CN218122371U - 一种圆形排布的激光汇聚系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种圆形排布的激光汇聚系统，包括：激光发射单元、反射单元、会聚单元和单芯光纤；所述激光发射单元包括四个激光二极管，所述反射单元包括四个反射镜，将四个激光二极管和四个反射镜按照特殊位置进行安装，使激光束通过反射镜反射至会聚透镜上；在会聚透镜上形成上下左右四个光斑，并且光斑轮廓外形接近圆形。本实用新型将多光束的错位排列，入射到会聚透镜上的光斑轮廓外形接近圆形，减小了对会聚透镜的孔径尺寸要求，减小了会聚的光束数值孔径，降低了边缘光斑被遮挡的风险。在有限的孔径尺寸下，可充分排列入射多个激光束，并耦合进光纤，提升了光纤出射功率。

Description

一种圆形排布的激光汇聚系统

技术领域

本实用新型涉及半导体激光光源技术领域，尤其是指一种圆形排布的激光汇聚系统。

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(几十瓦到几千瓦)，市场对可见和紫外半导体激光器输出功率需求不断提升，单只TO Can封装激光二极管已经无法满足需求(单LD最大几W)。实际应用中，将多颗激光二极管耦合进单根光纤时，激光二极管数量及光纤尺寸都受到局限。而采用激光二极管耦合到集束光纤增加输出功率时，增加了光纤的直径，不满足对光纤尺寸有限制的需求。

现有技术存在一些问题是阵列激光二极管耦合光纤中，参与耦合的激光束排列光斑外形呈矩形，与圆孔径匹配不佳，导致透镜孔径需要增大，系统尺寸相应增加，且容易造成边缘光束被遮挡损失，影响光纤耦合效率。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中阵列激光二极管耦合成的光斑呈矩形，与圆孔径的匹配不佳的缺陷。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种圆形排布的激光汇聚系统，包括：

激光发射单元；所述激光发射单元包括第一激光二极管、第二激光二极管、第三激光二极管和第四激光二极管；所述第一激光二极管、第二激光二极管、第三激光二极管和第四激光二极管在X轴方向位置相同；第二激光二极管和第三激光二极管在Y轴方向的位置相同，所述第一激光二极管和第四激光二极管在Y轴方向沿第二激光二极管和第三激光二极管连线的中点中心对称；

反射单元；所述反射单元包括与所述激光发射单元对应的第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜；所述第一反射镜和第四反射镜在X轴方向位置相同，所述第二反射镜和第三反射镜在X轴方向沿第一反射镜和第四反射镜连线的中点中心对称；所述第二反射镜和第三反射镜在Y轴方向位置相同，所述第一反射镜和第四反射镜在Y轴方向沿第二反射镜和第三反射镜连线的中点中心对称；所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜均与X轴45°放置；

所述第一激光二极管、第二激光二极管、第三激光二极管和第四激光二极管在X轴方向与所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜的位置相对应；所述第一激光二极管、第二激光二极管、第三激光二极管和第四激光二极管的中心在Y轴方向均高于所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜的中心；

会聚单元和单芯光纤；所述会聚单元将所有反射的激光束耦合至所述单芯光纤。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一激光二极管、第二激光二极管、第三激光二极管和第四激光二极管的输出口上均设置有准直透镜；

在本实用新型的一个实施例中，所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜的尺寸大小相等。

在本实用新型的一个实施例中，所述会聚单元为会聚透镜，且所述会聚透镜凸出的一面正对所述激光束的射入方向。

在本实用新型的一个实施例中，所述会聚透镜平行于X轴方向设置。

在本实用新型的一个实施例中，所述单芯光纤的入口与所述会聚透镜的焦点位置重合。

在本实用新型的一个实施例中，所述反射单元与所述会聚单元之间设置有偏振合束单元。

在本实用新型的一个实施例中，所述偏振合束单元为偏振合束镜。

在本实用新型的一个实施例中，所述偏振合束镜与Z轴呈45°设置。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的一种圆形排布的激光汇聚系统，通过对四组激光二极管和反射镜按照固定位置进行摆放，激光二极管发出的激光束经过反射镜反射后，在会聚透镜上形成上下左右四个光斑，并且光斑轮廓外形接近圆形。本实用新型将多光束的错位排列，入射到会聚透镜上的光斑轮廓外形接近圆形，减小了对会聚透镜的孔径尺寸要求，减小了会聚的光束数值孔径，降低了边缘光斑被遮挡的风险。在有限的孔径尺寸下，可充分排列入射多个激光束，并耦合进光纤，提升了光纤出射功率。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型在XZ平面的结构示意图；

