CN207398582U - 多色激光器合束装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种多色激光器合束装置，该装置包括多个相互并联的具有不同波长的激光器，多个相互并联的准直透镜，准直透镜分别位于相对应的半导体激光器的输出光路上，用于合束的合束镜组，合束镜组的输入端位于所述准直透镜的输出光路上。多色半导体激光器合束装置还包括多个相互并联的棱镜对，棱镜对分别位于相对应的准直透镜的输出光路上，合束镜组的输入端位于棱镜对的输出光路上，合束镜组包括反射镜和透反镜。该多色激光器合束装置结构简单、紧凑，体积小、低成本等优点，所有光学件采用粘胶工艺粘接在玻璃平台上，并且光学件可以灵活固定位置，该多色激光器合束装置可以直接使用在任何双光束或者多光束合束的项目中。

Description

多色激光器合束装置

技术领域

本实用新型涉及一种多色激光器合束装置，属于光学照明、眼底成像、基因测序等技术领域。

背景技术

半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的激光器。由于物质结构上的差异，不同种类产生激光的具体过程比较特殊。常用工作物质有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。 半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器在室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。

半导体激光器可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成，并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。半导体激光器因其光电转换效率高，覆盖波长范围广、使用寿命长、能高速调制、体积小、重量轻、价格便宜等原因，已经得到了越来越广泛的应用。

光纤激光器（Fiber Laser）是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来，在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。光纤激光器的应用范围非常广泛，包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接（铜焊、淬水、包层以及深度焊接）、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设，作为其他激光器的泵浦源等等。

现有双色光纤激光器或半导体激光器需要两个激光器机械组合在一起，并且合束精度不高，体积大。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种多色激光器合束装置。

本发明的上述目的，其得以实现的技术解决方案：多色激光器合束装置，包括多个相互并联的具有不同波长的激光器，多个相互并联的准直透镜，所述准直透镜分别位于相对应的所述半导体激光器的输出光路上，

用于合束的合束镜组，所述合束镜组的输入端位于所述准直透镜的输出光路上。

优选地，所述多色半导体激光器合束装置还包括多个相互并联的棱镜对，所述棱镜对分别位于相对应的所述准直透镜的输出光路上，所述合束镜组的输入端位于所述棱镜对的输出光路上。

优选地，所述合束镜组包括反射镜和透反镜。

优选地，每个所述激光器均固定在热沉上，所述热沉固定于底座上，所述热沉与底座之间夹设有一用于控温的TEC。

优选地，每个所述准直透镜、棱镜对和合束镜组均粘接于玻璃平台上，所述玻璃平台通过黑胶粘接在底座上。

优选地，每个所述准直透镜、棱镜对和合束镜组通过紫外胶固化于玻璃平台上。

优选地，所述激光器为半导体激光器或光纤激光器。

优选地，所述准直透镜为非球面透镜或双胶合透镜。

优选地，所述非球面准直透镜具有正的光焦度。

优选地，包括相互并联的具有不同波长的第一激光器和第二激光器，

相互并联的第一准直透镜和第二准直透镜，相互并联的第一棱镜对和第二棱镜对，所述合束镜组包括反射镜和透反镜，

第一激光器发出的第一激光光束经过第一准直透镜准直后形成第一椭圆准直光束，该第一椭圆准直光束再经过第一棱镜对整形转换，得到第一准直圆形光束，该第一准直圆形光束入射反射镜，

第二激光器发出的第二激光光束经过第二准直透镜准直后形成第二椭圆准直光束，该第二准直光束再经过第二棱镜对整形转换，得到第二准直圆形光束，该第二准直圆形光束入射透反镜，

第二准直圆形光束经过反射镜反射再入射透反镜，所述透反镜对第一准直圆形光束为反射，对第二准直圆形光束为透射，

第一准直圆形光束经过透反镜反射，第二准直圆形光束经过透反镜透射实现合束。

本实用新型技术方案的优点主要体现在：该多色激光器合束装置结构简单、紧凑，应用广泛，所有光学件采用粘胶工艺粘接在玻璃平台上，在组装过程中去除了机械件，结构上省去了很多空间，并且光学件可以灵活固定位置，相比其它激光器合束而言具有体积小、结构灵活、节省成本等优势。

该多色激光器合束装置可以直接使用在任何双光束或者多光束合束的项目中，只要更改准直光学件或者增加多个准直光路就可以满足客户的不同需求，可以做成三色合束和四色合束激光器，缩短了新产品的研发周期，大大地节省了研发成本，适合在产业上推广使用。

