CN114755770B - 激光耦合光纤的自动调光***及调光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光耦合光纤的自动调光***及调光方法，用于调节LD准直透镜以调节激光光束，其包括：三维调节单元，用于调节LD准直透镜在三维空间的位置；成像单元，包括依次设置的会聚元件、光纤面板和光纤准直透镜；分束单元，用于将经过光纤准直透镜准直的激光光束分成两束光；探测单元，包括位置敏感探测器、图像传感器和***处理器，位置敏感探测器和图像传感器分别用于接收两束光的光斑。本发明激光耦合光纤的自动调光***通过检测光斑的位置和光斑的尺寸，实现在激光光束传输方向和垂直于激光光束传输方向对LD转轴透镜分别调节，保证LD准直透镜位置的准确性。本发明结构精简，调节方便，降低了***的复杂度，可以提高调光效率。

Description

激光耦合光纤的自动调光***及调光方法
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，特别涉及一种激光耦合光纤的自动调光***及调光方法。
背景技术
半导体激光器由于体积小、寿命长、覆盖波长范围广等优点，近年来得到了快速发展。随着激光精密加工、激光显示、生物医疗、激光制版直写成像等一系列应用驱动，激光二极管的功率和波长都得到了很大程度拓展，应用越来越广泛。
激光二极管因制造工艺的差异，不同激光器的PN结发光位置有差异，导致激光光束中经过LD准直透镜准直后出射的角度有明显差异，不同出射角度的光经过会聚透镜耦合进光纤时，角度指向性会影响会聚的光斑尺寸及光纤耦合的效率，为了校正和补偿激光光束的角度偏差，一般在光路中设置反射镜进行角度调节，反射镜调节自由度大，且需要调节旋转角度，实施操作中不容易控制，调节复杂。因此，亟需一种调光***来解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构精简、调节方便、效率高激光耦合光纤的自动调光***。
为了解决上述问题，本发明提供了一种激光耦合光纤的自动调光***，用于调节LD准直透镜以调节激光光束，包括：
三维调节单元，用于调节LD准直透镜在三维空间的位置；
成像单元，包括依次设置的会聚元件、光纤面板和光纤准直透镜，所述会聚元件用于将LD准直透镜出射的激光光束会聚至所述光纤面板，所述光纤准直透镜用于将从所述光纤面板出射的激光光束准直；
分束单元，用于将经过所述光纤准直透镜准直的激光光束分成两束光；
探测单元，包括位置敏感探测器、图像传感器和***处理器，所述三维调节单元、位置敏感探测器和图像传感器均与***处理器电连接，所述位置敏感探测器和图像传感器分别用于接收两束光的光斑；所述***处理器用于通过所述三维调节单元调节LD准直透镜在垂直于激光光束传输方向所在平面的位置，以调节所述位置敏感探测器上光斑的位置；所述***处理器还用于通过所述三维调节单元调节LD准直透镜在激光光束传输方向的位置，以调节所述图像传感器上光斑快轴方向的尺寸。
作为本发明的进一步改进，所述三维调节单元包括气动吸嘴和三维移动调节架，所述气动吸嘴用于将LD准直透镜吸附，所述三维移动调节架与气动吸嘴连接并调节气动吸嘴在三维空间的位置，进而调节LD准直透镜在三维空间的位置。
作为本发明的进一步改进，还包括点胶机构，用于在LD准直透镜调节结束后对LD准直透镜进行点胶。
作为本发明的进一步改进，所述点胶机构包括UV点胶器和点胶运动架，所述***控制器与点胶运动架连接并驱动点胶运动架，所述点胶运动架带动UV点胶器，所述UV点胶器对LD准直透镜的边缘进行点胶。
作为本发明的进一步改进，所述点胶机构包括UV灯和UV灯控制器，所述UV灯控制器与UV灯连接并带动UV灯对点胶位置进行光照固化。
作为本发明的进一步改进，所述LD准直透镜和会聚元件之间还设置有反射镜，所述反射镜用于将LD准直透镜出射的激光光束反射至所述会聚元件。
作为本发明的进一步改进，所述分束单元与图像传感器之间还设置有衰减片，两束光中的一束经过所述衰减片进行衰减后进入所述图像传感器。
作为本发明的进一步改进，所述分束单元为分束镜。
作为本发明的进一步改进，所述会聚元件为会聚透镜。
本发明还提供了一种激光耦合光纤的自动调光方法，应用于上述任一所述的激光耦合光纤的自动调光***，其包括以下步骤：
S1、设置三维调节单元在X、Y、Z方向粗调和精调的步长，设置所述位置敏感探测器上光斑位置粗调和精调的合格范围；设置所述图像传感器上光斑快轴方向的尺寸的合格范围；
S2、所述***处理器通过所述三维调节单元在垂直于激光光束传输方向所在平面对LD准直透镜进行粗调，以调节所述位置敏感探测器上光斑的位置至粗调合格范围；
