CN217404644U

CN217404644U - 一种激光准直透镜调节装置

Info

Publication number: CN217404644U
Application number: CN202221337485.XU
Authority: CN
Inventors: 程波涛; 高文宏; 郭泽彬
Original assignee: Jiangsu Radium Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Radium Technology Co ltd
Priority date: 2022-05-31
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2022-09-09
Anticipated expiration: 2032-05-31

Abstract

本实用新型公开了一种激光准直透镜调节装置，包括：激光二极管；透镜，激光管二极管设置在透镜焦点处，光束经过透镜后输出平行光束；第一分束镜，将平行光束分为两束；第一校验组件，包括第一光阑和第一功率探测器，第一校验光通过第一光阑入射至第一功率探测器；第二分束镜，将传输光分为两束；第二校验组件，包括第二光阑和第二功率探测器，第二校验光通过第二光阑入射至第二功率探测器；第三校验组件，包括第三光阑和第三功率探测器，第三校验光通过第三光阑入射至第三功率探测器；处理器，用于根据各探测器得到的光功率之间的差异判断光束是否准直。本实用新型消除人眼目测调试的主观判断误差，准确对激光二极管输出光束进行准直。

Description

一种激光准直透镜调节装置

技术领域

本实用新型涉及激光光源技术领域，具体涉及一种激光准直透镜调节装置。

背景技术

由于半导体激光器体积小、寿命长、覆盖波长范围广等优点，近年来其得到了快速发展。随着激光精密加工、激光显示、生物医疗、激光制版直写成像等一系列应用驱动，激光二极管的功率和波长都得到了很大程度拓展，应用越来越广泛。

激光二极管输出光束是椭圆形能量分布，光束发射面的水平和垂直方向均有发散角。当经过会聚透镜耦合到光纤时，发散角会影响会聚的光斑尺寸及光纤耦合的效率，因此在实际应用中，都需要对激光二极管输出光束进行准直。因为激光的高亮度，导致在实际生产使用中，用目测的方式调节容易受主观感觉判断，误差较大，调节的标准不一致，调节结果差异很大，且高亮度激光使长时间的目测容易产生视觉疲劳，伤害视力。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种激光准直透镜调节装置，消除人眼目测调试的主观判断误差，准确对激光二极管输出光束进行准直。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种激光准直透镜调节装置，包括：

激光二极管，用于发射一光束；

透镜，所述激光管二极管设置在所述透镜焦点处，所述光束经过所述透镜后输出平行光束；

第一分束镜，设置在所述平行光束的光路上并将所述平行光束分为两束，一束为第一校验光，另一束为传输光，其中，传输光的传输截面大于第一校验光的传输截面；

第一校验组件，包括第一光阑和第一功率探测器，所述第一校验光通过所述第一光阑入射至所述第一功率探测器，所述第一功率探测器得到第一光功率；

第二分束镜，设置在所述传输光的光路上并将所述传输光分为两束，一束为第二校验光，另一束为第三校验光；

第二校验组件，包括第二光阑和第二功率探测器，所述第二校验光通过所述第二光阑入射至所述第二功率探测器，所述第二功率探测器得到第二光功率；

第三校验组件，包括第三光阑和第三功率探测器，所述第三校验光通过所述第三光阑入射至所述第三功率探测器，所述第三功率探测器得到第三光功率；

处理器，分别连接所述第一功率探测器、第二功率探测器和第三功率探测器，用于根据第一光功率、第二光功率以及第三光功率两两之间的差异判断光束是否准直。

优选的，所述透镜与所述第一分束镜之间设置有扩束镜，经过所述扩束镜的平行光束在垂直传输截面内光斑尺寸大于任一光阑的孔径，所述任一光阑包括所述第一光阑、第二光阑和第三光阑。

优选的，所述第一光阑和扩束镜的光程为d1，0.05m<d1<5m；所述第二光阑和所述扩束镜的光程为d2，d2>1.5×d1；所述第三光阑和所述扩束镜的光程为d3，d3>2×d1，且d3>1.2×d2。

优选的，所述第一光阑、第二光阑和第三光阑的孔径大小相等，所述第一光阑、第二光阑和第三光阑的通光孔中心轴与相应穿过的光的光轴重合。

优选的，所述第一分束镜的分束比为1:3，其中，第一校验光占平行光束的三分之一；所述第二分束镜的分数比为1：1。

优选的，所述第一分束镜、所述第二分束镜、所述第三光阑和所述第三功率探测器依次设置在所述透镜出射的平行光束的光路上；所述第一光阑和所述第一功率探测器设置在所述第一分束镜一侧，所述第一分束镜将第一校验光反射穿过所述第一光阑至所述第一功率探测器，所述第一校验光与所述平行光束的角度为90°，所述传输光与所述平行光束同轴；所述第二光阑和所述第二功率探测器设置在所述第二分束镜一侧，所述第二分束镜将第二校验光反射穿过所述第二光阑至所述第二功率探测器，所述第二校验光与所述传输光的角度为90°，所述第三校验光与所述平行光束同轴。

