CN204101825U - 一种半导体激光器中微光学透镜实现精密装调的在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种半导体激光器中微光学透镜实现精密装调的在线监测装置及其使用方法的技术方案，该方案该方法采用CCD作为光斑数据采集元件，基于光束分束原理，在微光学透镜装调过程中，同时在线监测近场和远场光斑数据，通过近场CCD光斑数据变化作为微光学透镜旋转轴的最佳空间位置判据，通过远场CCD光斑数据变化作为微光学透镜位移轴的最佳空间位置判据，可实现半导体激光器快慢轴光束发散角和指向性的精密控制。该实用新型具有***集成度高、监测判据精密可靠等特点，基于该实用新型实现的低发散角、高指向性的半导体激光器可应用在泵浦固体激光器、医疗及工业加工等众多领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光技术应用领域，尤其是一种半导体激光器中微光学透镜实现精密装调的在线监测装置。
背景技术
在现有技术中，由于半导体激光器具有电光转换效率高、可靠性好、小型化等优点，在激光泵浦源和直接应用等方面均得到迅速发展及广泛应用，特别是作为固体激光器和光纤激光器的泵浦源，推动了全固态激光器的快速发展。半导体激光器由于本身的非轴对称波导结构，导致两个轴向的发散角较大且不对称，严重影响其亮度及光束质量，发散角和指向性的精密控制是半导体激光器走向后端应用的先决基础条件。
微光学透镜（FAC透镜、SAC透镜、BTS透镜等）具有结构小巧、重量轻、准直耦合效率高等优点，是半导体激光器光束实现高指向精度、低发散精密准直的首选器件，但该类器件由于焦距小、尺寸小等特点导致其装配精度要求很高，一般要求位移轴向为亚微米量级、旋转轴向亚毫弧度量级。目前国内外针对半导体激光器微光学透镜精密装调的监测***无法同时实现对微光学透镜六轴变化量的在线监测，需要在微光学透镜装调过程中来回切换光学监测***，且无法准确监测位移轴和旋转轴的相互影响，无法达到半导体激光器发散角和指向性的精密控制要求。
因此半导体激光器中微光学透镜精密装调的实时精确在线监测一直是半导体激光器实现发散角和指向性精密控制的一项关键技术。
实用新型内容
本实用新型的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种半导体激光器中微光学透镜实现精密装调的在线监测装置及其使用方法的技术方案，该方案将微光学透镜固定到六轴精密调节架上，采用CCD作为光斑数据采集元件，基于光束分束原理，在微光学透镜精密装调过程中，同时在线监测近场和远场光斑数据，利用近场CCD光斑数据变化作为微光学透镜旋转轴的最佳空间位置判据，利用远场CCD光斑数据变化作为微光学透镜位移轴的最佳空间位置判据，可实现半导体激光器快慢轴光束发散角和指向性的精密控制。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种半导体激光器中微光学透镜实现精密装调的在线监测装置，包括有半导体激光器、微光学透镜、六轴精密调节架、近场分光镜、近场柱面透镜、近场CCD、近场PC端、远场分光镜、远场柱面透镜、远场CCD、远场PC端和吸收池；半导体激光器发射出的激光束的传输路径上依次设置有微光学透镜、近场分光镜、远场分光镜和吸收池；半导体激光器发射出的激光束穿过固定在六轴精密调节架上的微光学透镜后射向近场分光镜；被近场分光镜反射后的激光束穿过近场柱面透镜后射向近场CCD；近场CCD能将收集到的数据传输到近场PC端；穿过近场分光镜的激光束射向远场分光镜；被远场分光镜反射后的激光束穿过远场柱面透镜后射向远场CCD；远场CCD能将收集到的数据传输到远场PC端；穿过远场分光镜的激光束射向吸收池。
作为本方案的优选：近场柱面透镜的曲率沿半导体激光器的慢轴方向分布；近场分光镜的透反射比为1:1，射向近场分光镜的激光束的入射角度为45°±1°。
