專利名稱：一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，涉及一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體激光器性能的提高，以半導(dǎo)體激光器為基礎(chǔ)的激光照明技術(shù)在安全防護(hù)監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于半導(dǎo)體激光器自身發(fā)光的模式特性，其光斑不均勻，出現(xiàn)明暗相間的條紋。因此半導(dǎo)體激光器必須經(jīng)過(guò)整形勻化后，才能用于夜間照明。目前較為常用的整形技術(shù)是將激光管的光直接耦合到光纖中，但這種耦合方法， 由于光纖芯徑比較細(xì)，耦合時(shí)需要將光纖頭與激光管發(fā)光面的間距調(diào)整到很小，同時(shí)調(diào)整光纖頭相對(duì)于激光管發(fā)光面的橫向位置。調(diào)整過(guò)程中，很容易導(dǎo)致光纖頭與激光管發(fā)光面接觸，從而損壞激光管和光纖，同時(shí)調(diào)整過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)，提高了激光光纖耦合光源的成本。另外一種常用的耦合方法是利用自準(zhǔn)直透鏡也叫格林透鏡將激光管的光重新會(huì)聚后進(jìn)入到光纖中，但是自準(zhǔn)直透鏡材料特殊，價(jià)格比較貴，同時(shí)裝調(diào)公差小，耦合時(shí)調(diào)整過(guò)程復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)照明均勻性不好，光斑不均勻，出現(xiàn)明暗相間的條紋和成本很高等缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置，其技術(shù)方案可以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置，該裝置包括半導(dǎo)體激光管、非成像聚光鏡和光纖，半導(dǎo)體激光管發(fā)射的光束在非成像聚光鏡的后表面會(huì)聚，會(huì)聚的光束入射至光纖，形成激光光纖裝置。本發(fā)明將半導(dǎo)體激光管發(fā)出的光耦合到光纖中，形成均勻光源，克服了半導(dǎo)體激光管自身的光斑不均勻，有明暗相間條紋的缺點(diǎn)。光纖耦合時(shí)，采用了非成像聚光鏡，可以將激光管發(fā)出的光會(huì)聚在后表面，同時(shí)由于前表面口徑大，相對(duì)于激光管的位置，有較大裝調(diào)公差。安裝定位時(shí)，依靠金屬架的機(jī)械精度就可以保證，不需要精細(xì)調(diào)整。調(diào)整過(guò)程簡(jiǎn)單，減少調(diào)整過(guò)程中由于光纖觸碰激光管而損壞激光管和光纖的幾率，提高成品率，減少調(diào)整時(shí)間，降低成本。


圖1本發(fā)明一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2本發(fā)明一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置的非成像聚光鏡結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、半導(dǎo)體激光管，2、非成像聚光鏡，3、光纖，4、金屬固定架，5、金屬管，6、驅(qū)動(dòng)電路板，7、風(fēng)扇，8、機(jī)械封裝外殼，9、前表面，10、后表面，11、側(cè)表面，12、空心圓柱體。
具體實(shí)施例方式由圖1所示，一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置，該光源包括半導(dǎo)體激光管1、非成像聚光鏡2和光纖3，所述半導(dǎo)體激光管1發(fā)射出光束，光束通過(guò)非成像聚光鏡2后，在非成像聚光鏡2的后表面會(huì)聚，然后光束進(jìn)入光纖中3，形成激光光纖光源。該光源還包括驅(qū)動(dòng)電路板6、風(fēng)扇7和機(jī)械封裝外殼8，半導(dǎo)體激光管1、非成像聚光鏡2、驅(qū)動(dòng)電路板6和風(fēng)扇7集成封裝在機(jī)械封裝外殼8內(nèi)。由圖2所示，所述非成像聚光鏡2前表面9為球面，后表面10為平面，側(cè)表面11 根據(jù)非成像光學(xué)理論中的邊緣光線原理和折射定律設(shè)計(jì)而成的自由曲面，可以通過(guò)全反射將入射到側(cè)表面的光重新反射到后表面，外圍的空心圓柱體12固定非成像聚光鏡2。通過(guò)圖1和圖2得知，所述非成像聚光鏡2的外圍圓柱體12與金屬固定架4相接固定在機(jī)械封裝外殼8內(nèi)。所述非成像聚光鏡2距離半導(dǎo)體激光管1發(fā)光面的距離d取值在2mm-3mm范圍內(nèi)。非成像聚光鏡2前表面9通光口SD1取值為半導(dǎo)體激光管1出射角θ的3dtane到
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4dtan θ，前表面曲率半徑的范圍為D1到2Dlt)所述非成像聚光鏡2的厚度為]一。所述非成像聚光鏡2表面鍍?cè)鐾改ぁ７浅上窬酃忡R2的材料為低溫玻璃或塑料， 非成像聚光鏡2采用注塑、雕刻、切割、打磨或壓鑄任一方式進(jìn)行加工。所述光纖3帶有連接頭，通過(guò)金屬管5與后表面10直接接觸，且光纖3的芯徑與后表面10的通光口徑D2相等。驅(qū)動(dòng)電路板6向半導(dǎo)體激光管1和風(fēng)扇7提供穩(wěn)定的額定工作電流，風(fēng)扇7將半導(dǎo)體激光管1產(chǎn)生的熱量通過(guò)對(duì)流方式散發(fā)出去。機(jī)械封裝外殼8將半導(dǎo)體激光管1、驅(qū)動(dòng)電路板6、風(fēng)扇7集成封裝成一體，并通過(guò)熱傳導(dǎo)方式向外散發(fā)熱量。本實(shí)施例中半導(dǎo)體激光管1發(fā)光面積為0. 15mm，光功率為3w，發(fā)出的激光光束角為10度，非成像聚光鏡2到半導(dǎo)體激光管1間距d為2mm，非成像聚光鏡2前表面曲率半徑 R1為1mm，通光口徑D1為1mm，后表面面口徑D2為0. 2mm,非成像聚光鏡2厚度為4. 5mm,空心圓柱體外徑為2mm，內(nèi)徑為1mm。光纖芯徑為0. 2mm。在保證耦合效率達(dá)到88%以上的同時(shí)，系統(tǒng)裝調(diào)公差為0. 2mm，非常寬松。
