CN211958247U - 一种激光合束聚焦装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种激光合束聚焦装置，包括安装壳体，安装壳体内设置有第一激光二极管和第二激光二极管，第一激光二极管发出的第一光束和第二激光二极管发出的第二光束相互垂直，且第一光束的第一光轴和第二光束的第二光轴在同一平面，在第一激光二极管和第二激光二极管的出光路线上均设置快轴压缩元件，第一光束和第二光束在交汇处通过偏振分光片进行合束形成合并光束，合并光束经过聚焦透镜输出；本实用新型采用两个激光二极管，并通过快轴压缩元件将第一激光二极管和第二激光二极管的快轴发散角压缩为与慢轴发散角相同的发散角度，能够提高激光的输出光功率，提高激光的利用率。
Description
技术领域
本实用新型涉及蓝光/紫光标识和切割技术领域，尤其涉及一种激光合束聚焦装置。
背景技术
激光(波长从400nm-480nm)包括有蓝光/紫光，蓝光/紫光能够进行更加精细和优于近红外激光的标记或切割效果，对端泵激光器和光纤激光器应用的不足之处起到了弥补的作用。
该波长范围的高功率激光二极管发射出的激光具有快轴发散角和慢轴发散角，常见的快轴发散角度约为45°，慢轴发散角度约为14°，如图1和图2所示。当使用激光进行标记或切割时，通常采用激光二极管A1直接用透镜A2或者透镜组合进行准直聚焦，而且多为单个激光二极管独立工作。其缺点是：激光的输出功率损耗大，激光的利用率较低，焦点光斑直径大，从而造成标记或切割时纹路粗糙、深度浅的问题。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种激光合束聚焦装置，解决激光聚焦合束技术中的输出总功率低，功率损耗大、利用效率低、焦点光斑直径大，焦斑发散角大的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是提供一种激光合束聚焦装置，包括安装壳体，安装壳体内设置有第一激光二极管和第二激光二极管，第一激光二极管发出的第一光束和第二激光二极管发出的第二光束相互垂直，且第一光束的第一光轴和第二光束的第二光轴在同一平面，在第一激光二极管和第二激光二极管的出光路线上均设置有用于将快轴压缩至与慢轴相同光束发散角度的快轴压缩元件，经过快轴压缩元件压缩的第一光束和第二光束在交汇处通过偏振分光片进行合束形成合并光束，合并光束经过聚焦透镜输出。
优选的，第二光轴上光线的起始点到第二光轴上光线在偏振分光片上的入射点之间的光程为第二光程，第一光轴上光线的起始点出射并经过偏振分光片折射后和第二光轴交汇点之间的光程为第一光程，第一光程和第二光程相等。
优选的，激光合束聚焦装置还包括波片，波片设置在快轴压缩元件与偏振分光片之间的光路上，用于改变所述第一光束或第二光束的偏振态。
优选的，快轴压缩元件为快轴准直透镜，快轴准直透镜分别设置在第一激光二极管和第二激光二极管的管帽内。
优选的，第一激光二极管与快轴准直透镜通过TO-CAN封装方式封装；第二激光二极管与快轴准直透镜通过TO-CAN封装方式封装。
优选的，安装壳体包括有第一固定板，第一固定板径向上设置有用于固定设置偏振分光片的容置腔，第一固定板的侧壁上设置有沿径向连通容置腔的第一安装孔，第一安装孔固定安装第一激光二极管，第一固定板的上壁设置有沿轴向平行方向连通容置腔的第二安装孔，第二安装孔固定安装第二激光二极管，第一安装板远离第一安装孔的另一侧设置有沿径向连通容置腔的第三安装孔，第三安装孔内设置有用于固定聚焦透镜的聚焦透镜座。
优选的，第三安装孔与聚焦透镜座过渡配合，聚焦透镜座相对于第三安装孔转动和拆卸。
优选的，容置腔侧面设置有第一密封板，容置腔底面设置有第二密封板，第一密封板和第二密封板的材质为铝，用于阻挡内部光线和密封容置腔。
优选的，第一固定板连接有第二固定板，第二固定板用于保护第二激光二极管。
优选的，第一固定板和第二固定板两侧还设置有散热片，散热片连接有散热扇。
