CN215910733U - 光学模组及光学系统 - Google Patents

Abstract

一种光学模组及光学系统，涉及激光技术领域。该光学模组包括光源、沿光源的光路传输方向依次设置的光波导和第一分光组，光波导的横截面为多边形，第一分光组包括间隔设置的第一分光镜和反射镜，光源发射的光束通过光波导整形后入射第一分光组，第一分光组的第一分光镜将入射的光束分束，其中，第一分束通过第一分光镜直接出射，第二分束经第一分光镜反射后由反射镜反射，以与第一分束平行出射。该光学模组及光学系统能够实现光斑形态的转变，且能够对转变后的光斑进行扩束。

Description

光学模组及光学系统

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，具体而言，涉及一种光学模组及光学系统。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、成本低以及效率高等优点，被广泛应用于机械加工、医疗美容、通信、军事等领域。例如，在激光医疗美容应用领域中，通常会将半导体激光器发出的光束进行处理，以获得具有特定形态的光斑。

在激光医疗应用领域中，现有的光学模组的功能较为单一，目前还未出现一种光学模组能够根据不同的应用场景获取特定形态的光斑，并能够在获取特定形态的光斑之后实现一个光斑生成多个光斑的转化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光学模组及光学系统，该光学模组及光学系统能够实现光斑形态的转变，且能够对转变后的光斑进行扩束。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型的一方面，提供一种光学模组，该光学模组包括光源、沿光源的光路传输方向依次设置的光波导和第一分光组，所述光波导的横截面为多边形，第一分光组包括间隔设置的第一分光镜和反射镜，光源发射的光束通过光波导整形后入射第一分光组，第一分光组的第一分光镜将入射的光束分束，其中，第一分束通过第一分光镜直接出射，第二分束经第一分光镜反射后由反射镜反射，以与第一分束平行出射。该光学模组及光学系统能够实现光斑形态的转变，且能够对转变后的光斑进行扩束。

可选地，光学模组还包括设置于反射镜的出光侧或者第一分光镜的透射出光侧的光程调节器，光程调节器用于使出射的第一分束和第二分束在接收面的光程相等。

可选地，第一分光镜为正透镜，反射镜为平面镜。

可选地，反射镜为正透镜，第一分光镜为平面镜。

可选地，光学模组还包括至少一个第二分光镜，第二分光镜设于第一分光镜和反射镜之间，且与第一分光镜和反射镜呈间隔设置。

可选地，光学模组还包括第二分光组，第二分光组设于第一分光镜的透射出光侧，用于对第一分束进行再次分束；和/或，第二分光组设于反射镜的出光侧，用于对第二分束进行再次分束。

可选地，光学模组还包括设于光源和光波导之间的第一压缩镜组，第一压缩镜组用于将光源发射的光束压缩至光波导内。

可选地，第一压缩镜组包括准直镜和第一压缩镜，准直镜用于对自光源出射的光束准直出射，第一压缩镜用于将自准直镜出射的光束压缩至光波导。

可选地，光学模组还包括设于光波导和第一分光组之间的第二压缩镜组，第二压缩镜组用于将光波导出射的光束压缩至第一分光组。

可选地，第二压缩镜组包括第一透镜和第二透镜，第一透镜和第二透镜中的至少一个为正透镜。

本实用新型的另一方面，提供一种光学系统，该光学系统包括上述的光学模组。

本实用新型的有益效果包括：

本申请提供的光学模组，采用横截面为多边形的光波导对自光源出射的光束进行光斑形态的整形，以使光斑形态发生转变，从而使得自光源出射的光束经过光波导之后可以输出多边形的光斑；然后，将自光波导出射的光束通过第一分光组的第一分光镜进行分束出射，其中，分束后的第一分束通过第一分光镜可以直接出射，第二分束经第一分光镜反射后再由反射镜反射出射，从而使得第一分束和第二分束平行出射至接收面，进而在接收面形成多个光斑，以实现光斑扩束。本申请通过设置横截面为多边形的光波导可以使得光源出射的光束在光波导内发生全反射，从而完成光斑形态的重塑，从而获得圆形的光斑到多边形光斑的形态的转变；并且，可以实现光学模组的结构小型化、缩小光学模组的体积，并降低了成本；同时，相对于现有技术而言，本申请采用光波导进行光斑转化，还可以避免光束的BBP变大，提高光束质量。此外，本申请在光波导的出光侧还设置了第一分光组，且第一分光组包括第一分光镜和反射镜，这样，在实现光斑形态转变之后本申请还可以实现一个光斑生成多个光斑的转化，从而实现光斑的扩束，且相对于现有技术中通过微透镜阵列或者棱镜实现光束分束而言可以有效改善光能量损失较大的问题，从而弥补了现有技术的不足。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的光学模组的结构示意图之一；