作为本方案的优选：远场柱面透镜的曲率沿半导体激光器的快轴方向分布；远场分光镜的透反射比为7:3；射向远场分光镜的激光束的入射角度为45°±1°。
作为本方案的优选：半导体激光器的出光面和近场柱面透镜间的距离大于近场柱面透镜焦距的两倍。
作为本方案的优选：在半导体激光器慢轴方向和半导体激光器快轴方向，近场分光镜的反射光束质心与近场柱面透镜的几何中心偏差均不大于±0.1mm，近场CCD和近场柱面透镜的最佳成像距离偏差不大于±1mm。
作为本方案的优选：在半导体激光器慢轴方向和半导体激光器快轴方向，远场分光镜的反射光束质心与远场柱面透镜的几何中心偏差均不大于±0.1mm，远场CCD和远场柱面透镜的像方焦点偏差不大于±1mm。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于该方案将微光学透镜固定到六轴精密调节架上，采用CCD作为光斑数据采集元件，基于光束分束原理，在微光学透镜精密装调过程中，同时在线监测近场和远场光斑数据，利用近场CCD光斑数据变化作为微光学透镜旋转轴的最佳空间位置判据，利用远场CCD光斑数据变化作为微光学透镜位移轴的最佳空间位置判据，可实现半导体激光器快慢轴光束发散角和指向性的精密控制。
由此可见，本实用新型与现有技术相比，具有***集成度高、监测判据精密可靠等特点，基于该实用新型实现的低发散角、高指向性的半导体激光器可应用在泵浦固体激光器、医疗及工业加工等众多领域，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本实用新型具体实施方式的结构示意图。
图中，1为半导体激光器，2为微光学透镜，3为六轴精密调节架，4为近场分光镜，5为近场柱面透镜，6为近场CCD，7为近场PC端，8为远场分光镜，9为远场柱面透镜，10为远场CCD，11为远场PC端，12为吸收池。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
首先设定坐标系：X方向为半导体激光器慢轴方向，Y方向为半导体激光器快轴方向，Z方向为半导体激光器光束岀射方向，将微光学透镜固定到六轴调节架上，用直流电源驱动半导体激光器出光，调节六轴调节架，对半导体激光器进行初步的准直。
在初步准直的半导体激光光束传输路径上放置透反射比为1:1的近场分光镜，近场分光镜和入射激光光束的夹角约束在（45±1）°范围内。
在近场分光镜反射光束传输路径上放置近场柱面透镜，近场柱面透镜和近场分光镜反射光束的夹角约束在（0±1）°范围内，同时半导体激光器出光面和近场柱面透镜的距离要大于近场柱面透镜焦距的两倍，在X和Y方向，近场分光镜的反射光束质心与近场柱面透镜的几何中心偏差均不大于±0.1mm，近场CCD和近场柱面透镜的最佳成像距离偏差不大于±1mm。
在近场分光镜透射光束传输路径上放置透反射比为7:3的远场分光镜，远场分光镜和近场分光镜透射光束的夹角约束在（45±1）°范围内。
在远场分光镜反射光束传输路径上放置远场柱面透镜，远场柱面透镜和远场分光镜反射光束的夹角约束在（0±1）°范围内，在X和Y方向，远场分光镜的反射光束质心与远场柱面透镜的几何中心偏差均不大于±0.1mm，远场CCD和远场柱面透镜的像方焦点偏差不大于±1mm，同时将远场分光镜的透射光束导入吸收池。
采用六轴调节架对微光学透镜位移轴和旋转轴进行精密调节，通过近场CCD光斑数据变化作为微光学透镜旋转轴的最佳空间位置判据，通过远场CCD光斑数据变化作为微光学透镜位移轴的最佳空间位置判据，微光学透镜的旋转轴最佳位置要求近场CCD中光斑周围无阴影，最左侧发光点和最右侧发光点质心Y方向偏差不大于±5μm，所有发光点强度偏差小于±0.1%；微光学透镜的位移轴最佳位置要求远场CCD中沿Y方向光斑尺寸达到最小。
本实用新型不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本实用新型公开的内容，可采用其他具体的实施方式实施本实用新型已达到本实用新型的实现目的。因此，凡是采用本实用新型的设计结构和思路，进行一点或若干点简单的变换、更改的设计，都落入本实用新型保护的范围。
