CN212062992U - 双光源激光器的光路耦合结构、激光器及拉曼光谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种双光源激光器的光路耦合结构，所述双光源激光器内设有第一光路组件和第二光路组件，所述光路耦合结构包括安装于激光器内的反射镜、偏振分光棱镜及耦合透镜，所述反射镜的入光端位于所述第一光路组件的出光方向，所述反射镜的出光端朝向所述偏振分光棱镜的第一入光表面，所述偏振分光棱镜的第二入光表面位于所述第二光路组件的出光方向，所述偏振分光棱镜的出光表面朝向所述耦合透镜，本实用新型技术方案旨在缩小整体产品体积。

Description

双光源激光器的光路耦合结构、激光器及拉曼光谱仪

技术领域

本实用新型涉及拉曼光谱仪领域，尤其提供一种拉曼光谱仪的双光源激光器的光路耦合结构、及拉曼光谱仪的激光器。

背景技术

拉曼光谱仪是一种快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析仪器，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英和光纤测量。目前广泛应用于化工厂、制药厂的原材料检测，化工制药过程控制，医疗和生化过程监控，农业和食品鉴定，环境科学等领域。其中便携式拉曼光谱仪由于体积小易携带等优点，成为市场上的主流产品。

便携式拉曼光谱仪一般都是由激光光源、样品装置、滤光器、单色器(或干涉仪)和检测器等组成。激光器是其中最重要的组件，从技术上来说，荧光干扰是激光拉曼光谱仪的天敌。所以消荧光干扰对拉曼光谱仪具有及其重大的意义。长波长的激发光源，可以减少荧光的产生，但是会减少激发的拉曼光，不一定能达到测试效果。因此，复杂的拉曼光谱仪可以有多个光源选择。而传统便携(手持)式的拉曼测试仪，通常选择复杂的外置光路消除荧光，并且作用有限。因此，有必要研发小体积的双波长的光纤输出的激发光源，而双光源激光器的光路耦合结构通常是难点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种双光源激光器的光路耦合结构，旨在提供一种双波长的光纤输出的激发光源耦合输出，从而无需设置复杂的外置光路，缩小整体产品体积。

为实现上述目的，本实用新型提供一种双光源激光器的光路耦合结构，所述双光源激光器内设有第一光路组件和第二光路组件，所述光路耦合结构包括安装于激光器内的反射镜、偏振分光棱镜及耦合透镜，所述反射镜的入光端位于所述第一光路组件的出光方向，所述反射镜的出光端朝向所述偏振分光棱镜的第一入光表面，所述偏振分光棱镜的第二入光表面位于所述第二光路组件的出光方向，所述偏振分光棱镜的出光表面朝向所述耦合透镜。

可选地，第一入光表面和第二入光表面为所述偏振分光棱镜的两垂直设置。

可选地，偏振分光棱镜包括第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜和第二棱镜为底面为直角三角形的棱柱体，两所述棱柱体的底面固定于所述双光源激光器内壁，两所述棱柱体斜边所在的平面胶合固定；

所述第一棱镜的短直角边所在平面形成所述第一入光表面，所述第一棱镜的长直角边所在平面形成所述出光表面，所述第二棱镜的长直角边所在平面形成所述第二入光面。

本实用新型还提供一种激光器，包括壳体、安装于所述壳体内的第一光路组件和第二光路组件及光路耦合结构；所述光路耦合结构包括安装于壳体内的反射镜、偏振分光棱镜及耦合透镜，所述反射镜的入光端位于所述第一光路组件的出光方向，所述反射镜的出光端朝向所述偏振分光棱镜的第一入光表面，所述偏振分光棱镜的第二入光表面位于所述第二光路组件的出光方向，所述偏振分光棱镜的出光表面朝向所述耦合透镜。

可选地，所述壳体设有容置腔和供输出光纤安装的安装孔，所述输出光纤的一端插接于所述安装孔内，另一端与外界器件连接；所述第一光路组件和所述第二光路组件并排间隔安装于所述壳体内，用以发射两组不同波长的光线，且所述第一光路组件和所述第二光路组件的出光面均朝向所述壳体设有所述安装孔的一侧；所述反射镜、偏振分光棱镜、耦合透镜均安装于所述安装腔内；所述第一光路组件和所述第二光路组件发射的光线依次穿过所述偏振分光棱镜、所述耦合透镜后传导至所述输出光纤。

