：a)一柱型套筒/镜筒(cylindrical housing)；b)一透镜组(a lensset)位于柱型套筒内部且具有一凹透镜25)及一凸透镜23)；c)一分光镜(a beamsplitter)位于凹透镜25与凸透镜之间；及d)一光检测器(an optical detector位于凹透镜与光束分光镜之间用以检测激光射线经分光镜反射至光检测器的部分激光射线(apart of laser ray)的激光射线功率，其中一反射角(a reflecting angle)在激光射线发射方向(emitting direction)与部分激光射线的反射方向(reflecting direction)之间是小于45度(less than 45 degrees)，然，由于美国实用新型公开号US2005/0041705A1的申请日2004年2月10日早于美国实用新型专利US6,970,295，且US2005/0041705A1的说明书内容及其图示均已揭示一分光镜位于一凹透镜与一凸透镜之间及一光检测器位于凹透镜与分光镜之间的技术特征，故US6,970,295所设具的分光镜(a beamsplitter)及光检测器二构成要件的设立位置显然并非美国实用新型专利US6,970,295的技术特征；再参考美国实用新型专利US6,970,295的图1所示，可知其光检测器34的受光面系垂直于柱型套筒中心轴(即激光射线发射方向)，也就是光检测器34系直立在光束分光镜支持座(beam splitter holder)的内缘面上并贴靠于红外线滤光镜(infrared cut-off filter)32的外侧面上而使其受光面的法线平行于柱型套筒中心轴(即激光射线发射方向)，此时分光镜则是以小于22.5度斜置，如此才可使激光射线发射方向与部分激光射线的反射方向之间的反射角(reflecting angle)达到或满足小于45度的限定条件；虽然反射角16小于45度可使柱型套筒的管径相对缩小，但相对使光检测器过于接近柱型套筒中心轴(即激光射线发射方向)，尤其当光检测器与分光镜之间距离较小时更形接近，容易影响到激光射线的发射方向，因此光检测器与分光镜之间距离不宜太短，否则不利于组装；又光检测器直立在分光镜支持座(beam splitter holder)的内缘面上，也就是以支持座的内缘面为基础点，当安装光检测器在支持座的内缘面上时其相对于支持座内缘面的设置高度即已相对固定，因此在组装时不容易调整光检测器(即其受光面)的高度位置；又分光镜系斜设在支持座的出口端上，当分光镜的斜设角度稍有偏差致反射光无法对准光检测器的受光面时，只能调整分光镜的斜设角度以使反射光对准光检测器的受光面，而无法或难以调整光检测器的高度位置，如此容易造成光学扩束镜装置组装作业的困扰，不利于量产化。

美国实用新型公开号US2005/0041705A1揭示一种具有激光功率自动控制装置的激光模块，其利用一自动控制线路耦接于一激光驱动器(laser driver)，且其上设有一光检测器以接收由一分光镜所反射的部分激光射线，以调整激光驱动器(laserdriver)的输出功率，其中所述分光镜系安排设于激光驱动器(laser driver)之前以反射部分激光射线并设于透镜组之中如在滤光镜(filter)及凸透镜之间；然而，美国实用新型公开号US2005/0041705A1因为不具进步性而核驳并已放弃答辩而失效。

又一激光装置基本上是包含一驱动电路、一激光光源模块及一光学输出模块等三个主要构成要件，且各构成要件的结构设计或多或少会影响一激光装置的波长转换效率，如转换前激光射线的波长(λ1)或最大转换波长(λc)都会随操作环境的温度而变化，而激光光源模块中激光二极管(laser diode)的工作温度常随使用时间久而升高致相对降低波长转换效率，因此激光光源模块中激光二极管的散热功能就相对重要；又激光射线点入射至非线性晶体(波长转换器)的位置所产生的转换效率会差异很大，因此激光光源模块的结构如具有X、Y、Z轴的调校功能时，就能将转换效率调至最大即最佳状况，如使非线性晶体的入射面调校至贴近激光二极管的发光点，则可将转换效率调至最大；因此针对一激光装置如绿光激光装置，亟需在整体结构上提出更完善的配合设计，如简化结构或组装作业以有利于量产化及降低成本并能有效地提高其转换效率，始能符合市场的需求。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种具高波长转换效率的激光装置，包含一激光光源模块(laser light source module)、一光学输出模块(optical output module)及一脉冲式驱动电路(pulse-type driving circuit)，其中所述激光光源模块包含一套筒供一激光二极管套设在其内部及一承载座供一波长转换器及光学输出模块套设在其内部，而通过所述套筒与承载座之间所具有X、Y、Z轴三维空间的对位调校功能，以使激光二极管的激光射线点入射至波长转换器(非线性晶体)的位置可调校至最佳状况如使非线性晶体的入射面调校至以小于80微米(micron，10-6m)的间隙贴近激光二极管的发光点，以将波长转换器的转换效率调至最大，达成高波长转换效率的设计功效。

