[發明專利]一種透鏡焦距自適應調節的多路輸出半導體激光器

無效

• 申請號: 201010104056.3
• 申請日: 2010-01-29
• 公開（公告）號: CN101786201A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 張貴新;羅兵;陳勝;黎小林;徐曙光;饒宏;王鵬;趙宇明;羅承沐
• 申請（專利權）人: 中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心;清華大學
• 主分類號: B23K26/04
• 分類號: B23K26/04;G02B7/28
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種透鏡焦距自適應調節的多路輸出半導體激光器，屬于輸電設備與激光加工設備技術等領域。

背景技術

伴隨著全科學技術的快速發展，半導體激光技術不斷成熟，從而推動大功率半導體激光器在全球的廣泛應用。同氣體激光器相比半導體激光器有很多優點，光電轉換效率高、體積小、重量輕、冷卻要求相對較低等，但是半導體激光器也存在一些不足，如單管輸出功率比較低、準直性相對較差等。針對半導體激光器以上兩個缺點，解決方案是：多管串聯或并聯輸出來解決功率小的問題；加準直透鏡的方法來解決準直性差的問題。鏡頭與目標物之間的距離變化時，作用在目標物上的光斑大小也會隨之改變，而且在外界條件變化時，如風速變化，激光作用的效果就會不一樣，這就需要實時測量激光作用處的溫度。由于激光器工作時透鏡的焦距是固定不變的，若想要依據實際需要來調節透鏡的焦距，目前的解決方案都是先將激光器停止工作，然后再手工調節焦距，這樣就大大降低了工作效率。在比較極端的情況下，如透鏡的位置離地面很高或在高溫、高電壓的地方，就必須將透鏡轉移到人可以安全操作的地方才能進行調節，操作步驟非常繁瑣。

發明內容

本發明的目的是提出一種透鏡焦距自適應調節的多路輸出半導體激光器，根據鏡頭與目標物之間距離大小以及目標物激光作用處的溫度高低自動調節激光準直焦距，根據要求以不同激光功率密度對目標物進行照射或加熱，以節約能源，提高效率。

本發明提出的透鏡焦距自適應調節的多路輸出半導體激光器，包括激光源和透鏡組，透鏡組通過光纜與激光源相連；所述的透鏡組包括多臺透鏡、無線測溫儀、無線測距儀、焦距調節板、傳動桿、電機和電機控制器；所述的多臺透鏡、無線測溫儀和無線測距儀置于焦距調節板上，所述的傳動桿的一端與焦距調節板相互嚙合，傳動桿的另一端與電機輸出端相連；所述的電機控制器通過信號線分別與電機、無線測溫儀和無線測距儀相連。

本發明提出的一種透鏡焦距自適應調節的多路輸出半導體激光器，其優點是：透鏡焦距自適應調節使激光器的使用更加方便靈活，提高了裝置的工作效率；可以更有效的發揮激光器效率，減小能量浪費；更加合理地實時控制光功率密度，杜絕人為誤差，保證激光器的工作質量。本發明提出的透鏡焦距自適應調節的多路輸出半導體激光器，尤其可以用于激光除冰系統中，根據除冰目標物的形狀、溫度和距離，任意改變鏡頭焦距，從而大大提高除冰效率。本激光器也可以用于其他激光熱處理等場合。

附圖說明

圖1是發明提出的透鏡焦距自適應調節的多路輸出半導體激光器的結構框圖。

圖2是圖1所示的激光器中透鏡組的結構示意圖。

圖1和圖2中，1是激光源，2是光纜，3是透鏡組，4是激光束輸出，5是焦距調節板，6是電機，7是傳動桿，8是準直透鏡，9是無線測溫儀，10是無線測距儀，11是電機控制器，12是底板。

具體實施方式

本發明提出的透鏡焦距自適應調節的多路輸出半導體激光器，其結構如圖1所示，包括激光源1和透鏡組3，透鏡組3通過光纜2與激光源1相連。其中的透鏡組3的結構如圖2所示，包括多臺透鏡8、無線測溫儀9、無線測距儀10、焦距調節板5、傳動桿7、電機6和電機控制器11。多臺透鏡3、無線測溫儀10和無線測距儀11置于焦距調節板5上，傳動桿7的一端與焦距調節板5相互嚙合，傳動桿7的另一端與電機6的輸出端相連。電機控制器11通過信號線分別與電機6、無線測溫儀9和無線測距儀10相連。電機可以固定在底板12上。

本發明提出的透鏡焦距自適應調節的多路輸出半導體激光器中，傳動桿7以螺紋旋轉方式與焦距調節板5相連，電機控制器11的輸出端與微型電機6相連，電機控制器的輸入端接收無線測溫儀的溫度信號以及無線測距儀的距離信號。微型電機控制器11根據輸入的實時測量信號，進行分析計算，控制兩個電機6轉動，從而帶動傳動桿6以推動焦距調節板5移動，實現調節透鏡焦距與激光功率密度。這里采用了微型電機控制器11同時控制兩個微型電機同步工作的方式。

本發明提出的透鏡焦距自適應調節的多路輸出半導體激光器中，電機可以采用電池供能或激光供能，本發明的一個實施例中，微型電機使用了由深圳萬達電機制造有限公司的20GP130-107型減速電機，輸出功率0.72W。電機的轉動是通過控制器來控制。當用于激光除冰時，控制器使用普通的單片機即可實現對除冰過程的控制。本發明的一個實施例中，控制器使用了由Atmel公司生產、型號為mega16的單片機。控制器根據目標物距離的遠近與激光作用處溫度的大小進行分析計算，從而控制電機調節最佳的焦距。本發明的一個實施例中，無線測溫儀使用了北京博達昌正科技發展有限公司的KT15.82II?P的紅外測溫儀，無線測距儀使用了北京志成天下機電研究院有限公司的ZCCJ--70米激光測距儀，透鏡為自行設計研發，焦距為40cm，雙面鍍980nm激光增透膜，透光功率為70W。