專利名稱：激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及激光光學領(lǐng)域，尤其涉及一種激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置。
背景技術(shù)：
激光按工作物質(zhì)分類，可劃分為:氣體激光、染料激光、固體激光、半導體激光、光纖激光等。激光二極管具有體積小、重量輕、效率高、壽命長和可直接調(diào)制等許多特點，越來越受到科研工作者和終端使用者的青睞。激光二極管在某些應用領(lǐng)域，如激光熔覆、激光淬火、激光硬化等，可以直接應用其光源，同時，直接以激光二極管為光源的加工設備也逐步增加。在固體激光泵浦源方面，以激光二極管為泵浦源的固體激光正逐步取代以傳統(tǒng)氙燈為泵浦源的固體激光。由于實際應用對激光功率要求的提高，單管的激光二極管已無法滿足應用要求；激光二極管陣列(array)或激光二極管堆棧(stack)則成了最終選擇。激光二極管堆棧由于成本高、整形耦合技術(shù)相對困難等因素，在實際應用上較少采用。激光二極管陣列則由于成本低廉、整形技術(shù)成熟等因素而受到廣泛使用。激光二極管陣列一般由8-20個激光二極管發(fā)射單元排成一排組成。單管的激光二極管光束存在很大的非對稱性，具有很大的像散。其發(fā)光面積一般為lX50iim2—I X 400 iim2，其快軸全角發(fā)散角一般在40°左右，慢軸全角發(fā)散角在10°左右。激光二極管陣列的發(fā)光面積一般為I U mX Icm (或以上)，為達到使用要求，必須對激光二極管陣列進行光束整形，即借助微光學元件對激光二極管陣列的光束進行分割、旋轉(zhuǎn)、重排。到目前為止，已出現(xiàn)多種對激光二極管陣列進行光束整形的技術(shù)及相應的專利，如:光纖轉(zhuǎn)換器整形、漸變折射率透鏡陣列整形、多棱鏡陣列整形、雙反射鏡整形、階梯反射鏡整形、45度傾斜柱透鏡陣列旋轉(zhuǎn)整形、棱鏡組折反射光束整形等技術(shù)。在現(xiàn)有的對激光二極管陣列矩陣進行空間耦合的技術(shù)中，大多采用激光二極管陣列階梯分布技術(shù)，即將激光二極管陣列分布在階梯狀的底板上，然后對每個激光二極管陣列進行光束整形，最后用聚焦鏡耦合聚焦。該技術(shù)雖然結(jié)構(gòu)簡單，但仍然存在結(jié)構(gòu)不緊湊、空間耦合不均勻的缺點。因此，改進現(xiàn)在激光二極管陣列矩陣的結(jié)構(gòu)及空間耦合技術(shù)是目前需要解決的問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置，該裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、耦合效率高等優(yōu)點。為了達到上述目的，本實用新型提供了一種激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置，包括:激光二極管陣列模塊矩陣，由若干個激光二極管陣列模塊在水平面上排列成矩陣形式；反射鏡矩陣，與激光二極管陣列模塊矩陣對應，放置于每個激光二極管陣列模塊的傳輸光路上，用于反射該模塊所發(fā)出的激光束；公共反射鏡組，包含數(shù)量與激光二極管陣列模塊矩陣的行數(shù)相同的公共反射鏡，分布在不同的列上，分別反射每行激光二極管陣列模塊經(jīng)對應反射鏡反射后的激光束；聚焦鏡，用于接收經(jīng)公共反射鏡組反射后的激光束；傳輸光纖，用于接收經(jīng)聚焦鏡耦合后的激光束。優(yōu)選地，所述激光二極管陣列模塊包括激光二極管陣列、快軸準直器以及慢軸準直器。優(yōu)選地，所述反射鏡矩陣在矩陣的行方向上高度一致，并上仰相同的角度，上仰的角度在1-3度之間。優(yōu)選地，反射鏡矩陣中反射鏡與入射光呈45度角放置，所述反射鏡的入射面上均鍍有對激光二極管波長45度入射高反的介質(zhì)膜。優(yōu)選地，所述公共反射鏡均下俯相同的角度，下俯的角度在1-4度之間。優(yōu)選地，每個公共反射鏡與入射光呈45度角放置，所述公共反射鏡的入射面上均鍍有對激光二極管波長45度入射高反的介質(zhì)膜。優(yōu)選地，所述聚焦鏡的入射面和出光面鍍有對激光二極管波長高透的介質(zhì)膜。