本实用新型再一目的是提供一种具高波长转换效率的激光装置，其中所述激光二极管系套设在一以金属如铜、铝或其合金制成的套筒的内部，且激光二极管的金属承座(一般为铜质)与所述套筒的内壁之间进一步涂布一层具高导热系数的散热膏，使激光二极管工作时所产生的热能可通过散热膏传导至金属套筒以达成良好的散热效果，以控制激光二极管的工作温度，避免因工作温度升高而影响波长转换效率。

本实用新型另一目的是提供一种具高波长转换效率的激光装置，其中所述光学输出模块设于承载座内，包含一聚焦透镜组及一光学检测模块，其中所述聚焦透镜组包含至少两透镜如一双凹透镜及一平凸透镜；所述光学检测模块设于聚焦透镜组所设至少两透镜之间的光学路径上，包含一滤波镜片其设于激光光源模块之前用来接收由所述激光光源模块传来的入射光线并过滤其中非特定波长光线，一分光镜片用来接收经过滤波镜片的特定波长入射光线并反射其中一部分光线，及一光检测器设于滤波镜片与分光镜片之间且平行于所述入射光线的行进方向而用来接收由分光镜片反射的部分光线并依据所接收的光线强度产生一光源检测信号以回授至脉冲式驱动电路，且所述入射光线的方向与被反射的部分光线的反射方向之间的反射角θ满足50°≤θ≤90°的条件，以简化结构及组装作业以有利于量产化及降低成本。

本实用新型又另一目的是提供一种具高波长转换效率的激光装置，其中所述脉冲式驱动电路由一光输出功率检测电路(Photo-Diode Current Detector)、一第一级电压跟随器(1st Voltage Follower)、一主动滤波器与比较电路(Low-Pass ActiveFilter)、一第二级电压跟随器(2nd Voltage Follower)、一激光二极管驱动电路(Laser-Diode Driver & Current Sensor)、一参考电压供应电路(Voltage Reference)、一振荡电路(Oscillator)及一过电流保护电路(Over Current Protection)等八个工作方块线路所组成，使可以脉波调变方式来驱动激光二极管以达到省电功效，并可搭配光输出功率自动调节(Automatic Power Control)功能以动态调整激光二极管的工作电流，以达到恒定的光输出功率，使激光装置达成高波长转换效率的设计目的。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种具高波长转换效率的激光装置，其包含一激光光源模块，一光学输出模块及一脉冲式驱动电路，其中：

所述激光光源模块，其包含一套筒及一承载座，所述套筒内部套设一激光二极管，所述承载座内部套设一波长转换器及光学输出模块，其中所述波长转换器的入射面调校至贴近所述激光二极管的发光点；又所述激光二极管包含一金属承座，所述金属承座与所述套筒的对应内壁之间涂布一层具高导热系数的散热膏以使所述金属承座与所述套筒粘结固定成一体并使所述激光二极管工作时所产生的热能通过所述散热膏传导至所述套筒而向外散热；

所述光学输出模块，其设于所述承载座内部，包含一聚焦透镜组及一光学检测模块，所述聚焦透镜组包含至少两透镜，所述光学检测模块设于所述聚焦透镜组的至少两透镜之间的光学路径上并包含一滤波镜片、一分光镜片及一光检测器且组装在一筒座上，其中所述滤波镜片设于所述激光光源模块的波长转换器之前并垂直于所述承载座的中心轴供用以接收由所述激光光源模块传来的入射光线并过滤其中非特定波长光线；所述分光镜片斜置组装在所述筒座上供用来接收经过所述滤波镜片的特定波长入射光线并反射其中一部分光线而使大部分光线向外射出；所述光检测器水平设于所述滤波镜片与所述分光镜片之间的筒座内部而平行于所述入射光线的行进方向供用来接收由所述分光镜片反射的一部分光线并依据所接收的部分光线的光线强度来产生一光源检测信号以回授至所述脉冲式驱动电路；