Claims (6)
1.一种半导体激光器中微光学透镜实现精密装调的在线监测装置，其特征是：包括有半导体激光器、微光学透镜、六轴精密调节架、近场分光镜、近场柱面透镜、近场CCD、近场PC端、远场分光镜、远场柱面透镜、远场CCD、远场PC端和吸收池；所述半导体激光器发射出的激光束的传输路径上依次设置有微光学透镜、近场分光镜、远场分光镜和吸收池；所述半导体激光器发射出的激光束穿过固定在六轴精密调节架上的微光学透镜后射向近场分光镜；所述被近场分光镜反射后的激光束穿过近场柱面透镜后射向近场CCD；所述近场CCD能将收集到的数据传输到近场PC端；所述穿过近场分光镜的激光束射向远场分光镜；所述被远场分光镜反射后的激光束穿过远场柱面透镜后射向远场CCD；所述远场CCD能将收集到的数据传输到远场PC端；所述穿过远场分光镜的激光束射向吸收池。
2. 根据权利要求1所述的一种半导体激光器中微光学透镜实现精密装调的在线监测装置，其特征是：所述近场柱面透镜的曲率沿半导体激光器的慢轴方向分布；所述近场分光镜的透反射比为1:1，射向近场分光镜的激光束的入射角度为45°±1°。
3. 根据权利要求1所述的一种半导体激光器中微光学透镜实现精密装调的在线监测装置，其特征是：所述远场柱面透镜的曲率沿半导体激光器的快轴方向分布；所述远场分光镜的透反射比为7:3；射向远场分光镜的激光束的入射角度为45°±1°。
4. 根据权利要求1所述的一种半导体激光器中微光学透镜实现精密装调的在线监测装置，其特征是：所述半导体激光器的出光面和近场柱面透镜间的距离大于近场柱面透镜焦距的两倍。
5. 根据权利要求1所述的一种半导体激光器中微光学透镜实现精密装调的在线监测装置，其特征是：在半导体激光器慢轴方向和半导体激光器快轴方向，近场分光镜的反射光束质心与近场柱面透镜的几何中心偏差均不大于±0.1mm，近场CCD和近场柱面透镜的最佳成像距离偏差不大于±1mm。
6. 根据权利要求1所述的一种半导体激光器中微光学透镜实现精密装调的在线监测装置，其特征是：在半导体激光器慢轴方向和半导体激光器快轴方向，远场分光镜的反射光束质心与远场柱面透镜的几何中心偏差均不大于±0.1mm，远场CCD和远场柱面透镜的像方焦点偏差不大于±1mm。
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| CN201420481418.4U CN204101825U (zh) | 2014-08-26 | 2014-08-26 | 一种半导体激光器中微光学透镜实现精密装调的在线监测装置 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104155771A (zh) * | 2014-08-26 | 2014-11-19 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种半导体激光器中微光学透镜实现精密装调的在线监测装置及其使用方法 |
| CN106787844A (zh) * | 2016-06-21 | 2017-05-31 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 紧凑型激光电源 |
| CN109211524A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-01-15 | 中国人民解放军国防科技大学 | 大功率光纤激光器参数一体化同步测试装置 |
| CN110148880A (zh) * | 2019-06-04 | 2019-08-20 | 苏州星帆华镭光电科技有限公司 | 被动调q激光器的单脉冲能量自动化调节方法 |
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