本实用新型的有益效果是：本实用新型采用两个激光二极管并通过快轴压缩元件将第一激光二极管和第二激光二极管的快轴的发散角压缩为与慢轴的发散角相同的发散角度，能够提高激光的输出光功率，提高激光的利用率，便于控制和调节焦斑直径和发散角；结构紧凑。
附图说明
图1是现有技术中激光二极管快轴的发散角准直聚焦的示意图；
图2是现有技术中激光二极管慢轴的发散角准直聚焦的示意图；
图3是本实用新型激光合束聚焦装置的第一实施例的结构示意图；
图4是本实用新型激光合束聚焦装置的第二实施例的结构示意图；
图5是本实用新型激光合束聚焦装置的第二实施例的剖视结构示意图；
图6是本实用新型激光合束聚焦装置的第三实施例的结构示意图；
图7是本实用新型激光合束聚焦装置的第三实施例的剖视结构示意图；
图8是本实用新型激光合束聚焦装置的第四实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
结合图3，图3显示了本实用新型激光合束聚焦装置的第一实施例的结构示意图，一种激光合束聚焦装置，包括安装壳体，安装壳体内设置有第一激光二极管1和第二激光二极管2，第一激光二极管1发出的第一光束和第二激光二极管2发出的第二光束相互垂直，且第一光束的第一光轴和第二光束的第二光轴在同一平面，在第一激光二极管1和第二激光二极管2的出光路线上均设置有用于将快轴压缩至与慢轴相同光束发散角度的快轴压缩元件3，即将约45°的快轴发散角压缩为约14°，使快轴与慢轴的发散角度大小相同，从而能够减少激光功率的损耗，提高激光的利用率，激光输出功率大于96％。经过快轴压缩元件3压缩的第一光束和第二光束在交汇处通过偏振分光片5进行合束形成合并光束，合并光束经过聚焦透镜6输出，最终由聚焦透镜输出聚焦光路7。其中，合并光束指的是光轴重合的光束。
优选的，如图3所示，第二光轴上光线入射到偏振分光片时，在偏振分光片5上生成一个入射点后反射，第二光轴上光线的起始点到第二光轴上光线在偏振分光片上的入射点之间的光程为第二光程L2，第一光轴上光线的起始点出射到达偏振分光片(光程L10)并经过偏振分光片折射后(光程L11)和第二光轴交汇点之间的光程为第一光程L1,第一光程和第二光程相等,第一光程L1包括有光程L10和光程L11，其中光程L10是第一光轴上光线的起始点到偏振分光片内平面的光程，光程L11是第一光轴上光线在偏振分光片内传输的光程。即L1＝L10+L11,L1＝L2。偏振分光片5由此将第一光束和第二光束同轴合束。优选的，如图3所示。第一光束光轴上光线的起始点和第二光束光轴上光线的起始点，可以以第一激光二极管1和第二激光二极管2的发光源作为起始点，当第一激光二极管1和第二激光二极管2的结构大小相同时，还可以以第一激光二极管1和第二激光二极管2管帽的外边沿作为起始点。光程相等条件能够将第一光束和第二光束同轴合束，经过聚焦透镜将同轴合束后的激光准直聚焦输出，同轴合束后的激光的焦点完全重合，且焦点处的光斑形状为正方形。从而能够具有标记或切割时轮廓精细、深度深、切口均匀的优点。
优选的，如图3所示，激光合束聚焦装置还包括波片4，波片4设置在快轴压缩元件3与偏振分光片5之间的光路上，用于改变第一光束或第二光束的偏振态，波片能够使第一激光二极管或/和第二激光二极管最大能量通过(反射)偏振分光片，实现激光能量的叠加。进而使得合并光束为同轴合并光束。在使用时，还可以通过固定第一激光二极管然后旋转第二激光二极管，使第二激光二极管光路的偏振态与第一激光二极管光路的偏振态相反，此时可以不使用波片，通过旋转调整第二激光二极管的偏振态即可。同理还可以固定第二激光二极管，旋转调整第一激光二极管光路的偏振态。
优选的，如图3所示，快轴压缩元件3为快轴准直透镜，快轴准直透镜分别设置在第一激光二极管1和第二激光二极管2的管帽内。
优选的，第一激光二极管1与快轴准直透镜通过TO-CAN封装方式封装；第二激光二极管2与快轴准直透镜通过TO-CAN封装方式封装。使用TO-CAN封装方式能够提高第一激光二极管1和第二激光二极管2的使用寿命。