所述脉冲式驱动电路，其由一光输出功率检测电路、一第一级电压跟随器、一主动滤波器与比较电路、一第二级电压跟随器、一激光二极管驱动电路、一参考电压供应电路、一振荡电路及一过电流保护电路构成，使所述脉冲式驱动电路能以脉波调变方式来驱动所述激光二极管发光，并能动态调整所述激光二极管的工作电流以达到恒定的光输出功率。

与现有技术相比，本实用新型所述的具高波长转换效率的激光装置，利用套筒与承载座之间的三维空间(X、Y、Z轴)对位调校功能以使激光射线入射至波长转换器的位置可调校至最佳状况，并以脉波调变方式来驱动激光二极管并同时搭配光输出功率自动调节功能以动态调整激光二极管的工作电流，以达成省电及恒定的光输出功率。

附图说明

图1是本实用新型激光装置的功能方块示意图。

图2是本实用新型一实施例的外观示意图。

图3是本实用新型一实施例的一局部分解示意图。

图4是本实用新型一实施例的另一局部分解示意图。

图5是本实用新型一实施例的一侧面剖视示意图。

图6是本实用新型激光装置的脉冲式驱动电路一实施例的功能方块图。

图7是本实用新型激光装置的脉冲式驱动电路一实施例的线路结构示意图。

图8(A)是现有技术的线路on/off调变方式示意图。

图8(B)是本实用新型的阶级式调变方式示意图。

附图标记说明：1-激光装置；100-激光光源模块；101-入射光线；102-(特定波长)入射光线；103-(小)部分光线；104-大部分光线；110-套筒；111-交界面；112-内壁；120-承载座；121-交界面；130-激光二极管；131-发光点；132-金属承座；133-散热膏；140-波长转换器；141-入射面；142-晶体套；143-外环；150-外套筒；200-光学输出模块；210-聚焦透镜组；211-双凹透镜；212-平凸透镜；220-光学检测模块；221-滤波镜片(filter lens)；222-分光镜片(bem-splitting lens)；223-光检测器(photodetector)；224-筒座；300-脉冲式驱动电路；310-光输出功率检测电路(Photo-DiodeCurrent Detector)；311光检测器(Photo-Detector)；312-可调电阻器(VariableResistor)；320-第一级电压跟随器(1st Voltage Follower)；330-主动滤波器与比较电路(Low-Pass Active Filter)；340-第二级电压跟随器(2nd Voltage Follower)；350-激光二极管驱动电路(Laser-Diode Driver & Current Sensor)；351-缓启动电路；352-电流检测电路；360-参考电压供应电路(Voltage Reference)；370-振荡电路(Oscillator)；380-过电流保护电路(Over Current Protection)。

具体实施方式

参考图1，其是本实用新型的激光装置1的功能方块图，所述激光装置1包含一具有X、Y、Z轴三维空间对位调校功能的激光光源模块100，一光学输出模块200及一脉冲式驱动电路300。所述脉冲式驱动电路300能提供脉冲式驱动信号S_PULSE来驱动激光光源模块100；激光光源模块100通过X、Y、Z轴的三直角坐标轴的对位调校而能以最佳转换效率来提供激光光源L_S；光学输出模块200能调整激光射线束L_S的行进方向并过滤非特定波长的激光射线，因此能输出具特定波长的平行激光射线L_S-OUT，且同时所述光学输出模块200也能检测具特定波长激光射线L_S-OUT的部分反射光线的强度以产生相对应的光源检测信号S_DELECT；脉冲式驱动电路300再依据所述光源检测信号S_DELECT来调整输出至激光光源模块的脉冲式驱动信号SPULSE，使其以脉波调变方式来驱动激光光源模块100中的激光二极管，且可同时搭配光输出功率自动调节(Automatic Power Control)功能以动态调整激光二极管的工作电流，以达到省电及恒定的光输出功率的功效，使激光装置1能维持恒定的光学输出功率。

