激光器陣列裝配指向性測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光器陣列裝配指向性測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率半導(dǎo)體激光器具有光電轉(zhuǎn)換效率高、體積小、壽命長、功率密度高等優(yōu)點(diǎn)，在固體激光器泵浦、激光加工、激光醫(yī)療、激光顯示以及軍事應(yīng)用等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在近十年內(nèi)，隨著大功率半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品進(jìn)一步成熟，通過各種結(jié)構(gòu)將激光巴條封裝成的線陣、疊陣模塊的輸出功率可達(dá)數(shù)千瓦甚至上萬瓦，在工業(yè)加工、軍事等領(lǐng)域的需求有很大增長。
[0003]半導(dǎo)體激光器的一個(gè)固有特點(diǎn)為光束質(zhì)量的不對稱性，具有較大的象散和發(fā)散角。半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)場光斑為橢圓狀，垂直于發(fā)光面的方向(快軸方向)具有較大的發(fā)散角，通常為30° -40°，平行于發(fā)光面方向(慢軸方向)的發(fā)散角相對較小，大約為8°。半導(dǎo)體激光器的固有特點(diǎn)決定了在應(yīng)用之前要光束整形。
[0004]將激光器巴條組裝成疊陣是實(shí)現(xiàn)大功率或超大功率輸出的一種重要形式。在大功率半導(dǎo)體陣列光纖耦合模塊中，要求激光器具有非常高的光束質(zhì)量，以便于能夠聚焦耦合進(jìn)入光纖中，這就要求半導(dǎo)體激光器陣列的光學(xué)性能好，即巴條的發(fā)散角小，指向性好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種激光器陣列裝配指向性測試系統(tǒng)，所述測試系統(tǒng)在巴條準(zhǔn)直過程中，在線監(jiān)測光束質(zhì)心、發(fā)散角等參數(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)準(zhǔn)直透鏡的位置、旋轉(zhuǎn)、俯仰等，保證光束準(zhǔn)直過程中，光束質(zhì)量最優(yōu)化，提高大功率半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種激光器陣列裝配指向性測試系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器疊層陣列、若干個(gè)準(zhǔn)直透鏡、光屏、光斑在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體激光器疊層陣列為半導(dǎo)體激光器的巴條在快軸方向堆疊而成，每個(gè)巴條對應(yīng)一個(gè)準(zhǔn)直透鏡，準(zhǔn)直透鏡設(shè)置于所述巴條的出射光窗口處，用于匯聚巴條發(fā)射的光，所述光屏與巴條的出射光窗口相對設(shè)置，且與巴條發(fā)射的光路垂直，通過準(zhǔn)直透鏡匯聚后的光束照射到光屏上形成光斑，所述光斑在線監(jiān)測系統(tǒng)包括攝像頭和與攝像頭連接的數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，所述攝像頭與光屏相對設(shè)置，用于采集光屏上的光斑圖像，攝像頭采集的光斑圖像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)利用內(nèi)置的軟件對光斑圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，計(jì)算出光束的相關(guān)信息，并根據(jù)光斑分布，計(jì)算準(zhǔn)直透鏡相對于巴條的位置信息。
[0007]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述測試系統(tǒng)還包括透鏡夾具和夾具位移裝置，所述準(zhǔn)直透鏡被透鏡夾具夾持，所述透鏡夾具與所述夾具位移裝置固定連接，夾具位移裝置用于改變透鏡夾具的位置。
[0008]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述夾具位移裝置為電動(dòng)位移臺或者精密手動(dòng)位移臺。
[0009]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述巴條的寬度為1mm或者5mm。
[0010]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述半導(dǎo)體激光器疊層陣列采用高純水作為冷卻液。
[0011]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述準(zhǔn)直透鏡采用高折射率玻璃制作。
[0012]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述準(zhǔn)直透鏡為柱面非球面透鏡。
[0013]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述光屏上設(shè)有方格，用于定位光斑。