優(yōu)選地，所述傳輸光纖為階躍光纖，光纖芯徑為0.6毫米。本實用新型提供了一種激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置，該裝置包括激光二極管陣列模塊矩陣、反射鏡矩陣、公共反射鏡組、聚焦鏡和傳輸光纖，通過對激光二極管陣列的光束整形和傳輸，可以將激光二極管陣列矩陣發(fā)出的光束耦合進傳輸光纖。該光學裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、耦合效率高等優(yōu)點。

圖1是依照本實用新型一個實施例，激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置的示意圖。圖2是圖1中激光二極管陣列模塊的示意圖。圖3是圖1中反射鏡上仰一定角度反射激光束的示意圖。圖4是圖1中公共反射鏡下俯一定角度反射激光束的示意圖。圖5是圖1中激光二極管陣列激光入射到聚焦鏡上的光斑分布示意圖。圖標說明:I激光二極管陣列模塊矩陣 11激光二極管陣列模塊111激光二極管陣列112快軸準直器113慢軸準直器2反射鏡矩陣22反射鏡3公共反射鏡組33公共反射鏡4聚焦鏡5傳輸光纖圖1 和圖 5 中，Al、A2、Ag、An-1、An ;D1、D2、Dg、Dn_l、Dn ;G1、G2、Gg、Gn_l、Gn 分
別為激光二極管陣列模塊矩陣上激光二極管陣列模塊相應的光斑的編號。
具體實施方式
為了讓本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。圖1是依照本實用新型一個實施例，激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置的示意圖。該裝置包括激光二極管陣列模塊矩陣1、反射鏡矩陣2、公共反射鏡組3、聚焦鏡4和傳輸光纖5。其中，激光二極管陣列模塊矩陣I由激光二極管陣列模塊11在水平面上排列成矩陣形式。在本實用新型中，激光二極管陣列模塊矩陣I在行方向上由Al…Ag…An共n個，在列方向上由Al…Dl…Gl共g個激光二極管陣列模塊11組成，即，激光二極管陣列模塊矩陣I的矩陣為gXn (行X列)，每行的激光二極管陣列模塊11均排成直線一行。每個激光二極管陣列模塊11都包括相同的激光二極管陣列111、快軸準直器112以及慢軸準直器113。激光二極管陣列111經(jīng)快軸準直器112、慢軸準直器113準直后，其激光束可以認為是水平準直的。反射鏡矩陣2與激光二極管陣列模塊矩陣I對應，在每個激光二極管陣列模塊11的傳輸光路上一一放置一個反射鏡22，用于反射激光束。每個反射鏡22與入射光的方向均成45度，激光入射面上均鍍有對激光二極管波長45度入射高反的介質(zhì)膜。在行方向上，各反射鏡22排成高度一致的一行，每個反射鏡22均上仰相同的角度，如1-3度，反射鏡22上仰的角度滿足激光束經(jīng)反射鏡22反射后不會入射到位于其前面的反射鏡22，且反射光束離其前面的反射鏡22頂部的距離在0.1-0.2毫米之間。這樣，每行的激光二極管陣列模塊11經(jīng)反射鏡22反射后疊加成一束豎直的、水平準直的“板條激光束”。公共反射鏡組3由多個公共反射鏡33組成，其數(shù)量與激光二極管陣列模塊矩陣I的行數(shù)相同，分布在不同的列上，分別反射每行激光二極管陣列模塊11經(jīng)對應反射鏡22反射后的激光，即，反射 上述的豎直的、水平準直的“板條激光束”。每個公共反射鏡33與入射的“板條激光束”成45度角放置，入射面上均鍍有對激光二極管波長45度入射高反的介質(zhì)膜。每個公共反射鏡33均下俯相同的角度，如1-4度，使上述的“板條激光束”經(jīng)公共反射鏡33反射后，水平入射到聚焦鏡4上。