参考图2-图5，其分别是本实用新型一实施例的外观、两不同局部分解及一侧面剖视示意图。本实施例的激光装置1包含一激光光源模块(laser light source module)100、一光学输出模块(optical output module)200及一脉冲式驱动电路(pulse-typedriving circuit)300，其中所述激光光源模块100包含一套筒110及一承载座120，所述套筒110的内部套设一激光二极管130，而承载座120的内部套设一波长转换器140及光学输出模块200；本实施例中，激光二极管130以紧配合组装在套筒110的内部；波长转换器140连结设在一晶体套142内，所述晶体套142外缘套设一外环143，再使所述外环143套设组装在承载座120的内部；则组装时，所述波长转换器140与组装在套筒110内部的激光二极管130之间可通过所述外环143以在承载座120内先进行X、Y轴的对位调校，并可同时通过所述外环143在承载座120的中心轴上前后滑动以进行Z轴的对位调校，也就是通过所述外环143在承载座120内沿中心轴(Z轴)前后滑动以进行对位调校以使波长转换器140(如非线性晶体)的入射面141调校至贴近激光二极管130的发光点131，达成Z轴(第三座标轴)的调校对位功效；最后，在完成波长转换器140与激光二极管130之间的X、Y、Z轴对位调校后，再将套筒110与承载座120通过两者之间的交界面111、121黏固定位而组装成一体；这样，由于所述套筒110与承载座120之间具有上述的X、Y、Z轴的三维空间对位调校功能，可使激光二极管130的激光射线点入射至波长转换器140(如非线性晶体)的位置可调校至最佳状况，如使波长转换器140(如非线性晶体)的入射面141调校至贴近激光二极管130的发光点131而使两者之间的空隙小于80微米(micron，10-6m)，以将波长转换器140的转换效率调至最大，达成高波长转换效率的设计功效。另外，脉冲式驱动电路(pulse-type driving circuit)300的电路板设在一外套筒150内，所述外套筒150与套筒110及承载座120组装成一体而形成激光装置1。

所述激光二极管130组装设在套筒110的内部，而所述套筒110以具导热功能的金属如铜、铝或其合金制成；而激光二极管130包含一金属承座132；组装时，本实用新型进一步在金属承座132与套筒110的对应内壁112之间涂布一层具高导热系数的散热膏133，以使金属承座132与套筒110粘结固定成一体；则使用时，激光二极管130工作时所产生的热能可通过散热膏133传导至套筒110再向外散热，以达成较佳的散热效果，供可控制激光二极管130的工作温度以避免因工作温度升高而影响其激光射线的输出功率及波长转换效率。

本实用新型的激光装置1中，所述光学输出模块200设于承载座120内，包含一聚焦透镜组210及一光学检测模块220，其中所述聚焦透镜组210包含至少两透镜，如本实施例包含一双凹透镜211及一平凸透镜212但不限制；所述光学检测模块220设于聚焦透镜组210所设至少两透镜(211、212)之间的光学路径上，主要包含一滤波镜片(filter lens)221、一分光镜片(beam-splitting lens)222及一光检测器(photodetector)223，且上述三者(221、222、223)安排组装在一筒座224上；其中本实施例的滤波镜片221设于激光光源模块100的波长转换器140之前并垂直于承载座120的中心轴(即入射光线101的光轴)，用来接收由所述激光光源模块100传来的入射光线101并过滤其中非特定波长光线如本实施例过滤其中的非绿光光线；本实施例的分光镜片222斜置组装在筒座224上，用来接收经过滤波镜片221的特定波长入射光线102，并反射其中一部分光线103而使大部分光线104向外射出；本实施例的光检测器223设于滤波镜片221与分光镜片222之间且平行于所述入射光线102的行进方向，即水平设置在滤波镜片221与分光镜片222之间的筒座224内部，用来接收由分光镜片222所反射的部分光线103，并依据所接收的部分光线103的光线强度来产生一光源检测信号以回授至脉冲式驱动电路300；本实用新型激光装置1的光学检测模块220所包含的滤波镜片221、分光镜片222及光检测器223，通过上述的安排设置而组装在一筒座224上，特别是光检测器223的设置平行于所述入射光线102的行进方向，可使所述入射光线102的方向与被反射的部分光线103的反射方向之间的反射角θ满足50°≤θ≤90°的条件，以简化光学检测模块220的结构及组装作业，有利于本实用新型的光学检测模块220及整体激光装置1的量产化及降低成本。