[0014]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述光束的相關(guān)信息包括遠(yuǎn)場發(fā)散角信息以及質(zhì)心信息。
[0015]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明采用光斑在線監(jiān)測系統(tǒng)，在巴條準(zhǔn)直過程中，在線監(jiān)測光束質(zhì)心、發(fā)散角等參數(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)準(zhǔn)直透鏡的位置、旋轉(zhuǎn)、俯仰等，保證光束準(zhǔn)直過程中，光束質(zhì)量最優(yōu)化。在激光陣列裝配過程中，對每個(gè)巴條的俯仰、偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行精密調(diào)節(jié)，精確調(diào)節(jié)固定巴條的力矩，提高裝配精度和整體光場一致性，實(shí)現(xiàn)疊成陣列指向性達(dá)到最佳值。通過以上系統(tǒng)裝配激光陣列，可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器疊層陣列快軸發(fā)散角<5mrad，快軸指向性< ±2mrad。
【附圖說明】
[0016]圖1-2是本發(fā)明的原理框圖；
其中:1、半導(dǎo)體激光器疊層陣列2、準(zhǔn)直透鏡3、透鏡夾具4、光屏5、光斑在線監(jiān)測系統(tǒng)6、攝像頭7、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0018]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0019]如圖1-2所示，本發(fā)明公開了一種激光器陣列裝配指向性測試系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器疊層陣列1、若干個(gè)準(zhǔn)直透鏡2、光屏4、光斑在線監(jiān)測系統(tǒng)5。所述半導(dǎo)體激光器疊層陣列I為半導(dǎo)體激光器的巴條在快軸方向堆疊而成，每個(gè)巴條對應(yīng)一個(gè)準(zhǔn)直透鏡2，準(zhǔn)直透鏡2設(shè)置于所述巴條的出射光窗口處，用于匯聚巴條發(fā)射的光，所述光屏4與巴條的出射光窗口相對設(shè)置，且與巴條發(fā)射的光路垂直，通過準(zhǔn)直透鏡匯聚后的光束照射到光屏4上形成光斑，所述光斑在線監(jiān)測系統(tǒng)5包括攝像頭6和與攝像頭6連接的數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)7，所述攝像頭6與光屏4相對設(shè)置，用于采集光屏4上的光斑圖像，攝像頭6采集的光斑圖像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)7，數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)7利用內(nèi)置的軟件對光斑圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，計(jì)算出光束的相關(guān)信息，并根據(jù)光斑分布，計(jì)算準(zhǔn)直透鏡2相對于巴條的位置信息。
[0020]巴條在快軸方向發(fā)射的光近似為高斯光束，滿足高斯光束的傳播特性。準(zhǔn)直透鏡的焦距在0.lmm-1.5mm之間。巴條的發(fā)光點(diǎn)位于準(zhǔn)直透鏡的焦面上，距離透鏡面的距離為
0.05mm-0.2mm0
[0021]半導(dǎo)體激光器疊層陣列:疊層陣列為半導(dǎo)體激光器巴條在快軸方向堆疊組成，巴條的寬度為1mm或者5mm，疊陣陣列采用高純水作為冷卻液，能夠保證激光器芯片工作在25°C左右。
[0022]準(zhǔn)直透鏡:準(zhǔn)直透鏡采用高折射率玻璃制作，快軸準(zhǔn)直透鏡通常為柱面非球面透鏡；慢軸準(zhǔn)直透鏡同巴條的發(fā)光點(diǎn)一一對應(yīng)，其周期同巴條發(fā)光點(diǎn)的周期相同。準(zhǔn)直透鏡可以壓縮半導(dǎo)體激光器的發(fā)散角，提高疊陣陣列的光束質(zhì)量。
[0023]透鏡夾具:透鏡夾具可以夾持準(zhǔn)直透鏡，透鏡夾具固定到電動(dòng)位移臺或者精密手動(dòng)位移臺上，其調(diào)節(jié)精度可以達(dá)到亞微米量級。
[0024]光屏:光屏放置在光路上，并同光路垂直，光屏上有方格，可以起定位光斑作用。
[0025]光斑在線監(jiān)測系統(tǒng):光斑在線監(jiān)測系統(tǒng)包含兩部分:攝像頭和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)。在調(diào)節(jié)過程中，攝像頭實(shí)時(shí)拍攝光斑分布情況，并將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)。通過Matlab軟件，對攝像頭拍攝的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。