通過選擇反射面積比較小的公共反射鏡33，并且緊湊公共反射鏡33在行方向上的距離，保證反射后的激光束不會入射到前面的公共反射鏡33上且離前面的公共反射鏡33側(cè)邊的距離在0.1-0.2毫米之間。每個激光二極管陣列模塊11經(jīng)反射鏡22和公共反射鏡33反射后水平入射到聚焦鏡4上，由聚焦鏡4耦合聚焦進入傳輸光纖5。聚焦鏡4的入射面和出光面鍍有對激光二極管波長高透的介質(zhì)膜，傳輸光纖5為階躍光纖。圖2是圖1中激光二極管陣列模塊的示意圖。激光二極管陣列模塊11包括激光二極管陣列111、快軸準直器112、慢軸準直器113。激光二極管陣列111的激光光束存在很大的非對稱性，具有很大的像散，為達到空間傳輸、耦合的目的，必須對激光二極管陣列111進行空間整形。激光二極管陣列111的空間整形一般采用微光學器件。在本實用新型中，為了達到體積緊湊的目的，快軸準直器112選用快軸準直微透鏡，慢軸準直器113選用慢軸準直微透鏡。值得注意的，圖中的快軸準直器112和慢軸準直器113并非就是本實用新型中器件的原形。比如，快軸準直微透鏡可以選擇D形微透鏡，也可以選擇O形微透鏡，或其它形狀的微透鏡；同理，慢軸準直微透鏡也有不同形狀的微透鏡。激光二極管陣列111經(jīng)快軸準直器112后，其快軸方向的光束被準直壓縮，而慢軸方向的光束繼續(xù)發(fā)散；經(jīng)慢軸準直器113后，其慢軸方向的光束被準直壓縮，而快軸方向仍然是被準直壓縮的。激光二極管陣列111經(jīng)快軸準直器112、慢軸準直器113的空間整形后，其激光光束理論上可認為是水平準直的激光束，有利于激光束的空間傳輸。圖3是圖1中反射鏡矩陣中反射鏡上仰一定角度反射激光束的示意圖。激光二極管陣列111經(jīng)快軸準直器112、慢軸準直器113空間整形后，其激光光束理論上可認為是水平準直的激光束。該激光束入射到反射鏡22上，如果反射鏡22是垂直水平面的，則激光束被空間轉(zhuǎn)向90度，沿水平方向(圖中為虛線)傳遞。在本實用新型中，反射鏡22上仰一定的角度，則激光束沿與水平方向成一定的正角度的方向(圖中為實線)傳遞。反射鏡22所上仰的角度必須能夠保證所反射的激光束不會入射到位于其前面的反射鏡22，且反射光束離其前面的反射鏡22頂部的距離在0.1-0.2毫米之間。在本實用新型中，反射鏡22的高度不宜過高，以免反射鏡22需要上仰太高的角度才能“不干涉”地通過其前面的反射鏡22。圖4是圖1中公共反射鏡下俯一定角度反射激光束的示意圖。激光二極管陣列111的激光經(jīng)快軸準直器112、慢軸準直器113空間整形后，水平入射到反射鏡22上，而后以與水平方向成一定正角度的方向傳輸激光束，然后以與水平方向成一定負角度的方向入射到公共反射鏡33上。如果公共反射鏡33是垂直水平面的，則激光束是以與水平方向成一定正角度的方向(圖中為實線)被反射的。在本實用新型中，由于要求入射到聚焦鏡4的激光束必須是水平垂直入射(圖中為虛線)的，為達到此要求必須下俯公共反射鏡33—定的角度。為節(jié)省空間，可以選擇反射面積比較小的公共反射鏡33，并且緊湊公共反射鏡33在行方向上的距離，但必須保證反射后的激光束不會入射到前面的公共反射鏡33上且離前面的公共反射鏡33側(cè)邊的距離在0.1-0.2毫米之間。圖5是圖1中激光二極管陣列激光入射到聚焦鏡上的光斑分布示意圖。激光二極管陣列111的激光經(jīng)快軸準直器112、慢軸準直器113空間整形后，水平入射到反射鏡22上，經(jīng)反射鏡22和公共反射鏡33空間轉(zhuǎn)向后，水平入射到聚焦鏡4上。此時，激光二極管陣列模塊矩陣I在行方向上的激光二極管陣列模塊A1、A2" Ag…An-UAn所發(fā)射的激光分別入射到聚焦鏡4在垂直方向的位置上，形成“板條激光束”，具體位置如圖5所示，其它行的激光二極管陣列模塊11所發(fā)射的激光入射到聚焦鏡4的位置依此類推。由于，激光二極管陣列111的激光經(jīng)快軸準直器112、慢軸準直器113空間整形后，其激光束可看成理論上的水平準直光；再加上該水平準直光被反射鏡22和公共反射鏡33反射后是水平垂直入射到聚焦鏡4上的，激光二極管陣列模塊矩陣I所發(fā)射的各束激光入射到聚焦鏡4后，可以匯總成一束大的水平準直光束。