参考图6、图7，其分别是本实用新型激光装置的脉冲式驱动电路一实施例的功能方块图及其线路结构示意图。本实施例设计为一绿光激光装置(Green-LD_Device)，其中所述脉冲式驱动电路300主要由一光输出功率检测电路(Photo-Diode Current Detector)310、一第一级电压跟随器(1st Voltage Follower)320、一主动滤波器与比较电路(Low-Pass Active Filter)330、一第二级电压跟随器(2nd Voltage Follower)340、一激光二极管驱动电路(Laser-Diode Driver & CurrentSensor)350、一参考电压供应电路(Voltage Reference)360、一振荡电路(Oscillator)370及一过电流保护电路(Over Current Protection)380等八个工作线路所组成，而通过所述脉冲式驱动电路300的作用，使可以脉波调变方式来驱动激光二极管130而达到省电功效，并可搭配光输出功率自动调节(Automatic Power Control)功能以动态调整激光二极管130的工作电流，以达到恒定的光输出功率，以使激光装置1达成高波长转换效率的设计目的。

参考图6、图7，分别说明本实施例的脉冲式驱动电路300所包含八个工作线路的工作原理及作用如下：

光输出功率检测电路(Photo-Diode Current Detector)310：其利用一光检测器311(Photo-Detector，即所述的光检测器223)，使其可依据一激光二极管(即所述的激光二极管130)所发射出的光线强度(即所述的部分光线103)而反应出相对应的电流，流经电阻到地电位，所积乘出来的电压，也就是激光二极管130所发射出的光信号强度的对应值；又其内部配置一可调电阻器(Variable Resistor)312，用以调整光信号输出的强弱；

第一级电压跟随器(1st Voltage Follower)320：其用来做为光输出功率检测电路310与主动滤波器电路与比较电路330的缓冲器(buffer)，以避免主动滤波器电路与比较电路330受到光输出功率检测电路310的影响；

主动滤波器与比较电路(Low-Pass Active Filter)330：其主要元件是一颗运算放大器，其“正端输入”连接到一个稳定的参考电位(即参考电压供应电路360)以做为激光二极管130的发光强度的参考基准；而由第一级电压跟随器320所传送过来的光信号强度的对应值则连接到“负端输入”，以与参考电位做比较，然后输出到第二级电压跟随器340，进而控制激光二极管130发光的强度；

第二级电压跟随器(2nd Voltage Follower)340：其主要元件是一颗运算放大器，主要是来驱动激光二极管130，同时，也可避免激光二极管130的工作电流变化，反馈回到主动滤波器与比较电路330而影响到光输出功率的稳定性；

激光二极管驱动电路(Laser-Diode Driver & Current Sensor)350：包含缓启动电路351及电流检测电路352，缓启动电路351的主要作用是依照主动滤波器与比较电路330所传送过来的信号，用来驱动激光二极管130；同时备有的电流检测电路352系用来将驱动激光二极管的电流转换成电压，传送到过电流保护电路(Over CurrentProtection)380，以避免激光二极管130因为工作电流过大而烧毁；其中，激光二极管驱动电路350中配置一电容器(Capacitor)以形成缓启动电路351，使于开机瞬间具有缓起动(Soft-Start)功能，以避免激光二极管于开机瞬间的发光强度超过设定值；本实用新型的激光二极管驱动电路(Laser-Diode Driver & Current Sensor)350进一步通过所述缓启动电路351(即电容器功能)，可将现有技术以线路呈on/off(开/关)的调变方式如图8(A)所示转变形成一种阶级式调变方式如图8(B)所示，也就是现有技术当其激光二极管驱动电路在呈关闭(off)的切断状态时其驱动电流是0(即无电流)，而本实用新型当其激光二极管驱动电路350在呈关闭(off)的切断状态时其驱动电流是保留在非0状态，如图8(B)所示可保留在所述激光二极管130的临界电流Ith(threshold current)或接近所述临界电流Ith。