优选的，如图4和图5所示，安装壳体包括有第一固定板10，第一固定板10径向上设置有用于固定设置偏振分光片190的容置腔110，第一固定板10的侧壁上设置有沿径向连通容置腔的第一安装孔120，第一安装孔10固定安装第一激光二极管130，第一固定板10的上壁设置有沿轴向平行方向连通容置腔110的第二安装孔140，第二安装孔140固定安装第二激光二极管150，第一安装板10远离第一安装孔120的另一侧设置有沿径向连通容置腔110的第三安装孔160，第三安装孔160内设置有用于固定聚焦透镜170的聚焦透镜座180。
优选的，结合图3，如图5所示，将偏振分光片190固定安装在容置腔110的内壁，在安装时，可以根据不同的需要调节偏振分光片190的倾斜角度，倾斜角度确定完成以后，将偏振分光片190胶粘固定在容置腔内壁即可。
优选的，结合图3，如图5所示，波片100固定在第一激光二极管130的管帽的外边沿，还可以将波片100固定在容置腔110的内壁上，与第一激光输出光轴垂直，当波片100固定在容置腔110的内壁上时，还可以根据不同的需要调节波片100旋转角度，使第一光束的光能量最大通过偏振分光片190，角度确认后将波片100胶粘固定在容置腔110内壁即可。
优选的，结合图5所示，第三安装孔160与聚焦透镜座180过渡配合，聚焦透镜座180相对于第三安装孔160转动和拆卸。过渡配合公差均优选H6/k5，能够将聚焦透镜座装入到第三安装孔内，具有较好的同轴度，并且在具有外力时聚焦透镜座能够相对于第三安装孔转动或左右移动。从而能够根据不同的需要调整聚焦透镜170与偏振分光片之间的距离，调整聚焦后焦点的距离。
优选的，结合图5，如图6和图7所示，容置腔110侧面设置有第一密封板20，容置腔底面设置有第二密封板30，第一密封板20和第二密封板30的材质为铝，用于阻挡外界光线和密封容置腔110。并且便于拆卸，能够便捷的对容置腔内偏振分光片和波片位置的调整，还能够便捷的对第一激光二极管和第二激光二极管进行维修更换。
优选的，如图6、图7和图8所示，第一固定板10通过螺栓或胶粘固定连接第二固定板40，第二固定板40用于保护第二激光二极管150。第二固定板40的下表面设置有凹槽，第二激光二极管的引脚能够从凹槽处穿出或穿入，能够防止引脚的变形折断，提高第二激光二极管的使用寿命。
优选的，如图8所示，第一固定板10和第二固定板40两侧可以通过螺栓或胶粘固定连接散热片50，散热片50连接有散热扇60。一侧的散热片固定在第二固定板的侧面，另一侧的散热片固定在第一固定板的侧面，散热扇可以通过螺栓或胶粘固定连接在散热片的外侧，通过供电线路给散热扇供电，进行散热，对称设置的两个散热片和散热扇结构可以更大限度的增加散热面积及散热能力，保证第一激光二极管和第二激光二极管工作的稳定性和使用寿命。
本实用新型在第一激光二极管和第二激光二极管的管帽内封装快轴准直透镜，通过快轴准直透镜将第一激光二极管和第二激光二极管的快轴压缩为与慢轴发散角相同的发散角度，能够提高激光的输出光功率，提高激光的利用率；同轴合束的激光聚焦后的焦点完全重合，且焦点处的光斑焦点小，形状为正方形，干净规整。从而能够具有标记或切割时轮廓精细、深度深、切口均匀的优点。
以上仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种激光合束聚焦装置，包括安装壳体，其特征在于，所述安装壳体内设置有第一激光二极管和第二激光二极管，所述第一激光二极管发出的第一光束和所述第二激光二极管发出的第二光束相互垂直，且所述第一光束的第一光轴和第二光束的第二光轴在同一平面，在所述第一激光二极管和所述第二激光二极管的出光路线上均设置有用于将快轴压缩至与慢轴相同光束发散角度的快轴压缩元件，经过所述快轴压缩元件压缩的第一光束和第二光束在交汇处通过偏振分光片进行合束形成合并光束，所述合并光束经过聚焦透镜输出。
2.根据权利要求1所述的激光合束聚焦装置，其特征在于，所述第二光轴上光线的起始点到第二光轴上光线在所述偏振分光片上的入射点之间的光程为第二光程，所述第一光轴上光线的起始点出射并经过所述偏振分光片折射后和第二光轴交汇点之间的光程为第一光程，所述第一光程和第二光程相等。
3.根据权利要求1所述的激光合束聚焦装置，其特征在于，所述激光合束聚焦装置还包括波片，所述波片设置在所述快轴压缩元件与所述偏振分光片之间的光路上，用于改变所述第一光束或第二光束的偏振态。