可选地，第一光路组件包括由远离所述偏振分光棱镜至朝向所述偏振分光棱镜依次排布的第一光源、第一快轴准直镜、第一慢轴准直镜及第一体布拉格光栅；所述第二光路组件包括由远离所述偏振分光棱镜至朝向所述偏振分光棱镜依次排布的第二光源、第二快轴准直镜、第二慢轴准直镜及第二体布拉格光栅。

可选地，第一光源、第一快轴准直镜、第一慢轴准直镜及第一体布拉格光栅共轴线间隔设置；

所述第二光源、第二快轴准直镜、第二慢轴准直镜及第二体布拉格光栅共轴线间隔设置。

可选地，第一光源和所述第二光源均为激光芯片。

可选地，第一光源和第二光源底部均还设有热沉。

本实用新型还提供一种拉曼光谱仪，包括激光器，所述激光器包括壳体、安装于所述壳体内的第一光路组件和第二光路组件及光路耦合结构；所述光路耦合结构包括安装于壳体内的反射镜、偏振分光棱镜及耦合透镜，所述反射镜的入光端位于所述第一光路组件的出光方向，所述反射镜的出光端朝向所述偏振分光棱镜的第一入光表面，所述偏振分光棱镜的第二入光表面位于所述第二光路组件的出光方向，所述偏振分光棱镜的出光表面朝向所述耦合透镜。

本实用新型通过在激光器内设有两组光路组件，用以发射两组不同波长的光线，再通过将反射镜的入光端位于所述第一光路组件的出光方向，所述反射镜的出光端朝向所述偏振分光棱镜的第一入光表面，所述偏振分光棱镜的第二入光表面位于所述第二光路组件的出光方向，以使两不同波长的光纤通过第一入光表面和第二入光表面进入偏振分光棱镜中分光后通过耦合透镜耦合射出，无需布置外部复杂光路消除荧光，从而缩小设备整体积；同时，使同一台设备能适用于不同的应用场景，扩大了应用范围，降低了客户的使用成本，更有利于便携式拉曼光谱的推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中双光源激光器的立体示意图；

图2为本实用新型实施例中第一光路组件和第二光路组件发射光线的光路模拟图；

图3为第一光源和第二光源与热沉及制冷器的连接立体结构示意图；

图4为偏振分光棱镜光路模拟图；

图5为本实用新型实施例中第一棱镜和第二棱镜对光线合束的光路模拟图。

其中，图中各附图标记：

100-双光源激光器；10-壳体；11-连接管；30-第一光路组件；31-第一光源；32-第一快轴准直镜；33-第一慢轴准直镜；34-第一体布拉格光栅；40-反射镜；50-第二光路组件；51-第二光源；511-激光芯片；512-热沉；513-半导体制冷片；514-散热片；52-第二快轴准直镜；53-第二慢轴准直镜；54-第二体布拉格光栅；70-偏振分光棱镜；71-第一棱镜；711-第一入光表面；712-出光表面；72-第二棱镜；721-第二入光表面；90-耦合透镜；T1-第一光路组件发射光线路径；T2-第二光路组件发射光线路径。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1和图2，本实用新型提供一种拉曼光谱仪的双光源激光器100，包括蝶形的壳体10、第一光路组件30、第二光路组件50、输出光纤200及双光源激光器100的光路耦合结构，该耦合结构包括偏振分光棱镜70、耦合透镜90，反射镜40，所述壳体10设有容置腔和供输出光纤200安装的安装孔，所述输出光纤200的一端插接于所述安装孔内，另一端与外界器件连接；所述第一光路组件30和所述第二光路组件50安装于所述壳体10内，用以发射两组不同波长的光线，且所述第一光路组件30和所述第二光路组件50的出光面均朝向所述壳体10设有所述安装孔的一侧；所述反射镜40的入光端位于所述第一光路组件30的出光方向，所述反射镜40的出光端朝向所述偏振分光棱镜70的第一入光表面721，所述偏振分光棱镜70的第二入光表面712位于所述第二光路组件50的出光方向，所述偏振分光棱镜70的出光表面712朝向所述耦合透镜。两光线通过耦合透镜耦合后传导至输出光纤射出。