参考电压供应电路(Voltage Reference)360：其用以提供一个稳定的参考电位，以做为激光二极管发光强度的参考基准；

振荡电路(Oscillator)370：其用以产生一定频率的时钟信号并传送到激光二极管驱动电路350，以驱动激光二极管130以所述频率的脉波形式发出亮光，本实用新型的时钟信号的频率可为大于30Hz而小于600KHz；本实施例为500KHz。

过电流保护电路(Over Current Protection)380：当激光二极管130的工作电流超出额定的工作电流时，过电流保护电路380可立即输出一个信号去中断激光二极管驱动电路350，以避免激光二极管因为工作电流过大而烧毁。

由于光检测器311(即所述的光检测器223)可依照激光二极管130所发射出的光强度(即所述的部分光线103的光强度)，而反应出相对应的电流，是一个固定值，因此，通过调整所述光输出功率检测电路310中的可调电阻器312，可改变所述光输出功率检测电路310所积乘出来的电压，再回授到所述主动滤波器与比较电路330的“负端输入”，就能够用以调整激光二极管130的工作电流；当所述光输出功率检测电路310所积乘出来的电压大于所述主动滤波器与比较电路330中“正端输入”的参考电位时，所述主动滤波器与比较电路330就会降低激光二极管130的工作电流，直到所述光输出功率检测电路310所积乘出来的电压等于所述主动滤波器与比较电路330中“正端输入”的参考电位为止；反之，当所述光输出功率检测电路310所积乘出来的电压小于所述主动滤波器与比较电路330中“正端输入”的参考电位时，所述主动滤波器与比较电路330就会增加激光二极管的工作电流，直到所述光输出功率检测电路310所积乘出来的电压等于所述主动滤波器与比较电路330中“正端输入”的参考电位为止；因此，调整可调电阻器312，就能够调整激光二极管130所发射出的光输出功率；而经由所述光输出功率检测电路310与所述主动滤波器与比较电路330的连动效应，进而可调整激光二极管130的光输出功率，即可达到光输出功率自动调节(Automatic Power Control)的使用功能。

本实用新型激光装置1的激光光源模块100中所使用的波长转换器140可由一非线性晶体与一倍频晶体构成但不限制，如只由一倍频晶体构成。当激光二极管130所发射的激光射线(波长λ1)射入非线性晶体时，非线性晶体会被入射的激光射线(波长λ1)激发而产生不同波长(波长λ12)的激光射线，倍频晶体再以倍频原理对所述激光射线(波长λ/12)进行波长转换，最后输出所欲波长(波长λ2)的激光射线。

本实用新型实施例中的激光二极管130可为一分布式回授(distributed feedback，DFB)激光二极管或一布拉格反射式激光(distributed Bragg reflector，DBR)激光二极管。所述非线性晶体可为掺钕钒酸钇晶体(Neodymium-doped Yttrium Orthovanadate，Nd:YVO4)，掺钕钇石榴石晶体(Neodymium-doped Yttrium Aluminium Garnet，Nd:YAG)，或掺钕四氟化钇锂(Neodymium-doped Neodymium-doped Yttrium LithiumTetrafluoride，Nd:YLF)；所述倍频晶体可为钒酸钾晶体(Potassium Titanyl Phosphate，KTiOPO4或KTP)、掺钕硼酸钇铝(Neodymium-doped Yttrium Aluminium Borate，Nd:YAB)、掺钕氧硼酸钇钙(Neodymium-doped Yttrium Calcium Oxoborate，Nd:YCOB)、掺钕氧硼酸钆钙(Neodymium-doped Gadolinium Calcium Oxoborat，Nd:GdCOB)、硼酸钡(Beta-Barium Borate，BBO)、硼酸锂(Lithium Triborate，LBO)，或磷酸二氢铵(Ammonium Dihydrogen Phosphate，ADP)。然而，本实用新型也可使用其它具类似功能的元件以做为激光二极管130、非线性晶体及倍频晶体。