图2为本实用新型实施例提供的光学模组的结构示意图之二；

图3为本实用新型实施例提供的光学模组的结构示意图之三；

图4为本实用新型实施例提供的光学模组的结构示意图之四；

图5为本实用新型实施例提供的光学模组的结构示意图之五；

图6为本实用新型实施例提供的光学模组的结构示意图之六。

图标：10-光源；20-光波导；30-第一分光组；31-第一分光镜；32-反射镜；33A、33B-第二分光镜；40-光程调节器；50-第二分光组；51-第三分光镜；52-第二反射镜；60-第一压缩镜组；61-准直镜；62-第一压缩镜；70-第二压缩镜组；71-第一透镜；72-第二透镜。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参照图1，本实施例提供一种光学模组，该光学模组包括光源10、沿光源10的光路传输方向依次设置的光波导20和第一分光组30，光波导的横截面为多边形，第一分光组30包括间隔设置的第一分光镜31和反射镜32，光源10发射的光束通过光波导20整形后入射第一分光组30，第一分光组30的第一分光镜31将入射的光束分束，其中，第一分束通过第一分光镜31直接出射，第二分束经第一分光镜31反射后由反射镜32反射，以与第一分束平行出射。该光学模组及光学系统能够实现光斑形态的转变，且能够对转变后的光斑进行扩束。

本申请实施例中对于光源10的具体选择不做限定，示例地，可采用激光光源10。例如，该激光光源10可以包括但不限于：半导体激光器光源10、光纤耦合类激光器光源10、固体激光器光源10等。

光源10出射光束，以使光束耦合至光波导20，如此，光束可以在光波导20内发生全反射，从而完成光斑的形态重塑。相比于现有技术采用微透镜阵列实现光斑形态变换的方式而言，本实施例采用光波导20可以降低成本，并且可以实现光学模组的结构小型化、缩小光学模组的体积；同时，由于本申请的光学模组并未设置微透镜阵列(微透镜阵列会使得光束的BBP变大，BBP即光束参数乘积，BBP变大对应将导致光束质量变差)，因此本申请采用光波导20进行光斑形态的转化还可以提高光束质量。

其中，光波导20通过全反射的原理进行光斑形态的转变为本领域技术人员的公知，故本申请对光波导20的具体原理不做赘述。

在本实施例中，光波导20采用横截面为多边形的光波导20。示例地，该光波导20的横截面可以为三角形、长方形或者正多边形等，具体地，光波导20的横截面的形态本领域技术人员可根据需要输出的光斑形态确定，本申请不做限定。

第一分光组30用于对自光波导20出射的光束进行分光，从而使得本实施例提供的光学模组出射的光束可以完成一个光斑生成多个光斑的转变。

示例地，在本实施例中，第一分光组30包括间隔设置的第一分光镜31和反射镜32。其中，第一分光镜31设置于光波导20的出射方向上。

其中，第一分光组30的第一分光镜31和反射镜32可以呈平行设置，如图1所示。当然，具体设定角度本领域技术人员可依情况而定，本实用新型将第一分光镜31和反射镜32呈平行间隔设置仅为示例，并不构成对本实用新型方案的唯一限制。

这样，自光波导20出射的光束可以入射至第一分光镜31，从而通过第一分光镜31进行分光，例如，通过第一分光镜31将光束分为两束，其中第一分束透过第一分光镜31直接出射；第二光束通过第一分光镜31反射后入射至第一分光组30的反射镜32，从而通过反射镜32的再次反射后出射。这样，光波导20出射的光束通过第一分光组30后便可以出射两束平行的光束，从而可以在接收面得到两个光斑。