优选的，所述第一分束镜、所述第一光阑和所述第一功率探测器依次设置在所述透镜出射的平行光束的光路上，所述第一校验光与所述平行光束同轴；所述第一分束镜一侧设置有第一反射镜，所述第二分束镜、第二光阑和第二功率探测器依次设置在所述第一反射镜的反射光路上，所述第一反射镜将所述传输光反射至所述第二分束镜，所述第一反射镜对传输光的反射角度为90°，所述第一反射镜与所述第一分束镜之间的传输光与平行光束的角度为90°，所述第一反射镜与所述第二分束镜之间的传输光与所述第二校验光同轴且与平行光束的光轴平行；所述第二分束镜的一侧设置有所述第三光阑和所述第三功率探测器，所述第三校验光经所述第二分束镜反射穿过所述第三光阑至所述第三功率探测器，所述第三校验光与所述平行光束相互垂直。

优选的，所述第一分束镜、所述第一光阑和所述第一功率探测器依次设置在所述透镜出射的平行光束的光路上，所述第一校验光与所述平行光束同轴；所述传输光的光路上设置有第一反射镜，所述第二光阑、所述第三光阑与所述第一光阑并列设置，所述第二分束镜设置在所述第二光阑与第一反射镜之间，所述第一反射镜将传输光反射至所述第二分束镜，所述第一反射镜与第一分束镜的反射面相互平行设置，所述第一反射镜与第二分束镜之间的传输光与第二校验光同轴且与平行光束的光轴平行；所述第三校验光的光路上设置有第二反射镜，所述第二反射镜与第二分束镜的反射面相互平行，所述第三校验光经所述第二反射镜反射穿过所述第三光阑至所述第三功率探测器，所述第二反射镜与所述第三光阑之间的第三校验光与平行光束的光轴平行。

优选的，所述第一功率探测器、第二功率探测器和第三功率探测器用于将得到的相应的光功率转化为电压信号并将电压信号输出到所述处理器，所述处理器用于对电压信号做差分运算及放大，计算：

其中，M为运算放大器的放大系数，V_i、V_j为各功率探测器对应得到的电压信号值，1表示第一功率探测器，2表示第二功率探测器，3表示第三功率探测器，当任意两组电压信号差分比值η都小于设定的规格，认定激光发射的光束达到要求的准直状态，此时透镜位置合适，否则，判断准直状态不佳，需要对透镜位置进行调节。

优选的，所述处理器连接有显示器，所述显示器用于显示所述第一功率探测器、第二功率探测器和第三功率探测器探测的光功率、处理器得到的电压信号差分比值以及判断准直的状态结果。

本实用新型的有益效果：本装置通过光路设计，使得在同一束平行光束下，通过光阑和功率探测器采集到多组光功率信号，通过判断彼此之间的差异，进行准直判断，从而进行调节，消除了人眼目测调试的主观判断误差，提升了调试的一致性，有效保护了视力，避免高亮度激光对目测的潜在危害；本装置光路设计简单，在光路上设计的元件少，可以设计较短的光路，且三组数据可同时读取，读取数据直观，提升了生产效率。

附图说明

图1是本实用新型的实施例一装置结构示意图；

图2是本实用新型的实施例二装置结构示意图；

图3是本实用新型的实施例三装置结构示意图；

图中标号说明：1、激光二极管；2、透镜；3、第一分束镜；4、第二分束镜；5、第一光阑；6、第一功率探测器；7、第二光阑；8、第二功率探测器；9、第三光阑；10、第三功率探测器；11、处理器；12、显示器；13、扩束镜；14、第一反射镜；15、第二反射镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