這束大的水平準直光束是很容易被聚焦鏡4耦合進入傳輸光纖5里的。本實用新型提供了一種激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置，該裝置包括激光二極管陣列模塊矩陣、反射鏡矩陣、公共反射鏡組、聚焦鏡和傳輸光纖，通過對激光二極管陣列的光束整形和傳輸，可以將激光二極管陣列矩陣發(fā)出的光束耦合進傳輸光纖。該光學裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、耦合效率高等優(yōu)點。可以理解的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本實用新型的技術(shù)構(gòu)思做出其他各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬于本實用新型權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置，其特征在于，包括: 激光二極管陣列模塊矩陣，由若干個激光二極管陣列模塊在水平面上排列成矩陣形式； 反射鏡矩陣，與激光二極管陣列模塊矩陣對應，放置于每個激光二極管陣列模塊的傳輸光路上，用于反射該模塊所發(fā)出的激光束； 公共反射鏡組，包含數(shù)量與激光二極管陣列模塊矩陣的行數(shù)相同的公共反射鏡，分布在不同的列上，分別反射每行激光二極管陣列模塊經(jīng)對應反射鏡反射后的激光束； 聚焦鏡，用于接收經(jīng)公共反射鏡組反射后的激光束； 傳輸光纖，用于接收經(jīng)聚焦鏡耦合后的激光束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置，其特征在于，所述激光二極管陣列模塊包括激光二極管陣列、快軸準直器以及慢軸準直器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置，其特征在于，反射鏡矩陣中反射鏡與入射光呈45度角放置，所述反射鏡的入射面上均鍍有對激光二極管波長45度入射高反的介質(zhì)膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置，其特征在于，所述反射鏡矩陣在矩陣行的方向上高度一致，并上仰相同的角度，上仰的角度在1-3度之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置，其特征在于，每個公共反射鏡與入射光呈45度角放置，所述公共反射鏡的入射面上均鍍有對激光二極管波長45度入射高反的介質(zhì)膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置，其特征在于，所述公共反射鏡均下俯相同的角度，下俯的角度在1-4度之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置，其特征在于，所述聚焦鏡的入射面和出光面鍍有對激光二極管波長高透的介質(zhì)膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置，其特征在于，所述傳輸光纖為階躍光纖，光纖芯徑為0.6毫米。
專利摘要本實用新型提供了一種激光二極管陣列矩陣的光學傳輸裝置，該裝置包括激光二極管陣列模塊矩陣、反射鏡矩陣、公共反射鏡組、聚焦鏡和傳輸光纖，通過對激光二極管陣列的光束整形和傳輸，可以將激光二極管陣列矩陣發(fā)出的光束耦合進傳輸光纖。該光學裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、耦合效率高等優(yōu)點。
文檔編號G02B6/42GK203069838SQ20132008728
公開日2013年7月17日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者余勤躍, 扈金富 申請人:溫州泛波激光有限公司