S3、所述***处理器通过所述三维调节单元在激光光束传输方向对LD准直透镜进行粗调，以调节所述图像传感器上光斑快轴方向的尺寸至合格范围；
S4、所述***处理器通过所述三维调节单元在垂直于激光光束传输方向所在平面对LD准直透镜进行精调，以调节所述位置敏感探测器上光斑的位置至精调合格范围。
本发明的有益效果：
本发明激光耦合光纤的自动调光***通过检测光斑的位置和光斑的尺寸，实现在激光光束传输方向和垂直于激光光束传输方向对LD转轴透镜分别调节，保证LD准直透镜位置的准确性。本发明结构精简，调节方便，降低了***的复杂度，可以提高调光效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例中激光耦合光纤的自动调光***的示意图；
图2是本发明实施例中激光耦合光纤的自动调光方法的流程图。
标记说明：
1、激光二极管；2、LD准直透镜；3、反射镜；4、会聚元件；5、光纤面板；6、光纤准直透镜；7、分束单元；8、位置敏感探测器；9、衰减片；10、图像传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明优选实施例公开了一种激光耦合光纤的自动调光***，用于调节LD准直透镜2以调节激光光束，其包括三维调节单元、成像单元和探测单元。
三维调节单元用于调节LD准直透镜2在三维空间的位置。可选地，三维调节单元包括气动吸嘴和三维移动调节架，气动吸嘴用于将LD准直透镜2吸附，三维移动调节架与气动吸嘴连接并调节气动吸嘴在三维空间的位置，进而调节LD准直透镜2在三维空间的位置。其中，三维移动调节架通过马达驱动控制，可以沿X方向、Y方向和Z向平移。
成像单元包括依次设置的会聚元件4、光纤面板5和光纤准直透镜6，会聚元件4用于将LD准直透镜2出射的激光光束会聚至光纤面板5，光纤准直透镜6用于将从光纤面板5出射的激光光束准直。可选地，会聚元件4为会聚透镜。其中，光纤面板5具有传像的作用，避免了因机械结构限制引起的调光问题。
分束单元7用于将经过光纤准直透镜6准直的激光光束分成两束光。可选地，分束单元7为分束镜。激光光束经过分束镜后部分透射，部分反射，以形成两束光。
探测单元包括位置敏感探测器8、图像传感器10和***处理器，所述三维调节单元、位置敏感探测器8和图像传感器10均与***处理器电连接，位置敏感探测器8和图像传感器10分别用于接收两束光的光斑；***处理器用于通过所述三维调节单元调节LD准直透镜2在垂直于激光光束传输方向所在平面的位置，以调节位置敏感探测器8上光斑的位置；***处理器还用于通过所述三维调节单元调节LD准直透镜2在激光光束传输方向的位置，以调节图像传感器10上光斑快轴方向的尺寸。可选地，***处理器还与存储器连接，通过存储器进行数据存储。
其中，激光二极管1发射的光束具有一定发散角，发散角大的是快轴，通过调节LD准直透镜2在激光光束传输方向的位置，可以对光束进行准直。
本发明激光耦合光纤的自动调光***通过检测光斑的位置和光斑的尺寸，实现在激光光束传输方向和垂直于激光光束传输方向对LD转轴透镜分别调节，保证LD准直透镜位置的准确性。本发明结构精简，调节方便，降低了***的复杂度，可以提高调光效率。
在一些实施例中，激光耦合光纤的自动调光***还包括点胶机构，用于在LD准直透镜2调节结束后对LD准直透镜2进行点胶，以将LD准直透镜2位置固定。可选地，点胶机构包括UV点胶器和点胶运动架，***控制器与点胶运动架连接并驱动点胶运动架，点胶运动架带动UV点胶器，UV点胶器对LD准直透镜2的边缘进行点胶，点胶完成后，点胶运动架将UV点胶器移开。
进一步地，点胶机构包括UV灯和UV灯控制器，UV灯控制器与UV灯连接并带动UV灯对点胶位置进行光照固化。当达到预设的光照时间后，***控制器重新点亮激光二极管1，并确认光斑位置和大小是否OK，确认OK后，***控制器通过气动控制器控制气动吸嘴松开，并将气动吸嘴移开。
在其中一实施例中，LD准直透镜2和会聚元件4之间还设置有反射镜3，反射镜3用于将LD准直透镜2出射的激光光束反射至会聚元件4。用于减小***长度，提高集成度。
在一些实施例中，分束单元7与图像传感器10之间还设置有衰减片9，两束光中的一束经过衰减片9进行衰减后进入图像传感器10。衰减片9降低了入射激光的能量，避免图像传感器10的饱和。可选地，图像传感器10可以是CCD，CMOS等。
如图2所示，本发明优选实施例还公开了一种激光耦合光纤的自动调光方法，应用于如上述实施例中的激光耦合光纤的自动调光***，其包括以下步骤：
