[發(fā)明專(zhuān)利]一種含有非成像光學(xué)元件的激光光纖耦合裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110338098.8
• 申請(qǐng)日: 2011-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102368107A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉華;王堯;韓雪冰;盧振武
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）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
• 主分類(lèi)號(hào): G02B6/42
• 分類(lèi)號(hào): G02B6/42
• 代理公司: 長(zhǎng)春菁華專(zhuān)利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 張偉

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。

附圖說(shuō)明

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(xiàn)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通光口徑D₁取值為半導(dǎo)體激光管1出射角θ的3dtanθ到4dtanθ，前表面曲率半徑的范圍為D₁到2D₁。所述非成像聚光鏡2的厚度為

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。