本实用新型通过在双光源激光器100内设有两组光路组件，用以发射两组不同波长的光线，再通过将反射镜40的入光端位于所述第一光路组件30的出光方向，所述反射镜40的出光端朝向所述偏振分光棱镜70的第一入光表面711，所述偏振分光棱镜70的第二入光表面721位于所述第二光路组件50的出光方向，以使两不同波长的光纤通过第一入光表面711和第二入光表面721进入偏振分光棱镜70中分光后通过耦合透镜耦90合射出，无需布置外部复杂光路消除荧光，从而缩小设备整体积；同时，使同一台设备能适用于不同的应用场景，扩大了应用范围，降低了客户的使用成本，更有利于便携式拉曼光谱的推广使用。

具体地，如图2所示，在本实用新型实施例中，为使结构更为紧凑，减少占用空间，在本实施例中，所述反射镜40为45°棱镜，并与所述偏振分光棱镜70并排设置；以将所述第一光路组件30发射的光线90°偏转从偏振分光棱镜70的第一入光表面711射入；第一入光表面711和第二入光表面721垂直设置，以使正对第二入光表面721的所述第二光路组件50与第一光路组件30并排间隔设置，有效使结构更为紧凑。减少占用空间，从而缩小产品体积。

具体地，如图2所示，在本实用新型实施例中，偏振分光棱镜70包括第一棱镜71和第二棱镜72，所述第一棱镜71和第二棱镜72为底面为直角三角形的棱柱体，两所述棱柱体的底面固定于所述壳体内壁，两所述棱柱体斜边所在的平面胶合，有效防止两者脱离。且胶合面渡有偏振分光介质膜固定，直角面渡有增透膜；所述第一棱镜71的短直角边所在平面形成所述第一入光表面711，所述第一棱镜71的长直角边所在平面形成所述出光表面712，所述第二棱镜72的长直角边所在平面形成所述第二入光面721。当光线以布鲁斯特角入射时P偏振光透射率为1而S偏振光透射率小于1的性质，在光线以布鲁斯特角多次通过偏振分光介质膜结构以后，达到使的P偏振分量完全透过，而绝大部分S偏振分量反射，通过将上述第一棱镜71和第二棱镜72位置排布，对两束不同波长光中的干扰光去除后合束再通过耦合透镜90耦合射出。

具体地，如图1结合图4、图5所示，第一光路组件30包括由远离所述偏振分光棱镜70至朝向所述偏振分光棱镜70依次排布的第一光源31、第一快轴准直镜32、第一慢轴准直镜33及第一体布拉格光栅34；所述第二光路组件50包括由远离所述偏振分光棱镜70至朝向所述偏振分光棱镜70依次排布的第二光源51、第二快轴准直镜52、第二慢轴准直镜53及第二体布拉格光栅54。且第一光源31、第一快轴准直镜32、第一慢轴准直镜33及第一体布拉格光栅34共轴线间隔设置；同理，所述第二光源51、第二快轴准直镜52、第二慢轴准直镜53及第二体布拉格光栅54共轴线间隔设置。通过将光路组件共轴线布置，有效减少光传导损失。具体工作时，所述第一光源31和所述第二光源51用以发射两组不同波长的光线，如T1和T2，再分别通过对应的快轴准直镜和慢轴准直镜对光线的快轴方向和慢轴方向的光束进行整形后，通过对应的体布拉格光栅进行锁模，再进一步通过偏振分光棱镜70进行对锁模后的785nm和1064nm的激光进行合束，最后通过耦合透镜90耦合输出。

可以理解的是，在实际应用过程中，快轴准直镜和慢轴准直镜的位置可以对调，先对光线慢轴方向整形，再对光线的快轴方向整形的方式也属于本实用新型保护范围之内。

具体地，如图3所示，第一光源31和所述第二光源51均为激光芯片，且所述第一光源31和第二光源51底部还设有氮化铝热沉，且两个所述热沉512的底部均还设有制冷器，所述制冷器包括若干散热片514和固定于散热片514的半导体制冷片513，所述半导体制冷片513通过热沉512进行均匀传导，背离热沉512的一面安装有若干散热片514以进行散热，有效防止激光芯片长期工作时温度较高导致寿命较低，工作不稳定的情况产生。