S1、设置三维调节单元在X、Y、Z方向粗调和精调的步长，设置位置敏感探测器8上光斑位置粗调和精调的合格范围；设置图像传感器10上光斑快轴方向的尺寸的合格范围；
S2、***处理器通过所述三维调节单元在垂直于激光光束传输方向所在平面对LD准直透镜2进行粗调，以调节位置敏感探测器8上光斑的位置至粗调合格范围；
S3、***处理器通过三维调节单元在激光光束传输方向对LD准直透镜2进行粗调，以调节图像传感器10上光斑快轴方向的尺寸至合格范围；
S4、***处理器通过三维调节单元在垂直于激光光束传输方向所在平面对LD准直透镜2进行精调，以调节位置敏感探测器8上光斑的位置至精调合格范围。
进一步地，本发明中激光耦合光纤的自动调光方法还包括以下步骤：
在位置调节完成后，利用UV点胶器对LD准直透镜2进行点胶，并利用UV灯对点胶位置进行光照固化；
当达到预设的光照时间后，***控制器重新点亮激光二极管1，并确认光斑位置和大小是否OK，确认OK后，***控制器通过气动控制器控制气动吸嘴松开，并将气动吸嘴移开，完成调光。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.激光耦合光纤的自动调光***，用于调节LD准直透镜以调节激光光束，其特征在于，包括：
三维调节单元，用于调节LD准直透镜在三维空间的位置；
成像单元，包括依次设置的会聚元件、光纤面板和光纤准直透镜，所述会聚元件用于将LD准直透镜出射的激光光束会聚至所述光纤面板，所述光纤准直透镜用于将从所述光纤面板出射的激光光束准直；
分束单元，用于将经过所述光纤准直透镜准直的激光光束分成两束光；
探测单元，包括位置敏感探测器、图像传感器和***处理器，所述三维调节单元、位置敏感探测器和图像传感器均与***处理器电连接，所述位置敏感探测器和图像传感器分别用于接收两束光的光斑；所述***处理器用于通过所述三维调节单元调节LD准直透镜在垂直于激光光束传输方向所在平面的位置，以调节所述位置敏感探测器上光斑的位置；所述***处理器还用于通过所述三维调节单元调节LD准直透镜在激光光束传输方向的位置，以调节所述图像传感器上光斑快轴方向的尺寸。
2.如权利要求1所述的激光耦合光纤的自动调光***，其特征在于，所述三维调节单元包括气动吸嘴和三维移动调节架，所述气动吸嘴用于将LD准直透镜吸附，所述三维移动调节架与气动吸嘴连接并调节气动吸嘴在三维空间的位置，进而调节LD准直透镜在三维空间的位置。
3.如权利要求1所述的激光耦合光纤的自动调光***，其特征在于，还包括点胶机构，用于在LD准直透镜调节结束后对LD准直透镜进行点胶。
4.如权利要求3所述的激光耦合光纤的自动调光***，其特征在于，所述点胶机构包括UV点胶器和点胶运动架，所述***处理器与点胶运动架连接并驱动点胶运动架，所述点胶运动架带动UV点胶器，所述UV点胶器对LD准直透镜的边缘进行点胶。
5.如权利要求3所述的激光耦合光纤的自动调光***，其特征在于，所述点胶机构包括UV灯和UV灯控制器，所述UV灯控制器与UV灯连接并带动UV灯对点胶位置进行光照固化。
6.如权利要求1所述的激光耦合光纤的自动调光***，其特征在于，所述LD准直透镜和会聚元件之间还设置有反射镜，所述反射镜用于将LD准直透镜出射的激光光束反射至所述会聚元件。
7.如权利要求1所述的激光耦合光纤的自动调光***，其特征在于，所述分束单元与图像传感器之间还设置有衰减片，两束光中的一束经过所述衰减片进行衰减后进入所述图像传感器。
8.如权利要求1所述的激光耦合光纤的自动调光***，其特征在于，所述分束单元为分束镜。
9.如权利要求1所述的激光耦合光纤的自动调光***，其特征在于，所述会聚元件为会聚透镜。
10.激光耦合光纤的自动调光方法，应用于如权利要求1-9任一所述的激光耦合光纤的自动调光***，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设置三维调节单元在X、Y、Z方向粗调和精调的步长，设置所述位置敏感探测器上光斑位置粗调和精调的合格范围；设置所述图像传感器上光斑快轴方向的尺寸的合格范围；
S2、所述***处理器通过所述三维调节单元在垂直于激光光束传输方向所在平面对LD准直透镜进行粗调，以调节所述位置敏感探测器上光斑的位置至粗调合格范围；
S3、所述***处理器通过所述三维调节单元在激光光束传输方向对LD准直透镜进行粗调，以调节所述图像传感器上光斑快轴方向的尺寸至合格范围；
S4、所述***处理器通过所述三维调节单元在垂直于激光光束传输方向所在平面对LD准直透镜进行精调，以调节所述位置敏感探测器上光斑的位置至精调合格范围。
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