控制軟件可以計(jì)算光束的遠(yuǎn)場發(fā)散角、質(zhì)心等參數(shù)，并根據(jù)光場分布，計(jì)算準(zhǔn)直透鏡相對于巴條的位置，為調(diào)節(jié)準(zhǔn)直透鏡的位置、旋轉(zhuǎn)、俯仰等提供指導(dǎo)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光器陣列裝配指向性測試系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器疊層陣列(1)、若干個(gè)準(zhǔn)直透鏡(2)、光屏(4)、光斑在線監(jiān)測系統(tǒng)(5)，所述半導(dǎo)體激光器疊層陣列(I)為半導(dǎo)體激光器的巴條在快軸方向堆疊而成，每個(gè)巴條對應(yīng)一個(gè)準(zhǔn)直透鏡(2)，準(zhǔn)直透鏡(2)設(shè)置于所述巴條的出射光窗口處，用于匯聚巴條發(fā)射的光，所述光屏(4)與巴條的出射光窗口相對設(shè)置，且與巴條發(fā)射的光路垂直，通過準(zhǔn)直透鏡匯聚后的光束照射到光屏(4)上形成光斑，所述光斑在線監(jiān)測系統(tǒng)(5)包括攝像頭(6)和與攝像頭(6)連接的數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)(7)，所述攝像頭(6)與光屏(4)相對設(shè)置，用于采集光屏(4)上的光斑圖像，攝像頭(6)采集的光斑圖像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)(7)，數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)(7)利用內(nèi)置的軟件對光斑圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，計(jì)算出光束的相關(guān)信息，并根據(jù)光斑分布，計(jì)算準(zhǔn)直透鏡(2)相對于巴條的位置信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器陣列裝配指向性測試系統(tǒng)，其特征在于:所述測試系統(tǒng)還包括透鏡夾具(3)和夾具位移裝置，所述準(zhǔn)直透鏡(2)被透鏡夾具(3)夾持，所述透鏡夾具(3)與所述夾具位移裝置固定連接，夾具位移裝置用于改變透鏡夾具(3)的位置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光器陣列裝配指向性測試系統(tǒng)，其特征在于:所述夾具位移裝置為電動(dòng)位移臺或者精密手動(dòng)位移臺。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器陣列裝配指向性測試系統(tǒng)，其特征在于:所述巴條的寬度為1mm或者5mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器陣列裝配指向性測試系統(tǒng)，其特征在于:所述半導(dǎo)體激光器疊層陣列(I)采用高純水作為冷卻液。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器陣列裝配指向性測試系統(tǒng)，其特征在于:所述準(zhǔn)直透鏡(2 )采用高折射率玻璃制作。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器陣列裝配指向性測試系統(tǒng)，其特征在于:所述準(zhǔn)直透鏡(2)為柱面非球面透鏡。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器陣列裝配指向性測試系統(tǒng)，其特征在于:所述光屏(4)上設(shè)有方格，用于定位光斑。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器陣列裝配指向性測試系統(tǒng)，其特征在于:光束的相關(guān)信息包括遠(yuǎn)場發(fā)散角信息以及質(zhì)心信息。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光器陣列裝配指向性測試系統(tǒng)，涉及光電裝置技術(shù)領(lǐng)域。所述系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器疊層陣列、若干個(gè)準(zhǔn)直透鏡、光屏、光斑在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體激光器疊層陣列為半導(dǎo)體激光器的巴條在快軸方向堆疊而成，每個(gè)巴條對應(yīng)一個(gè)準(zhǔn)直透鏡，準(zhǔn)直透鏡設(shè)置于所述巴條的出射光窗口處，所述光屏與巴條的出射光窗口相對設(shè)置，通過準(zhǔn)直透鏡匯聚后的光束照射到光屏上形成光斑，所述光斑在線監(jiān)測系統(tǒng)包括攝像頭和與攝像頭連接的數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)。通過所述系統(tǒng)可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)準(zhǔn)直透鏡的位置、旋轉(zhuǎn)、俯仰等，保證光束準(zhǔn)直過程中，光束質(zhì)量最優(yōu)化，提高大功率半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量。
【IPC分類】H01S5/40, H01S5/00
【公開號】CN104966986
【申請?zhí)枴緾N201510385796
【發(fā)明人】任永學(xué), 王英順, 閆立華
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年6月30日