具体地，激光器内还设有两温度探头(未图示)，所述两温度探头可为温度传感器或集成于激光芯片的热敏电阻，用以探测两个激光芯片的温度值，实现智能断电，进一步有效防止第一光源31和第二光源51长时间工作温度较高，导致激光芯片寿命较低以及工作不稳定的情况产生。

进一步地，所述第一光源31和所述第二光源51背离所述偏振分光棱镜70的一侧还设有背光板(未图示)。此处，所述背光板安装于光源芯片背离快轴准直镜的一侧，其可以为一个大尺寸的背光板，整体对两光源芯片发生的光线进行反射，也可以为两个小尺寸的背光板分别对两个光源芯片发生的光线进行反射，用以提升光线强度，避免光线削弱的情况产生。

具体地，壳体10环绕所述安装孔还设有金属材质制备的连接管11，所述连接管11位于所述壳体10外侧，用以供输出光纤插入，同时，金属材质制备可形成屏蔽罩，防止外界信号干扰。

本实用新型还提供一种拉曼光谱仪，包括双光源激光器100。该双光源激光器100的具体结构参照上述实施例，由于拉曼光谱仪采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上仅为本实用新型的优选实施例，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或等效流程变换，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)

1.一种双光源激光器的光路耦合结构，所述双光源激光器内设有第一光路组件和第二光路组件，其特征在于，所述光路耦合结构包括安装于激光器内的反射镜、偏振分光棱镜及耦合透镜，所述反射镜的入光端位于所述第一光路组件的出光方向，所述反射镜的出光端朝向所述偏振分光棱镜的第一入光表面，所述偏振分光棱镜的第二入光表面位于所述第二光路组件的出光方向，所述偏振分光棱镜的出光表面朝向所述耦合透镜。

2.如权利要求1所述的双光源激光器的光路耦合结构，其特征在于，所述第一入光表面和第二入光表面为所述偏振分光棱镜的两垂直设置。

3.如权利要求1所述的双光源激光器的光路耦合结构，其特征在于，所述偏振分光棱镜包括第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜和第二棱镜为底面为直角三角形的棱柱体，两所述棱柱体的底面固定于所述双光源激光器内壁，两所述棱柱体斜边所在的平面胶合固定；

所述第一棱镜的短直角边所在平面形成所述第一入光表面，所述第一棱镜的长直角边所在平面形成所述出光表面，所述第二棱镜的长直角边所在平面形成所述第二入光面。

4.一种激光器，其特征在于，包括壳体、安装于所述壳体内的第一光路组件和第二光路组件，及如权利要求1至3中任一项所述的光路耦合结构。

5.如权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述壳体设有容置腔和供输出光纤安装的安装孔，所述输出光纤的一端插接于所述安装孔内，另一端与外界器件连接；

所述第一光路组件和所述第二光路组件并排间隔安装于所述壳体内，用以发射两组不同波长的光线，且所述第一光路组件和所述第二光路组件的出光面均朝向所述壳体设有所述安装孔的一侧；

所述反射镜、偏振分光棱镜、耦合透镜均安装于所述容置腔内；

所述第一光路组件和所述第二光路组件发射的光线依次穿过所述偏振分光棱镜、所述耦合透镜后传导至所述输出光纤。

6.如权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述第一光路组件包括由远离所述偏振分光棱镜至朝向所述偏振分光棱镜依次排布的第一光源、第一快轴准直镜、第一慢轴准直镜及第一体布拉格光栅；

所述第二光路组件包括由远离所述偏振分光棱镜至朝向所述偏振分光棱镜依次排布的第二光源、第二快轴准直镜、第二慢轴准直镜及第二体布拉格光栅。

7.如权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述第一光源、第一快轴准直镜、第一慢轴准直镜及第一体布拉格光栅共轴线间隔设置；

所述第二光源、第二快轴准直镜、第二慢轴准直镜及第二体布拉格光栅共轴线间隔设置。

8.如权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述第一光源和所述第二光源均为激光芯片。

9.如权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述第一光源和第二光源底部均还设有热沉。

10.一种拉曼光谱仪，其特征在于，包括如权利要求4至9中任一项所述的拉曼光谱仪的双光源激光器。

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