權(quán)利要求
1.一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置，其特征在于，該裝置包括半導(dǎo)體激光管(1)、非成像聚光鏡( 和光纖(3)，所述半導(dǎo)體激光管(1)發(fā)射的光束在非成像聚光鏡O)的后表面會(huì)聚，會(huì)聚后的光束入射至光纖(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置，其特征在于， 該裝置還包括驅(qū)動(dòng)電路板(6)、風(fēng)扇(7)和機(jī)械封裝外殼(8)，半導(dǎo)體激光管(1)、非成像聚光鏡O)、驅(qū)動(dòng)電路板(6)和風(fēng)扇(7)集成封裝在機(jī)械封裝外殼(8)內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置，其特征在于，該裝置還包括位于非成像聚光鏡(2)外圍的空心圓柱體(12)，所述非成像聚光鏡(2)通過(guò)外圍的空心圓柱體(1 固定在機(jī)械封裝外殼(8)上，非成像聚光鏡O)的前表面(9)為球面，后表面(10)為平面，側(cè)表面(11)為根據(jù)非成像光學(xué)理論中的邊緣光線原理和折射定律設(shè)計(jì)而成的自由曲面。
4.如權(quán)利要求3所述的一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置，其特征在于， 該裝置還包括金屬固定架G)，所述空心圓柱體(1 與金屬固定架(4)相接并固定在機(jī)械封裝外殼(8)內(nèi)。
5.如權(quán)利要求3所述的一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置，其特征在于， 所述前表面(9)距離半導(dǎo)體激光管(1)發(fā)光面的距離d取值在2mm-3mm范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求3所述的一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置，其特征在于， 所述前表面(9)的通光口徑D1的取值范圍為半導(dǎo)體激光管(1)發(fā)出光束的出射角θ的 3dtan θ到4dtane，d為前表面(9)距離半導(dǎo)體激光管(1)發(fā)光面的距離，前表面(9)的曲率半徑R1的范圍SD1 IlJ 2D10
7.如權(quán)利要求1所述的一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置，其特征在于，tan θ所述非成像聚光鏡O)的厚度為一『，θ為半導(dǎo)體激光管(1)發(fā)出光束的出射角，D1為前 1表面(9)的通光口徑。
8.如權(quán)利要求1所述的一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置，其特征在于， 所述非成像聚光鏡O)的前表面、后表面和側(cè)表面均鍍?cè)鐾改ぁ?br> 9.如權(quán)利要求1所述的一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置，其特征在于， 所述非成像聚光鏡( 采用注塑、雕刻、切割、打磨或壓鑄其中任意一種方式進(jìn)行加工，非成像聚光鏡( 材料為低溫玻璃或塑料。
10.如權(quán)利要求1所述的一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置，其特征在于， 所述光纖C3)帶有連接頭，光束通過(guò)連接頭進(jìn)入光纖，光纖C3)通過(guò)金屬管( 與后表面 (10)直接接觸，且光纖(3)的芯徑與后表面(10)的通光口徑相等。
全文摘要
一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置，屬于半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，該光源包括半導(dǎo)體激光管、非成像聚光鏡和光纖，所述半導(dǎo)體激光管發(fā)射出光束，光束通過(guò)非成像聚光鏡后，在非成像聚光鏡的后表面會(huì)聚，然后光束進(jìn)入光纖中，形成激光光纖光源。本發(fā)明采用了非成像聚光鏡，可以將激光管發(fā)出的光會(huì)聚在其后表面，同時(shí)由于前表面口徑大，相對(duì)于激光管的位置，有較大裝調(diào)公差。安裝定位時(shí)，依靠金屬架的機(jī)械精度就可以保證，不需要精細(xì)調(diào)整。調(diào)整過(guò)程簡(jiǎn)單，減少調(diào)整過(guò)程中由于光纖觸碰激光管而損壞激光管和光纖的幾率，提高成品率，減少調(diào)整時(shí)間，降低成本。
文檔編號(hào)G02B6/42GK102368107SQ201110338098
公開(kāi)日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者劉華, 盧振武, 王堯, 韓雪冰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所