4.根据权利要求1所述的激光合束聚焦装置，其特征在于，所述快轴压缩元件为快轴准直透镜，所述快轴准直透镜分别设置在所述第一激光二极管和第二激光二极管的管帽内。
5.根据权利要求4所述的激光合束聚焦装置，其特征在于，所述第一激光二极管与所述快轴准直透镜通过TO-CAN封装方式封装；所述第二激光二极管与所述快轴准直透镜通过TO-CAN封装方式封装。
6.根据权利要求1所述的激光合束聚焦装置，其特征在于，所述安装壳体包括有第一固定板，所述第一固定板径向上设置有用于固定设置偏振分光片的容置腔，所述第一固定板的侧壁上设置有沿径向连通容置腔的第一安装孔，所述第一安装孔固定安装所述第一激光二极管，所述第一固定板的上壁设置有沿轴向平行方向连通容置腔的第二安装孔，所述第二安装孔固定安装所述第二激光二极管，所述第一固定板远离第一安装孔的另一侧设置有沿径向连通容置腔的第三安装孔，所述第三安装孔内设置有用于固定所述聚焦透镜的聚焦透镜座。
7.根据权利要求6所述的激光合束聚焦装置，其特征在于，所述第三安装孔与所述聚焦透镜座过渡配合，所述聚焦透镜座相对于所述第三安装孔转动和拆卸。
8.根据权利要求6所述的激光合束聚焦装置，其特征在于，所述容置腔侧面设置有第一密封板，所述容置腔底面设置有第二密封板，所述第一密封板和所述第二密封板的材质为铝，用于阻挡内部光线和密封所述容置腔。
9.根据权利要求8所述的激光合束聚焦装置，其特征在于，所述第一固定板连接有第二固定板，所述第二固定板用于保护所述第二激光二极管。
10.根据权利要求9所述的激光合束聚焦装置，其特征在于，所述第一固定板和所述第二固定板两侧还设置有散热片，所述散热片连接有散热扇。
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| CN202020730774.0U CN211958247U (zh) | 2020-05-07 | 2020-05-07 | 一种激光合束聚焦装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2022143001A1 (zh) * | 2020-12-31 | 2022-07-07 | 华为技术有限公司 | 一种合波模块以及光组件 |
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2020
- 2020-05-07 CN CN202020730774.0U patent/CN211958247U/zh active Active
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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Commission number: 5W126805 Conclusion of examination: Declare claims 1, 3-5 of utility model patent ZL2020, 730774.0 invalid, and maintain the validity of the patent on the basis of claims 2, 6-10 Decision date of declaring invalidation: 20220708 Decision number of declaring invalidation: 57002 Denomination of utility model: A laser beam focusing device Granted publication date: 20201117 Patentee: Wang Xiaoguang |
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| IP01 | Partial invalidation of patent right |