图2是本实用新型在YZ平面的结构示意图；

图3是本实用新型光束入射到会聚透镜的光斑分布图；

说明书附图标记说明：1、激光发射单元；2、反射单元；3、准直透镜；4、偏振合束镜；5、会聚透镜；6、单芯光纤；7、光斑；8、光斑轮廓；11、第一激光二极管；12、第二激光二极管；13、第三激光二极管；14、第四激光二极管；21、第一反射镜；22、第二反射镜；23、第三反射镜；24、第四反射镜。

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。

参照图1-3所示，本实用新型公开了一种圆形排布的激光汇聚系统，包括：

激光发射单元1为四颗激光二极管，用于发射激光束阵列；关于激光二极管位置的排布，具体的，激光发射单元1包括第一激光二极管11、第二激光二极管12、第三激光二极管13和第四激光二极管14；第一激光二极管11、第二激光二极管12、第三激光二极管13和第四激光二极管14在X轴方向位置相同；第二激光二极管12和第三激光二极管13在Y轴方向的位置相同，第一激光二极管11和第四激光二极管14在Y轴方向沿第二激光二极管12和第三激光二极管13连线的中点中心对称；

反射单元2；反射单元2包括与激光发射单元1对应的第一反射镜21、第二反射镜22、第三反射镜23和第四反射镜24；第一反射镜21和第四反射镜24在X轴方向位置相同，第二反射镜22和第三反射镜23在X轴方向沿第一反射镜21和第四反射镜24连线的中点中心对称；第二反射镜22和第三反射镜23在Y轴方向位置相同，第一反射镜21和第四反射镜24在Y轴方向沿第二反射镜22和第三反射镜23连线的中点中心对称；第一反射镜21、第二反射镜22、第三反射镜23和第四反射镜24均与X轴45°放置；

激光发射单元1和反射单元2的位置单独设置好后，需要将两者相对应，将激光发射单元1的激光束反射出去；具体的，第一激光二极管11、第二激光二极管12、第三激光二极管13和第四激光二极管14在X轴方向与第一反射镜21、第二反射镜22、第三反射镜23和第四反射镜24的位置相对应；为了保证形成最后的光斑7之间离得更近，不会形成挡光：第一激光二极管11、第二激光二极管12、第三激光二极管13和第四激光二极管14的中心在Y轴方向均高于第一反射镜21、第二反射镜22、第三反射镜23和第四反射镜24的中心；

会聚单元和单芯光纤6；会聚单元将所有反射的激光束耦合至单芯光纤6，由于单芯光纤6的入口通常为圆形，因此需要保证多个激光束会聚后耦合形成圆形分布的四个光斑7。

按照上述激光发射单元1和反射单元2安装的位置，激光束反射到入射到会聚透镜5，在会聚单元上形成了上下左右的四个光斑7，四个光斑7的轮廓外形接近圆形与会聚单元的通光孔径较好匹配，最大化的利用了通光孔径，减小了会聚后的数值孔径，可以很好的将光束会聚耦合到单芯光纤6。本实用新型多光束的错位排列，入射到会聚透镜5上的光斑轮廓8外形接近圆形，减小了对会聚透镜5的孔径尺寸要求，减小了会聚的光束数值孔径，降低了边缘光斑7被遮挡的风险。在有限的孔径尺寸下，可充分排列入射多个激光束，并耦合进光纤，提升了光纤出射功率。

进一步的，为了保证激光二极管射出平行的光束，第一激光二极管11、第二激光二极管12、第三激光二极管13和第四激光二极管14的输出口上均设置有准直透镜3；发射的光在水平和垂直方向具有不同发散角，经过准直透镜3后，得到平行光输出。

进一步的，为了保证对激光束的正常反射，第一反射镜21、第二反射镜22、第三反射镜23和第四反射镜24的尺寸大小相等，不会由于尺寸大小不同而对激光束造成遮挡。

进一步的，会聚单元为会聚透镜5，其结构为凸透镜，且会聚透镜5凸出的一面正对激光束的射入方向，在激光束通过会聚透镜5后，会将光束按照会聚透镜5的折射率汇聚到单芯光纤6内。