另外，应理解，如上，通过第一分光组30之后，可以实现将光波导20出射的光束分束成两束，从而在接收面得到两个光斑仅为本申请提供的一种实现方式。在其他的实现方式中，例如，通过第一分光组30之后，还可以实现将光波导20出射的光束分成两束，这样，在接收面得到的也可以是一个扩束后的光斑(该扩束后的光斑实际上是接收面上的两个光斑叠加后形成)，该扩束后的光斑相比于未设置第一分光组30，直接从光波导20出射得到的光斑而言，其尺寸更大。具体需要在接收面得到两个光斑还是得到扩束后的一个光斑，本申请不做限制，本领域技术人员可以根据实际需求而定。

还有，在本实施例中，上述第一分光组30中的第一分光镜31，其基体材料可以为玻璃，在基底材料的表面可以镀一层半透半反膜，半透半反膜的材料为硫化锌-氟化镁膜系等。

此外，上述第一分光组30中的反射镜32，其可以采用全反射棱镜或者全反射平面镜。示例地，全反射平面镜的基底材料可以为玻璃或金属等，并在基底材料的表面上镀高反膜。其中，高反膜的材料可以为银或铝等；或者，也可以采用多层介质反射膜作为高反膜。

应理解，上述第一分光镜31和反射镜32的材料仅为本实用新型给出的示例，并不构成对本实用新型方案的唯一性限制，本领域技术人员还可以根据实际需求选择其他合适的第一分光镜31和反射镜32。

综上所述，本申请提供的光学模组，采用横截面为多边形的光波导20对自光源10出射的光束进行光斑形态的整形，以使光斑形态发生转变，从而使得自光源10出射的光束经过光波导20之后可以输出多边形的光斑；然后，将自光波导20出射的光束通过第一分光组30的第一分光镜31进行分束出射，其中，分束后的第一分束通过第一分光镜31可以直接出射，第二分束经第一分光镜31反射后再由反射镜32反射出射，从而使得第一分束和第二分束平行出射至接收面，进而在接收面形成多个光斑，以实现光斑扩束。本申请通过设置光波导20可以使得光源10出射的光束在光波导20内发生全反射，从而完成光斑形态的重塑，从而获得圆形的光斑到多边形光斑的形态的转变；并且，可以实现光学模组的结构小型化、缩小光学模组的体积，并降低了成本；同时，相对于现有技术而言，本申请采用光波导20进行光斑转化，还可以避免光束的BBP变大，提高光束质量。此外，本申请在光波导20的出光侧还设置了第一分光组30，且第一分光组30包括第一分光镜31和反射镜32，这样，在实现光斑形态转变之后本申请还可以实现一个光斑生成多个光斑的转化，从而实现光斑的扩束，且相对于现有技术中通过微透镜阵列或者棱镜实现光束分束而言可以有效改善光能量损失较大的问题，从而弥补了现有技术的不足。

请继续参照图1，为消除自第一分光组30出射的第一分束和第二分束之间的光程差，可选地，本申请提供的光学模组还包括设置于反射镜32的出光侧或者第一分光镜31的透射出光侧的光程调节器40，光程调节器40用于使出射的第一分束和第二分束在接收面的光程相等。图1示出的是将光程调节器40设置于反射镜32的出光侧时对应的附图。

这样，在通过第一分光镜31分束后的第一分束和第二分束便可以在光程调节器40的作用下实现第一分束和第二分束分别至接收面的光程相等。

其中，光程调节器40的结构形式本申请不做限定，本领域技术人员可自行选择，只要能使得通过该光程调节器40之后，出射的第一分束和第二分束至接收面的光程相等即可。示例地，该光程调节器40可以是设置于反射镜32的出光侧的负透镜；或者，该光程调节器40可以是设置于第一分光镜31的出光侧的正透镜。

当然，除了在反射镜32的出光侧或者在第一分光镜31的透射出光侧设置光程调节器40之外，本申请还可以通过对第一分光镜31或反射镜32的面型进行设计，以实现消除光程差，以使得第一分束至接收面的光程和第二分束至接收面的光程相等。

例如，在一种可实现的方式中，请参照图4，第一分光镜31可以为正透镜，反射镜32为平面镜。这样，也可以起到第一分束至接收面的光程，和第二分束至接收面的光程相等的效果。

又例如，在另一种可实现的方式中，请参照图5，反射镜32可以为正透镜，第一分光镜31可以为平面镜。这样，同样可以起到第一分束至接收面的光程，和第二分束至接收面的光程相等的效果。本领域技术人员可根据实际需求选择以上任意一种合适的调节光程的方式，本申请不做具体限定。