如图1-图3所示，本发明提供了一种激光准直透镜调节装置，包括：

激光二极管1，用于发射一光束；

透镜2，激光管二极管2设置在透镜焦点处，光束经过透镜2后输出平行光束；

第一分束镜3，设置在平行光束的光路上并将平行光束分为两束，一束为第一校验光，另一束为传输光，其中，传输光的传输截面大于第一校验光的传输截面；

第一校验组件，包括第一光阑5和第一功率探测器6，第一校验光通过第一光阑5入射至第一功率探测器6，第一功率探测器6得到第一光功率；

第二分束镜4，设置在传输光的光路上并将传输光分为两束，一束为第二校验光，另一束为第三校验光；

第二校验组件，包括第二光阑7和第二功率探测器8，第二校验光通过第二光阑7入射至第二功率探测器8，第二功率探测器8得到第二光功率；

第三校验组件，包括第三光阑9和第三功率探测器10，第三校验光通过第三光阑9入射至第三功率探测器10，第三功率探测器10得到第三光功率；

处理器11，分别连接第一功率探测器6、第二功率探测器8和第三功率探测器10，用于根据第一光功率、第二光功率以及第三光功率两两之间的差异判断光束是否准直。

本装置在使用过程中，激光二极管1设置在准直透镜2焦点位置，发射的光束经准直透镜后，输出近似平行的光，准直透镜2相对于激光二极管的1距离可以调节；近似平行的通过第一分束镜3后分为两束，一束射向第一光阑5，然后被第一功率探测器6接收，另一束从第一分束镜3射出的光又被第二分束镜4进行分光，一束射向第二光阑7，被第二功率探测器8接收，另一束从第二分束镜8射向第三光阑9，被第三功率探测器10接收；由于光阑采样面积固定，当其通光孔径面的光功率密度变化时，会引起功率探测器上接收的光功率值变化，当调节准直透镜2，使激光束达到准直状态时，输出的激光束方向性很好，在整个光程内，光束传输截面的光功率密度近似不变，通过各采样光阑采集到的光功率近似相等，相反，当激光束未达到准直状态时，输出的激光束产生会聚或者发散，在整个光程不同位置，光束传输截面的光功率密度会发生较大变化，通过采样光阑采集到的三个光功率，至少有一组会有明显差异，因此，处理器可根据三个功率探测器得到的光功率差异，判断光束是否准直，如不准直，对透镜进行调节，直到没有差异。本装置通过光路设计，使得在同一束平行光束下，通过光阑和功率探测器采集到多组光功率信号，通过判断彼此之间的差异，进行准直判断，从而进行调节，消除了人眼目测调试的主观判断误差，提升了调试的一致性，有效保护了视力，避免高亮度激光对目测的潜在危害；本装置光路设计简单，在光路上设计的元件少，可以设计较短的光路，且三组数据可同时读取，读取数据直观，提升了生产效率。

进一步地，透镜1与第一分束镜3之间设置有扩束镜13，经过扩束镜13的平行光束在垂直传输截面内光斑尺寸大于任一光阑的孔径，任一光阑包括第一光阑5、第二光阑7和第三光阑9。利用扩束镜13对经过准直透镜2后的光进行扩束，从扩束镜13出射的光束在垂直传输截面内光斑尺寸大于采样光阑口径。第一光阑和扩束镜的光程为d1，0.05m<d1<5m；第二光阑和扩束镜的光程为d2，d2>1.5×d1；第三光阑和扩束镜的光程为d3，d3>2×d1，且d3>1.2×d2。功率探测器分别设置在对应采样光阑后5mm～50mm均可，确保通过采样光阑孔径内的光都被之后的功率探测器接收。

进一步地，第一光阑5、第二光阑7和第三光阑9的孔径大小相等，第一光阑5、第二光阑7和第三光阑9的通光孔(圆形、矩形、狭缝或其它均可)中心轴与相应穿过的光的光轴重合，确保光束传输及测量的准确性。

进一步地，第一分束镜4的分束比为1:3，其中，第一校验光占平行光束的三分之一；第二分束镜5的分数比为1：1，也可以设置为其它，匹配对应光阑，处理器做运算补偿校准，分束镜可以替换采用分束棱镜。

进一步地，功率探测器分别将探测的光功率转化为电压信号，传送给处理器11，处理器11对三种电压信号做差分运算和放大，一种计算方式参考如下：功率探测器输出的电压信号分别为V₁，V₂和V₃，计算得到的差值比为：

其中，M为运算放大器设计的放大系数，例如M＝10。

当任意两组电压信号差分比值η都小于设定的规格，例如：η≤5％，认定激光束达到要求的准直状态，此时准直透镜位置合适。否则，判断准直状态不佳，需要调节。显示器12可以显示出实时探测的光功率值、电压信号差分比值、判断准直的状态并显示结果。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种激光准直透镜调节装置，基于上述实施方式，第一分束镜3、第二分束镜4、第三光阑9和第三功率探测器10依次设置在透镜2出射的平行光束的光路上；第一光阑5和第一功率探测器6设置在第一分束镜3一侧，第一分束镜3将第一校验光反射穿过第一光阑5至第一功率探测器6，第一校验光与平行光束的角度为90°，传输光与平行光束同轴；第二光阑7和第二功率探测器8设置在第二分束镜4一侧，第二分束镜4将第二校验光反射穿过第二光阑7至第二功率探测器8，第二校验光与传输光的角度为90°，第三校验光与平行光束同轴。