进一步的，为了保证会聚透镜5能够将多个激光束接收，会聚透镜5平行于X轴方向设置，同样的，需要保证会聚透镜5的尺寸大小可以对反射的激光束进行接收。

进一步的，为了保证单芯光纤6可以将经过会聚透镜5的激光束全部接收，单芯光纤6的入口与会聚透镜5的焦点位置重合。

进一步的，激光束在通过反射镜反射到会聚透镜5上形成光斑7，光斑7的亮度的大小反映出输出功率的大小，反射单元2与会聚单元之间设置有偏振合束单元；增加偏振合束单元可以将多组相同的激光排列，通过偏振合束，合并入射到会聚透镜5，提升输出功率。

作为本实用新型的优选方案，偏振合束单元为偏振合束镜4，同时为了保证将所有的激光束进行偏振合束，偏振合束镜4与Z轴呈45°设置，即偏振合数镜与反射镜垂直设置，接收反射后的激光束。

综上，本实用新型介绍了一种圆形排布的激光汇聚系统，对四颗激光二极管和四个反射镜按照固定位置进行摆放，激光二极管发出的激光束经过反射镜反射后，在会聚透镜5上形成上下左右四个光斑7，并且光斑轮廓8外形接近圆形，与会聚透镜5的通光孔径较好匹配，最大化的利用了通光孔径，减小了会聚后的数值孔径，可以很好的将光束会聚耦合到单芯光纤6。本实用新型多光束的错位排列，入射到会聚透镜5上的光斑轮廓8外形接近圆形，减小了对会聚透镜5的孔径尺寸要求，减小了会聚的光束数值孔径，降低了边缘光斑7被遮挡的风险。在有限的孔径尺寸下，可充分排列入射多个激光束，并耦合进光纤，提升了光纤出射功率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种圆形排布的激光汇聚系统，其特征在于，包括：

激光发射单元；所述激光发射单元包括第一激光二极管、第二激光二极管、第三激光二极管和第四激光二极管；所述第一激光二极管、第二激光二极管、第三激光二极管和第四激光二极管在X轴方向位置相同；第二激光二极管和第三激光二极管在Y轴方向的位置相同，所述第一激光二极管和第四激光二极管在Y轴方向沿第二激光二极管和第三激光二极管连线的中点中心对称；

反射单元；所述反射单元包括与所述激光发射单元对应的第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜；所述第一反射镜和第四反射镜在X轴方向位置相同，所述第二反射镜和第三反射镜在X轴方向沿第一反射镜和第四反射镜连线的中点中心对称；所述第二反射镜和第三反射镜在Y轴方向位置相同，所述第一反射镜和第四反射镜在Y轴方向沿第二反射镜和第三反射镜连线的中点中心对称；所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜均与X轴45°放置；

所述第一激光二极管、第二激光二极管、第三激光二极管和第四激光二极管在X轴方向与所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜的位置相对应；所述第一激光二极管、第二激光二极管、第三激光二极管和第四激光二极管的中心在Y轴方向均高于所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜的中心；

会聚单元和单芯光纤；所述会聚单元将所有反射的激光束耦合至所述单芯光纤。

2.根据权利要求1所述的圆形排布的激光汇聚系统，其特征在于：所述第一激光二极管、第二激光二极管、第三激光二极管和第四激光二极管的输出口上均设置有准直透镜。

3.根据权利要求1所述的圆形排布的激光汇聚系统，其特征在于：所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜的尺寸大小相等。

4.根据权利要求1所述的圆形排布的激光汇聚系统，其特征在于：所述会聚单元为会聚透镜，且所述会聚透镜凸出的一面正对所述激光束的射入方向。

5.根据权利要求4所述的圆形排布的激光汇聚系统，其特征在于：所述会聚透镜平行于X轴方向设置。

6.根据权利要求4所述的圆形排布的激光汇聚系统，其特征在于：所述单芯光纤的入口与所述会聚透镜的焦点位置重合。

7.根据权利要求1所述的圆形排布的激光汇聚系统，其特征在于：所述反射单元与所述会聚单元之间设置有偏振合束单元。

8.根据权利要求7所述的圆形排布的激光汇聚系统，其特征在于：所述偏振合束单元为偏振合束镜。

9.根据权利要求8所述的圆形排布的激光汇聚系统，其特征在于：所述偏振合束镜与Z轴呈45°设置。

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