CN204028411U - 激光控光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光控光装置。其特征在于包括激光输出装置、耦合透镜组、液芯光纤，其中液芯光纤包括光纤两端的晶体光窗和内部高折射率的液体，由低折射率的外包层管包裹，光线在纤芯内部发生全反射而向前传输。本实用新型的有益效果是激光的色域范围宽，能调整成各种不同颜色的光斑；且采用了导光束直接将激光导入到和光光学器件内，简化了导光系统，提高了耦合效率；同时采用了导光束直接将激光导入到和光光学器件内，简化了导光系统，提高了耦合效率降低了成本，消除了激光光束的相干性。

Description

激光控光装置

技术领域

本实用新型专利涉及一种激光控光装置，属于激光照明及激光演示领域。

背景技术

建筑照明、景观照明作为亮化城市、休闲场地、娱乐场所的一种手段，能够美化景物，亮化建筑墙面，营造氛围，越来越多的被设计者所采用。现在广泛使用的照明光源是气体灯和LED光源。气体灯作为光源，体积庞大，电功率非常高，发热量大，颜色选择需要用各种不同的滤光片来实现，能量利用率低，颜色选择性受限，实现成本较高，结构复杂，光斑整形不便。而LED光源，由于无法达到气体灯的亮度而使用范围受限。

半导体激光器（LD）作为新一代的半导体照明光源，由于其发光效率高（>80lm/w），功耗低，寿命长，能量可叠加，准直效果好，光斑整形简便，能满足不同的照明需求，成为下一代照明光源的有力竞争者。激光红色（R）、绿色（G）、蓝色（B）三色包含的色域广，通过调整RGB三色的能量配例，能简便的组成近乎无数种不同颜色。但是现有的和光方案基本上都是采用多片和光片或者X-cube等光学元件实现，不但成本高，元件结构和加工工艺、膜层设计及加工工艺复杂复杂，成品率低，光路调整不便，而且膜层由于对环境要求较高，室外长期使用会因为膜层的稳定性等原因导致和光效果减弱甚至失效。光斑整形采用各种自由曲面透镜，面临设计困难，对加工要求高，检验不便等难题。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中所存在的不足，提供一种激光控光装置解决了公知技术存在的多光束激光和光、分光方面耦合效率低、相干性高、成本高的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是，包括激光输出装置、耦合透镜组、液芯光纤，其中液芯光纤包括光纤两端的晶体光窗和内部高折射率的液体，由低折射率的外包层管包裹，光线在纤芯内部发生全反射而向前传输。

优化的，所述的激光输入装置，由能发出各种不同颜色的激光器和对应的导光束组成，激光器包括不同颜色的半导体激光器、固体激光器及半导体泵浦固体激光器；导光束为N合一光纤，N等于激光器数量，N根光纤的另一端集束在一起密排布，形成平的输出端面。

优化的，所述的耦合透镜组，由2片或2片以上的透镜组成。

优化的，所述的透镜为球面透镜、或者非球面透镜，或者菲涅尔透镜，或自由曲面透镜，材料为光学玻璃、或光学塑料。

优化的，所述的液芯光纤以透明液体作为纤芯材料，填充于折射率较低的聚合物材料包层管中，两端以透明光学材料作为透明窗，透明液体满足全反射条件。

优化的，所述的液芯光纤在一定的折弯半径内可以随意指向。

优化的，所述的液芯光纤的数值孔径>0.22。

 本实用新型具有如下优点及有益技术效果：

1、由于采用了多色激光光源，激光的色域范围宽，能调整成各种不同颜色的光斑；由于采用了导光束直接将激光导入到和光光学器件内，简化了导光系统，提高了耦合效率；由于采用了耦合镜组，提高了石英光纤到液芯光纤的耦合效率；由于采用了液芯光纤，直接将激光的光束导入到液芯光纤进行混光，未经过和光片或者和光棱镜，简化了和光光路系统，提高了整个系统的可靠性和耦合效率，降低了成本。另一方面由于液芯光纤内部液体分子的无序布朗运动，影响了激光的波前特性，消除了激光光束的相干性。

本实用新型结构简单易实现，混光、消相干效果良好，系统的耦合效率高，工艺简单，易于大规模生产。

2、优化的激光输出装置，与激光器耦合的导光束一端导出激光，另一端将各种颜色的激光集成，然后耦合到液芯光纤中。这种连接方式，可以近乎无限的增加液芯光纤内的激光能量，而不会造成耦合结构复杂，不会造成耦合器件数量的增加。

3、所述的激光器主要包括不同颜色的半导体激光器，或者固体激光，或者半导体泵浦固体激光器等种类。激光器发出的光包含的色域广，调整各色的能量比例，能组合颜色的种类数量多。