为了使得本申请提供的光学模组可以生成更多的光斑，以满足不同的场景需求，本申请可以通过以下任意一种方式实现：

在第一种实现方式中，本申请的光学模组还可以包括第二分光组50(其中，第二分光组50包括第三分光镜51和第二反射镜52)，第二分光组50设于第一分光镜31的透射出光侧，用于对第一分束进行再次分束；和/或，第二分光组50设于反射镜32的出光侧，用于对第二分束进行再次分束。

例如，第二分光组50可以只设置于第一分光镜31的透射出光侧，从而通过第二分光组50对第一分束进行再次分束。其中，第二分光组50可以为多组，这样，第一分束便可以进行多次分束。

又例如，第二分光组50还可以只设置于反射镜32的透射出光侧，从而通过第二分光组50对第二分束进行再次分束。同理，第二分光组50也可以设置多组，从而对第二分束进行多次分束。

还例如，第二分光组50可以同时设置于第一分光镜31的透射出光侧和反射镜32的出光侧，这样，可以通过第二分光组50分别实现第一分束和第二分束的多次分束。

其中，需要说明的是，当第二分光组50同时设置于第一分光镜31的透射出光侧和反射镜32的出光侧时，包含以下两种情况：

请参照图2所示，在第一种可行的实现方式中，第二分光组50可以是分别在第一分光镜31的透射出光侧和反射镜32的出光侧各自设置。这时，第一分束和第二分束可以通过各自对应的第二分光组50进行再次分束。其中，位于第一分光镜31的透射出光侧的第二分光组50可以设置多组，且位于反射镜32的出光侧的第二分光组50也可以设置多组。

请参照图3所示，在另一种可行的实现方式中，第二分光组50可以整体设置于第一分光镜31的透射出光侧和反射镜32的出光侧，从而通过一个第二分光组50同时实现对第一分束和第二分束的再次分束。如图3所示，图3示出的是只设置了一组第二分光组50以使实现第一分束和第二分束的二次分束的情况，容易理解地，在该示例中，第二分光组50也可以设置多种，这样，在对第一分束和第二分束进行二次分束后，还可以根据需要进行多次分束。

其中，图2示出的第二分光组50的设置方式可以实现在接收面形成多个相对密集的光斑，且其结构相对而言更为紧凑；图3示出的第二分光组50的设置方式可以进一步减少本申请的光学模组的光学元件数量，有利于降低成本和简化结构。因此，本领域技术人员可根据实际需要选择合适的第二分光组50的设置方式，本申请不做具体限定。

在第二种实现方式中，如图6所示，光学模组还包括至少一个第二分光镜，第二分光镜设于第一分光镜31和反射镜32之间，且与第一分光镜31和反射镜32呈间隔设置。

其中，需要说明的是，当第二分光镜包括两个及其以上时，则每一个第二分光镜都应该是相互间隔设置的。

示例地，以第二分光镜包括两个为例进行举例说明，请参照图6，光束在经过第一分光镜31的分束后，将光束分束成两束，其中，第一分束透过第一分光镜31直接出射，第二分束通过第一分光镜31反射后入射至第二分光镜33A；这时，该第二分光镜33A可以将第二分束进行再次分束成两束(分束的光束分别称为第三分束和第四分束)，其中，第三分束透过该第二分光镜33A后入射至第二分光镜33B，第四分束通过该第二分光镜33A反射后直接出射；这时，第二分光镜33B可以将第三分束进行再次分束成两束(即分别为第五分束和第六分束)，其中，第五分束透过第二分光镜33B后入射至反射镜32，然后经过反射镜32的反射后出射，第六分束是通过第二分光镜33B的反射后直接出射的。

通过第二分光镜包括两个的示例，本领域技术人员能够合理推出第二分光镜包括一个或者多个时的情况，因此，本申请对于其他情况不再赘述。

另外，需要说明的是，当该光学模组包括至少一个第二分光镜时，每一个第二分光镜也可以在其反射出光侧分别设置一个光程调节器40；或者，可以也可以通过对每一个第二分光镜的面型进行调节，以使得自每个第二分光镜透射侧出射的光束与第一分光镜31以及反射镜32光程相同。具体地，第二分光镜的光程差的调节方式，本领域技术人员可以根据实际情况选择，本申请不做限制。