激光束通过第一分束镜3后，部分反射的光射向第一光阑5，然后被功率探测器1接收，此部分第一分束镜3的反射角度为45°，刚好垂直射向第一光阑5；从第一分束镜3透射的光部分又被第二分束镜4反射，然后射向第二光阑7，被第二功率探测器8接收，此部分第二分束镜4的反射角度也为45°，反射光束垂直射向第二光阑7，从第二分束镜4透射的光，经过第三光阑9，被第三功率探测器10接收。功率探测器分别将探测的光功率转化为电压信号，传送给处理器11，处理器11对三种电压信号做差分比较，判断光束是否准直，是否需要对透镜2进行调节。

实施例二

如图2所示，本实施例提供一种激光准直透镜调节装置，基于上述实施方式，第一分束镜3、第一光阑5和第一功率探测器6依次设置在透镜2出射的平行光束的光路上，第一校验光与平行光束同轴；第一分束镜4一侧设置有第一反射镜14，第二分束镜4、第二光阑7和第二功率探测器8依次设置在第一反射镜14的反射光路上，第一反射镜14将传输光反射至第二分束镜4，第一反射镜14对传输光的反射角度为90°，第一反射镜14与第一分束镜3之间的传输光与平行光束的角度为90°，第一反射镜14与第二分束镜4之间的传输光与第二校验光同轴且与平行光束的光轴平行；第二分束镜4的一侧设置有第三光阑9和第三功率探测器10，第三校验光经第二分束镜4反射穿过第三光阑9至第三功率探测器10，第三校验光与平行光束相互垂直。

激光束通过第一分束镜3后，1/3的光射向采样第一光阑5，采样第一光阑5截取通光口径内的光功率，然后被第一功率探测器6接收；从第一分束镜3反射的剩余2/3光，先经过45°第一反射镜14反射，然后又被第二分束镜4等分光，其中1/3光透射后射向采样第二光阑7，采样后的光被第二光功率探测器8接收；反射镜的设置可以有效利用空间，减少光路的长度；剩余1/3的光被第二分束镜4反射，射向采样第三光阑9，采样后的光被第三功率探测器10接收。

实施例三

如图3所示，本实施例提供一种激光准直透镜调节装置，基于上述实施方式，第一分束镜3、第一光阑5和第一功率探测器6依次设置在透镜2出射的平行光束的光路上，第一校验光与平行光束同轴；传输光的光路上设置有第一反射镜14，第二光阑7、第三光阑9与第一光阑5并列设置，第二分束镜4设置在第二光阑5与第一反射镜14之间，第一反射镜14将传输光反射至第二分束镜4，第一反射镜14与第一分束镜3的反射面相互平行设置，第一反射镜14与第二分束镜4之间的传输光与第二校验光同轴且与平行光束的光轴平行；第三校验光的光路上设置有第二反射镜15，第二反射镜15与第二分束镜4的反射面相互平行，第三校验光经第二反射镜15反射穿过第三光阑9至第三功率探测器10，第二反射镜15与第三光阑9之间的第三校验光与平行光束的光轴平行。

激光束通过第一分束镜3后，1/3的光射向采样第一光阑5，采样第一光阑5截取通光口径内的光功率，然后被第一功率探测器6接收；从第一分束镜3反射的剩余2/3光，先经过第一反射镜14反射，此处的反射角不固定，由于第一反射镜14与第二光阑7在一条光路上，因此，此处只需要保证将传输光反射至第二分束镜4即可；然后剩余光又被第二分束镜4等分光，其中1/3光透射后射向采样第二光阑7，采样后的光被第二光功率探测器8接收；反射镜的设置可以有效利用空间，减少光路的长度；剩余1/3的光被第二反射镜15反射，射向采样第三光阑9，此处第二反射镜15的反射角不固定，由于第二反射镜15与第三光阑9在同一光路上，只需保证将第三校验光反射至第三光阑9即可，采样后的光被第三功率探测器10接收。

通过以上实施例一到实施例三的光路设计，有效减少了调节测试的工作距离，节省了工作空间，装置简单，读取数据直观，提升了生产效率；有效保护了视力，避免高亮度激光对目测的潜在危害，除了人眼目测调试的主观判断误差，提升了调试的一致性。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种激光准直透镜调节装置，其特征在于，包括：