举例来说，本实用新型激光装置1的激光光源模块100中所使用的波长转换器140若由一非线性晶体与一倍频晶体构成，则激光二极管130可为一808nm激光二极管晶片，非线性晶体可为Nd:YVO4晶体化合物，倍频晶体可为KTP晶体化合物；因此，激光二极管130可发射波长808nm的激光射线至波长转换器140的入射端，在被入射的波长808nm激光射线激发后，非线性晶体(Nd:YVO4晶体化合物)会产生波长1064nm的红外线激光射线；倍频晶体(KTP晶体化合物)以倍频原理对波长1064nm的红外线激光射线进行波长转换，进而产生波长532nm的绿光激光。

本实用新型的激光装置1的激光光源模块100中所使用的波长转换器140若只由一倍频晶体构成，则激光二极管130可为一1064nm激光二极管晶片，而倍频晶体可为KTP晶体化合物。因此，激光二极管130可发射波长1064nm的激光射线至波长转换器140(倍频晶体)的入射端。倍频晶体(KTP晶体化合物)以倍频原理对波长1064nm的红外线激光射线进行波长转换，进而产生波长532nm的绿光激光。

在本实用新型的实施例中，激光二极管130设置于高导热金属制成的圆形套筒110内，而波长转换器140则设置于金属制的圆形承载座120内；而通过所述高导热金属套筒110与金属承载座120之间在组装时能提供X、Y、Z轴的对位调校功能，使激光光源模块100能以最佳转换效率来提供激光光源。又本实用新型在激光二极管130和高导热金属套筒110之间的空隙内设置散热膏133，所述散热片133以具高导热系数材质制成，因此能将激光二极管130在工作时所发出的热能快速地传导至套筒110再向外辐射散发，避免因热能累积导致量子效应下降，因此能提升激光输出功率。

以上所示仅为本实用新型的优选实施例，对本实用新型而言仅是说明性的，而非限制性的。在本专业技术领域具通常知识人员理解，在本实用新型权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种具高波长转换效率的激光装置，其特征在于，其包含一激光光源模块，一光学输出模块及一脉冲式驱动电路，其中：

所述激光光源模块，其包含一套筒及一承载座，所述套筒内部套设一激光二极管，所述承载座内部套设一波长转换器及光学输出模块，其中所述波长转换器的入射面调校至贴近所述激光二极管的发光点；又所述激光二极管包含一金属承座，所述金属承座与所述套筒的对应内壁之间涂布一层具高导热系数的散热膏以使所述金属承座与所述套筒粘结固定成一体并使所述激光二极管工作时所产生的热能通过所述散热膏传导至所述套筒而向外散热；

所述光学输出模块，其设于所述承载座内部，包含一聚焦透镜组及一光学检测模块，所述聚焦透镜组包含至少两透镜，所述光学检测模块设于所述聚焦透镜组的至少两透镜之间的光学路径上并包含一滤波镜片、一分光镜片及一光检测器且组装在一筒座上，其中所述滤波镜片设于所述激光光源模块的波长转换器之前并垂直于所述承载座的中心轴供用以接收由所述激光光源模块传来的入射光线并过滤其中非特定波长光线；所述分光镜片斜置组装在所述筒座上供用来接收经过所述滤波镜片的特定波长入射光线并反射其中一部分光线而使大部分光线向外射出；所述光检测器水平设于所述滤波镜片与所述分光镜片之间的筒座内部而平行于所述入射光线的行进方向供用来接收由所述分光镜片反射的一部分光线并依据所接收的部分光线的光线强度来产生一光源检测信号以回授至所述脉冲式驱动电路；

所述脉冲式驱动电路，其由一光输出功率检测电路、一第一级电压跟随器、一主动滤波器与比较电路、一第二级电压跟随器、一激光二极管驱动电路、一参考电压供应电路、一振荡电路及一过电流保护电路构成，使所述脉冲式驱动电路能以脉波调变方式来驱动所述激光二极管发光，并能动态调整所述激光二极管的工作电流以达到恒定的光输出功率。

2.如权利要求1所述的具高波长转换效率的激光装置，其特征在于，所述波长转换器连结设在一晶体套内，所述晶体套的外缘并套设一外环，所述外环再套设在所述承载座内部，以使所述波长转换器与组装在所述套筒内部的激光二极管之间能通过所述外环以在所述承载座内先进行X、Y轴的对位调校并在承载座的中心Z轴上前后滑动以调校位置，而在完成所述波长转换器与所述激光二极管之间X、Y、Z轴的对位调校后，再将所述套筒与所述承载座粘固定位而组装成一体。