另外，需要说明的是，本申请提供的光学模组的第一分光组30出射的光束在接收面得到的多个光斑可以是等大的，也可以是不等大的。

为了使得通过本申请提供的光学模组出射的光束在接收面可以得到均匀的光斑，在本实施例中，光学模组的出光侧还可以对应设置匀化镜组(图未示)，该匀化镜组用于使光学模组的光束匀化出射。示例地，当本申请只设置第一分光组30时，则匀化镜组对应设置在第一分光组30的出光侧；当本申请在第一分光组30的基础上还设置第二分光组50时，则匀化镜组对应设置在第二分光组50的出光侧。

为了便于将光源10发射的光束压缩耦合至光波导20内，从而减少光损失，在本实施例中，可选地，光学模组还包括设于光源10和光波导20之间的第一压缩镜组60，第一压缩镜组60用于将光源10发射的光束压缩至光波导20内。

示例地，如图1所示，第一压缩镜组60包括准直镜61和第一压缩镜62，准直镜61用于对自光源10出射的光束准直出射，第一压缩镜62用于将自准直镜61出射的光束压缩至光波导20。

同理，为了便于将自光波导20出射的光束压缩至第一分光组30，在本实施例中，光学模组还可以包括设于光波导20和第一分光组30之间的第二压缩镜组70，第二压缩镜组70用于将光波导20出射的光束压缩至第一分光组30。

示例地，第二压缩镜组70包括第一透镜71和第二透镜72，其中，第一透镜71和第二透镜72中至少一个为正透镜。示例地，第一透镜71可以为正透镜，第二透镜72也可以为正透镜；或者，第一透镜71可以为正透镜，第二透镜72可以为负透镜；再或者，第一透镜71可以为负透镜，第二透镜72可以为正透镜。

需要说明的是，上述第一压缩镜组60的具体结构形式和第二压缩镜组70的具体结构形式仅为示例，在其他的实施例中，本领域技术人员还可以根据需要采用其他形式的第一压缩镜组60和第二压缩镜组70，本申请不做具体限制。

本实用新型的另一方面，提供一种光学系统，该光学系统包括上述的光学模组。

其中，该光学系统可以应用于医疗美容、激光雷达、工业加工等领域。

该光学系统包含与前述实施例中的光学模组相同的结构和有益效果。由于光学模组的结构及其有益效果均已在前文做了详细阐述，故在此不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种光学模组，其特征在于，包括光源、沿所述光源的光路传输方向依次设置的光波导和第一分光组，所述光波导的横截面为多边形，所述第一分光组包括间隔设置的第一分光镜和反射镜，所述光源发射的光束通过所述光波导整形后入射所述第一分光组，所述第一分光组的第一分光镜将入射的光束分束，其中，第一分束通过所述第一分光镜直接出射，第二分束经所述第一分光镜反射后由所述反射镜反射，以与所述第一分束平行出射。

2.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括设于所述光波导和所述第一分光组之间的第二压缩镜组，所述第二压缩镜组用于将所述光波导出射的光束压缩至所述第一分光组。

3.根据权利要求2所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括设置于反射镜的出光侧或者第一分光镜的透射出光侧的光程调节器，所述光程调节器用于使出射的第一分束和第二分束在接收面的光程相等。

4.根据权利要求2所述的光学模组，其特征在于，所述第一分光镜为正透镜，所述反射镜为平面镜。

5.根据权利要求2所述的光学模组，其特征在于，所述反射镜为正透镜，所述第一分光镜为平面镜。

6.根据权利要求2至5任意一项所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括至少一个第二分光镜，所述第二分光镜设于第一分光镜和所述反射镜之间，且与所述第一分光镜和所述反射镜呈间隔设置。

7.根据权利要求2至5任意一项所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括设于所述光源和所述光波导之间的第一压缩镜组，所述第一压缩镜组用于将所述光源发射的光束压缩至所述光波导内。

8.根据权利要求7所述的光学模组，其特征在于，所述第一压缩镜组包括准直镜和第一压缩镜，所述准直镜用于对自所述光源出射的光束准直出射，所述第一压缩镜用于将自所述准直镜出射的光束压缩至所述光波导。

9.根据权利要求2所述的光学模组，其特征在于，所述第二压缩镜组包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜中至少一个为正透镜。

10.一种光学系统，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的光学模组。

Images