附图说明

图1是本实用新型多色激光器合束装置的结构示意图。

图2是本实用新型多色激光器合束装置的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。

本实用新型揭示了一种多色激光器合束装置，多色激光器合束装置，包括多个相互并联的具有不同波长的激光器，所述激光器为半导体激光器或光纤激光器。多个相互并联的准直透镜，所述准直透镜为非球面透镜或双胶合透镜，所述准直透镜分别位于相对应的所述半导体激光器的输出光路上，用于合束的合束镜组，所述合束镜组的输入端位于所述准直透镜的输出光路上。所述合束镜组包括反射镜和透反镜，所述多色半导体激光器合束装置还包括多个相互并联的棱镜对，所述棱镜对分别位于相对应的所述准直透镜的输出光路上，所述合束镜组的输入端位于所述棱镜对的输出光路上。

实施例：

多色激光器合束装置，如图1所示，该装置包括相互并联的具有不同波长的第一激光器1和第二激光器2，相互并联的第一准直透镜3和第二准直透镜4，相互并联的第一棱镜对5和第二棱镜对6，所述合束镜组7包括反射镜71和透反镜72。在本技术方案中，所述第一激光器优选为488nm波长的半导体激光器，第二激光器优选为638nm波长的半导体激光器，所述第一准直透镜3和第二准直透镜4优选为非球面准直透镜，所述非球面准直透镜具有正的光焦度，在本实施例中，非球面透镜的焦距没有具体要求，可以根据客户需求的光斑直径大小来设计。

要实现两束准直光合束成一条准直光束，需要先分别对两束光路进行准直。由于488nm和638nm的半导体激光器都是椭圆发射光，快轴和慢轴的发散角不一致，经过一个非球面准直透镜之后形成的是一束椭圆的准直光斑，在此基础上需要一组棱镜对来整形光斑，使得出射光为准直的圆形光斑，638nm的半导体激光器也采用相同的光束整形原理。根据激光器发光性质的不同，可以应用不同的整形方式，具体为：椭圆光斑用准直透镜加棱镜对的组合，圆光斑激光器可以直接加准直透镜，根据激光器的发散角不同又可以选择不同形式的准直透镜，例如非球面透镜和双胶合透镜，一般来说非球面透镜应用的入射光的数值孔径NA要比双胶合透镜数值孔径大。

具体地，第一激光器1发出的第一激光光束经过第一准直透镜3准直后形成第一椭圆准直光束，该第一椭圆准直光束再经过第一棱镜对5整形转换，得到第一准直圆形光束，该第一准直圆形光束入射反射镜71。

第二激光器2发出的第二激光光束经过第二准直透镜4准直后形成第二椭圆准直光束，该第二准直光束再经过第二棱镜对6整形转换，得到第二准直圆形光束，该第二准直圆形光束入射透反镜72。

第二准直圆形光束经过反射镜71反射再入射透反镜72，所述透反镜72对第一准直圆形光束为反射，对第二准直圆形光束为透射，第一准直圆形光束经过透反镜72反射，第二准直圆形光束经过透反镜72透射实现合束。

在使用过程中，透反镜根据选用激光器的波长做不同的选择，主要作用是透射一个波长，反射另一个波长，需要注意的是两束光波长之间最好大于50μm，因为波长越接近的镀膜膜系越难设计，成本越高。

该双色激光器是在一个光学平台上，放置两路准直光束，在用透反镜使两束光路合在一起，合束精度可以达到百μm量级。该合束装置在结构有很好的稳定性，可以扩展到任意波长激光器的合束（两束光之间的波长需要大于50um），同时可以扩展到多色（大于双色）激光器的合束。

双色激光器合束装置作为一个多色光源，可以在广泛的领域中得到应用，它的优势既有高斯光束的激光性质，又有宽波段的多色光性质。例如多色激光器在眼底成像中就有很好的应用，眼底富有各种动静脉微细血管，它是人体能直接、清楚观察到血管的唯一部位。直接清晰的看到眼底的血管或者一张清晰的眼底血管照片，对眼科医生来说是重要的诊断工具。可以应用到眼底成像的多色光源，一般眼底成像的光源主要分为488nm、532nm、638nm和802nm四色合束激光器，488nm、532nm、和785nm三色合束激光器 ，532nm和638nm双色合束激光器，在使用过程中根据成本以及功能做适当的选择。