4、优化的耦合透镜组，耦合透镜双面镀增透膜，提高光线的耦合效率。

5、所述的液芯光纤，必须保证一定的长度，满足了混色、匀光的功能，并且液芯光纤挠性好，在一定弯曲角度内，指向性自由。

附图说明

图1为激光输出、耦合、混色匀光示意图。

图2为集束光纤输出端面示意图。

图3为耦合透镜组示意图。

图4为液芯光纤示意图。

图中，1、为激光输出装置，101~106为不同颜色的激光光源，107~112为分立的导光束，113为导光束集束端；2、耦合透镜组；3、液芯光纤，301~302为液芯光纤两端的石英光窗。

具体实施方式

结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例  

一种激光控光装置包括激光输出装置、耦合透镜组、液芯光纤，其中液芯光纤包括光纤两端的晶体光窗和内部高折射率的液体，由低折射率的外包层管包裹，光线在纤芯内部发生全反射而向前传输。所述的激光输入装置，由能发出各种不同颜色的激光器和对应的导光束组成，激光器包括不同颜色的半导体激光器、固体激光器及半导体泵浦固体激光器；导光束为N合一光纤，N等于激光器数量，N根光纤的另一端集束在一起密排布，形成平的输出端面。所述的耦合透镜组，由2片或2片以上的透镜组成。所述的透镜为球面透镜、或者非球面透镜，或者菲涅尔透镜。所述的液芯光纤以透明液体作为纤芯材料，填充于折射率较低的聚合物材料包层管中，两端以透明光学材料作为透明窗，透明液体满足全反射条件。所述的液芯光纤在一定的折弯半径内可以随意指向。所述的液芯光纤的数值孔径>0.22。

 由图1-图4所示，采用水冷红光（R），绿光（G），蓝光（B）激光器，根据照射面的照度需求，R、G、B三色激光器可选用一个或者多个，具体为两个红光半导体激光器101和102，两个绿光半导体激光器103和104，两个蓝光半导体激光器105和106组成激光光源，三个激光器的输出光功率分别连续可调。

以一根六合一集束光纤为例，根据半导体激光器与光纤耦合效率的计算结构要求，导光束数值孔径为0.22。红光半导体激光器的光101和102的光通过导光束107和108耦合输出；绿光半导体激光器的光103和104通过导光束109和110耦合输出；蓝光半导体激光器的光105和106通过导光束111和112耦合输出。六根耦合光纤的另一端集束在一起113，形成一个平整的端面，中间的一根为定位光纤，不参与导光，如图2所示。

 耦合镜组采用2片K9玻璃制成，一片式弯月镜，另一片为双凸镜。将激光输出装置输出的光线进行角度压缩并耦合进液芯光纤的输入端面。

选用的液芯光纤通光口径为3mm，数值孔径为0.5，长度为2米。在光的传输过程中，光束在光纤内经过多次全反射，由于液芯光纤内的液体分子始终不停的做无规则布朗运动，改变激光的波前参数，消除了激光的相干性，并能将各色光混色、匀光，形成颜色混合良好，无相干性的光束。

 以上器件组合放置，从液芯光纤输出端得到混色良好，光斑比较均匀的消相干光束，光束发散角度约为+/-30度。

  需要指出的是，以上所述，仅为本实用新型专利的具体实施方式，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化相替换，都应涵盖在本实用新型专利的保护范围内。因此，本实用新型专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种激光控光装置，包括激光输出装置(1)、耦合透镜组(2)、液芯光纤(3)，其特征在于液芯光纤包括光纤两端的晶体光窗和内部高折射率的液体，由低折射率的外包层管包裹，光线在纤芯内部发生全反射而向前传输。

2.根据权利要求1所述的激光控光装置，其特征在于所述的激光输入装置，由能发出各种不同颜色的激光器和对应的导光束组成，激光器包括不同颜色的半导体激光器、固体激光器及半导体泵浦固体激光器；导光束为N合一光纤，N等于激光器数量，N根光纤的另一端集束在一起密排布，形成平的输出端面。

3.根据权利要求1所述的激光控光装置，其特征在于所述的耦合透镜组，由2片或2片以上的透镜组成。

4.根据权利要求3所述的激光控光装置，其特征在于所述的透镜为球面透镜、或者非球面透镜，或者菲涅尔透镜，或者自由曲面透镜。

5.根据权利要求1或2所述的激光控光装置，其特征在于所述的液芯光纤以透明液体作为纤芯材料，填充于折射率较低的聚合物材料包层管中，两端以透明光学材料作为透明窗，透明液体满足全反射条件。

6.根据权利要求1所述的激光控光装置，其特征在于所述的液芯光纤在一定的折弯半径内可以随意指向。

7.根据权利要求1或5所述的激光控光装置，其特征在于所述的液芯光纤的数值孔径>0.22。