激光二极管，用于发射一光束；

透镜，所述激光二极管设置在所述透镜焦点处，所述光束经过所述透镜后输出平行光束；

2.如权利要求1所述的一种激光准直透镜调节装置，其特征在于，所述透镜与所述第一分束镜之间设置有扩束镜，经过所述扩束镜的平行光束在垂直传输截面内光斑尺寸大于任一光阑的孔径，所述任一光阑包括所述第一光阑、第二光阑和第三光阑。

3.如权利要求2所述的一种激光准直透镜调节装置，其特征在于，所述第一光阑和扩束镜的光程为d1，0.05m<d1<5m；所述第二光阑和所述扩束镜的光程为d2，d2>1.5×d1；所述第三光阑和所述扩束镜的光程为d3，d3>2×d1，且d3>1.2×d2。

4.如权利要求1所述的一种激光准直透镜调节装置，其特征在于，所述第一光阑、第二光阑和第三光阑的孔径大小相等，所述第一光阑、第二光阑和第三光阑的通光孔中心轴与相应穿过的光的光轴重合。

5.如权利要求1所述的一种激光准直透镜调节装置，其特征在于，所述第一分束镜的分束比为1:3，其中，第一校验光占平行光束的三分之一；所述第二分束镜的分数比为1：1。

6.如权利要求1所述的一种激光准直透镜调节装置，其特征在于，所述第一分束镜、所述第二分束镜、所述第三光阑和所述第三功率探测器依次设置在所述透镜出射的平行光束的光路上；所述第一光阑和所述第一功率探测器设置在所述第一分束镜一侧，所述第一分束镜将第一校验光反射穿过所述第一光阑至所述第一功率探测器，所述第一校验光与所述平行光束的角度为90°，所述传输光与所述平行光束同轴；所述第二光阑和所述第二功率探测器设置在所述第二分束镜一侧，所述第二分束镜将第二校验光反射穿过所述第二光阑至所述第二功率探测器，所述第二校验光与所述传输光的角度为90°，所述第三校验光与所述平行光束同轴。

7.如权利要求1所述的一种激光准直透镜调节装置，其特征在于，所述第一分束镜、所述第一光阑和所述第一功率探测器依次设置在所述透镜出射的平行光束的光路上，所述第一校验光与所述平行光束同轴；所述第一分束镜一侧设置有第一反射镜，所述第二分束镜、第二光阑和第二功率探测器依次设置在所述第一反射镜的反射光路上，所述第一反射镜将所述传输光反射至所述第二分束镜，所述第一反射镜对传输光的反射角度为90°，所述第一反射镜与所述第一分束镜之间的传输光与平行光束的角度为90°，所述第一反射镜与所述第二分束镜之间的传输光与所述第二校验光同轴且与平行光束的光轴平行；所述第二分束镜的一侧设置有所述第三光阑和所述第三功率探测器，所述第三校验光经所述第二分束镜反射穿过所述第三光阑至所述第三功率探测器，所述第三校验光与所述平行光束相互垂直。

8.如权利要求1所述的一种激光准直透镜调节装置，其特征在于，所述第一分束镜、所述第一光阑和所述第一功率探测器依次设置在所述透镜出射的平行光束的光路上，所述第一校验光与所述平行光束同轴；所述传输光的光路上设置有第一反射镜，所述第二光阑、所述第三光阑与所述第一光阑并列设置，所述第二分束镜设置在所述第二光阑与第一反射镜之间，所述第一反射镜将传输光反射至所述第二分束镜，所述第一反射镜与第一分束镜的反射面相互平行设置，所述第一反射镜与第二分束镜之间的传输光与第二校验光同轴且与平行光束的光轴平行；所述第三校验光的光路上设置有第二反射镜，所述第二反射镜与第二分束镜的反射面相互平行，所述第三校验光经所述第二反射镜反射穿过所述第三光阑至所述第三功率探测器，所述第二反射镜与所述第三光阑之间的第三校验光与平行光束的光轴平行。

9.如权利要求1-8中任一项所述的一种激光准直透镜调节装置，其特征在于，所述第一功率探测器、第二功率探测器和第三功率探测器用于将得到的相应的光功率转化为电压信号并将电压信号输出到所述处理器，所述处理器用于对电压信号做差分运算及放大，计算：

10.如权利要求9所述的一种激光准直透镜调节装置，其特征在于，所述处理器连接有显示器，所述显示器用于显示所述第一功率探测器、第二功率探测器和第三功率探测器探测的光功率、处理器得到的电压信号差分比值以及判断准直的状态结果。