由于激光模块中大多数是玻璃类光学件的集成，光学件如果能够都在玻璃平台上装配，相比光学件与金属机械件平台的装配，热膨胀系数相同，可以在不同温度环境达到稳定的性能。如图2所示，每个所述激光器均固定在热沉8上，在本技术方案中，以第一激光器1为例，所述第一激光器1固定在热沉8上，所述热沉固定于底座9上，所述热沉8与底座9之间夹设有一用于控温的TEC 10。TEC为半导体致冷器(Thermo Electric Cooler)，激光器对于温度是非常敏感的，因此对TEC的要求非常高，该半导体制冷器具有无噪声、无振动、不需制冷剂、体积小、重量轻等特点，且工作可靠，操作简便，在使用过程中易于进行冷量调节，

每个所述准直透镜、棱镜对和合束镜组均粘接于玻璃平台上，所述玻璃平台通过黑胶粘接在底座上。在本技术方案中，每个所述准直透镜、棱镜对和合束镜组优选通过紫外胶固化于玻璃平台上，当然，各光学件还可通过别的粘接方式粘接于玻璃平台上，在本技术方案中，不对各光学件的粘接具体实现方式做具体地限定。

具体地，激光器的底座采用传导性较好的铝材做为热沉，而光学件与铝材的热膨胀系数相差较大，容易导致热应力的出现，所以把激光器和光学件分开，激光器直接固定在热沉上，用TEC控温。所有光学元件采用特殊的粘接工业粘接在一个大的玻璃平台上，玻璃平台在用黑胶粘接在铝块上，这样既保证了激光器的散热，又保证了光学元件与激光器热膨胀的相对稳定性，经过测试TEC可以得到很好的控温水平，经过48小时老化测试，指向变化量＜1%。

该多色激光器合束装置的指向和合束精度都很高，有比较可靠的稳定性、结构紧凑性和自由空间的灵活性，适合在产业上推广使用。

本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.多色激光器合束装置，其特征在于：包括多个相互并联的具有不同波长的激光器，多个相互并联的准直透镜，所述准直透镜分别位于相对应的所述半导体激光器的输出光路上，

用于合束的合束镜组，所述合束镜组的输入端位于所述准直透镜的输出光路上。

2.根据权利要求1所述的多色激光器合束装置，其特征在于：所述多色半导体激光器合束装置还包括多个相互并联的棱镜对，所述棱镜对分别位于相对应的所述准直透镜的输出光路上，所述合束镜组的输入端位于所述棱镜对的输出光路上。

3.根据权利要求1所述的多色激光器合束装置，其特征在于：所述合束镜组包括反射镜和透反镜。

4.根据权利要求1所述的多色激光器合束装置，其特征在于：每个所述激光器均固定在热沉上，所述热沉固定于底座上，所述热沉与底座之间夹设有一用于控温的TEC。

5.根据权利要求1所述的多色激光器合束装置，其特征在于：每个所述准直透镜、棱镜对和合束镜组均粘接于玻璃平台上，所述玻璃平台通过黑胶粘接在底座上。

6.根据权利要求5所述的多色激光器合束装置，其特征在于：每个所述准直透镜、棱镜对和合束镜组通过紫外胶固化于玻璃平台上。

7.根据权利要求1所述的多色激光器合束装置，其特征在于：所述激光器为半导体激光器或光纤激光器。

8.根据权利要求1所述的多色激光器合束装置，其特征在于：所述准直透镜为非球面透镜或双胶合透镜。

9.根据权利要求8所述的多色激光器合束装置，其特征在于：所述非球面准直透镜具有正的光焦度。

10.根据权利要求2或3所述的多色激光器合束装置，其特征在于：包括相互并联的具有不同波长的第一激光器和第二激光器，

相互并联的第一准直透镜和第二准直透镜，相互并联的第一棱镜对和第二棱镜对，所述合束镜组包括反射镜和透反镜，

第一激光器发出的第一激光光束经过第一准直透镜准直后形成第一椭圆准直光束，该第一椭圆准直光束再经过第一棱镜对整形转换，得到第一准直圆形光束，该第一准直圆形光束入射反射镜，

第二激光器发出的第二激光光束经过第二准直透镜准直后形成第二椭圆准直光束，该第二准直光束再经过第二棱镜对整形转换，得到第二准直圆形光束，该第二准直圆形光束入射透反镜，

第二准直圆形光束经过反射镜反射再入射透反镜，所述透反镜对第一准直圆形光束为反射，对第二准直圆形光束为透射，

第一准直圆形光束经过透反镜反射，第二准直圆形光束经过透反镜透射实现合束。