3.如权利要求1所述的具高波长转换效率的激光装置，其中所述波长转换器的入射面以小于80微米的间隙贴近所述激光二极管的发光点。

4.如权利要求1所述的具高波长转换效率的激光装置，其特征在于，在所述光学输出模块中所述分光镜片用来接收经过所述滤波镜片的特定波长入射光线并反射其中一部分光线至所述光检测器，而所述分光镜片的入射光线的方向与被所述分光镜片反射的部分光线的反射方向之间的反射角θ满足50°≤θ≤90°的条件。

5.如权利要求1所述的具高波长转换效率的激光装置，其特征在于，所述脉冲式驱动电路进一步包含：

所述光输出功率检测电路利用所述光学输出模块中的光检测器依据所述激光光源模块中的激光二极管的光线强度而反应出相对应的电流，再流经电阻到地电位而积乘出来的电压以作为所述激光二极管所发射出的光信号强度的对应值，并配置一可调电阻器以调整光信号输出的强弱；

所述第一级电压跟随器用来作为光输出功率检测电路与主动滤波器电路与比较电路的缓冲器，以避免所述主动滤波器电路与所述比较电路受到所述光输出功率检测电路的影响；

所述主动滤波器与所述比较电路是一运算放大器，所述运算放大器正端输入连接到所述参考电压供应电路以作为所述激光二极管的发光强度的参考基准，而由所述第一级电压跟随器所传送过来的光信号强度的对应值则连接到所述运算放大器吗负端输入以与参考电位做比较，然后输出到所述第二级电压跟随器以控制所述激光二极管发光的强度；

所述第二级电压跟随器是一运算放大器用以驱动所述激光二极管，并避免所述激光二极管的工作电流变化反馈回到所述主动滤波器与所述比较电路而影响到光输出功率的稳定性；

所述激光二极管驱动电路包含一缓启动电路及一电流检测电路，所述缓启动电路依照所述主动滤波器与所述比较电路所传送过来的信号以驱动所述激光二极管且配置一电容器以在开机瞬间能缓起动以避免所述激光二极管在开机瞬间发光强度超过设定值；所述电流检测电路用来将驱动所述激光二极管的电流转换成电压并传送到所述过电流保护电路以避免所述激光二极管因为工作电流过大而烧毁；

所述参考电压供应电路用以提供一个稳定的参考电位，以作为所述激光二极管发光强度的参考基准；

所述振荡电路用以产生一定频率的时钟信号并传送到所述激光二极管驱动电路以驱动所述激光二极管以所述频率的脉波形式发出亮光；

所述过电流保护电路当激光二极管的工作电流超出额定的工作电流时，其能立即输出一个信号去中断激光二极管驱动电路以避免激光二极管因为工作电流过大而烧毁；

其中，当所述光输出功率检测电路所积乘出来的电压大于所述主动滤波器与所述比较电路中其正端输入的参考电位时，所述主动滤波器与所述比较电路就会降低激光二极管的工作电流，直到所述光输出功率检测电路所积乘出来的电压等于所述主动滤波器与所述比较电路中其正端输入的参考电位为止；当所述光输出功率检测电路所积乘出来的电压小于所述主动滤波器与所述比较电路中其正端输入的参考电位时，所述主动滤波器与所述比较电路就会增加所述激光二极管的工作电流，直到所述光输出功率检测电路所积乘出来的电压等于所述主动滤波器与所述比较电路中其正端输入的参考电位为止。

6.如权利要求5所述的具高波长转换效率的激光装置，其特征在于，所述脉冲式驱动电路中的激光二极管驱动电路进一步通过其缓启动电路所设的电容器以使所述激光二极管驱动线路在呈关闭的切断状态时其驱动电流保留在非0状态。

7.如权利要求6所述的具高波长转换效率的激光装置，其特征在于，当所述激光二极管驱动线路在呈关闭的切断状态时其驱动电流保留在其激光二极管的临界电流Ith或接近临界电流。

8.如权利要求5所述的具高波长转换效率的激光装置，其特征在于，所述脉冲式驱动电路中的振荡电路所产生的时钟信号的频率大于30Hz而小于600KHz。

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