CN220797409U - 一种半导体激光器的快速调焦装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种半导体激光器的快速调焦装置，包括光学平台，所示光学平台安装有遮光板和导轨，导轨上滑动连接有三个导轨滑块，三个导轨滑块上均固定安装有支撑架，其中两个支撑架固定安装有风扇架。装置采用分光镜将光束分成两束，一束光反射照射在遮光板上，用以观察光斑图样；另一束光透射，通过聚焦镜将光束聚焦在光学相机探测面上，用以观察焦点位置处激光快慢轴两方向光斑尺寸。并依靠机械配合快速调节光学透镜位置实现光束的整形，使激光光束快慢轴两方向聚焦在同一位置处，或减小激光光束快慢轴两方向聚焦相对位置。批量生产中可以高效率的完成调试工作，提高产品使用性能、降低产品的成本，有利于提升激光雕刻、切割作业质量。

Description

一种半导体激光器的快速调焦装置

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，具体为一种半导体激光器的快速调焦装置。

背景技术

蓝光半导体激光器输出的波长在400nm～500nm范围，获得蓝光半导体激光方法有三种，一种是直接发射蓝光的激光二极管LD，一种是LD倍频的蓝色光源，一种是LD泵浦通过非线性光学手段获得的蓝色激光器。蓝光半导体激光器一般采用GaN类半导体材料直接获得蓝光激光。由于半导体有源层自身结构的特性，导致光束在快轴方向上发散角大(30°～70°)，在慢轴方向上发散角小(5°～25°)，蓝光半导体激光器输出光束为线偏振光，偏振方向与慢轴方向相同。对于快轴方向由于其光束质量接近于衍射极限，其理论模型定义为基模高斯光束；对于慢轴方向由于其发散角小但光束较宽，故其理论模型定义为超高斯光束。光束经过快慢轴分别准直后，可改善光束质量，小的发散角和较好的光束质量有利于光束合光，才能在工业加工、医疗等领域中发挥更大的作用。

蓝光半导体激光器稳定性高、电光效率高，广泛应用于激光加工(如铜、金)、医疗、水下通信、激光泵浦等领域。蓝光半导体激光器的最新发展使每个发射极的光输出功率高达5.5W，结合空间合束、偏振合束、光纤合束、光纤捆绑等方式提高输出功率可以获得高功率的蓝光半导体激光器。因蓝光激光波长的特点，使得蓝光半导体激光器在金属、非金属切割、雕刻表现优异。并且体积小巧，广受制作工艺品人的爱戴。但是目前在批量生产半导体激光器中，蓝光半导体激光器的调焦调试效率和准确率低，大大降低了企业生产效率，也降低了激光雕刻、切割作业质量。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种半导体激光器的快速调焦装置，能够在批量生产中高效率的完成调试工作，提高激光雕刻、切割作业质量。

为达成上述目的，本实用新型提出如下技术方案：一种半导体激光器的快速调焦装置，包括光学平台，包括光学平台安装有遮光板和导轨，所述导轨上滑动连接有三个导轨滑块，三个所述导轨滑块上均固定安装有支撑架，其中两个支撑架固定安装有风扇架，另外一个支撑架固定安装有凹形固定块和光学相机，所述风扇架上安装有风扇，位于左侧的风扇架上安装有光学相机；

所述光学相机一侧固定安装有分光聚焦壳体，所述分光聚焦壳体螺纹连接有聚焦镜筒，聚焦镜通过压圈安装在聚焦镜筒内，所述分光聚焦壳体的前侧还安装有分光镜；

所述凹形固定块两侧螺纹连接有T形调节杆，所述T形调节杆的端部与调节滑块的滑槽接触，两个T形调节杆用于对调节滑块进行定位，所述调节滑块上安装有光模组。

进一步的，在本实用新型中，所述滑块具有自锁功能。

进一步的，在本实用新型中，所述支撑架包括转接块、光学杆架和光学支杆，所述转接块通过第二螺钉固定安装在导轨滑块上，所述光学杆架固定连接在转接块上，所述光学支杆固定连接在光学杆架上。

进一步的，在本实用新型中，所述分光聚焦壳体的左侧设置凹槽，损失分光聚焦壳体的中间设置螺纹孔，所述螺纹孔与凹槽同轴，所述分光聚焦壳体的右侧设置有45°斜面，损失斜面外表面设置凹槽和螺纹孔，分光聚焦壳体通过第一顶丝固定在光学相机入光口凸台上，所述斜面外表面朝向遮光板；聚焦镜筒通过螺纹安装在分光聚焦壳体中间螺纹孔处，所述聚焦镜朝向左侧；分光镜通过硅胶垫片、第五螺钉安装在分光聚焦壳体斜面外表面凹槽内。

进一步的，在本实用新型中，所述T形调节杆的端部固定连接有手轮旋钮，所述调节滑块侧面有滑槽，所述调节滑块通过滑槽能够在T形调节杆端部上下滑动。

进一步的，在本实用新型中，所述光模组包括光模组壳体，所述光模组壳体固定安装在调节滑块上，所述光模组壳体内安装有两支半导体激光器，两支所述半导体激光器成九十度设置；

所述光模组壳体内安装有半波片和偏振合束镜，所述半波片和偏振合束镜将两支半导体激光器所发射的光束进行合光；

所述光模组壳体上螺纹连接有平凹柱面镜调节筒，所述平凹柱面镜调节筒内设置有平凹柱面镜，所述平凹柱面镜调节筒上螺纹连接有平凸柱面镜调节筒，所述平凸柱面镜调节筒上安装有平凸柱面镜。

进一步的，在本实用新型中，两支所述半导体激光器通过散热块和第四螺钉固定在光模组壳体上，所述半导体激光器、光模组壳体、散热块的接触面均涂抹导热硅脂。

有益效果，本申请的技术方案具备如下技术效果：

本实用新型给出一种蓝光半导体激光器快速调节快慢轴焦点位置的方法和装置，装置采用分光镜将光束分成两束，一束光反射照射在遮光板上，用以观察光斑图样；另一束光透射，通过聚焦镜将光束聚焦在光学相机探测面上，用以观察焦点位置处激光快慢轴两方向光斑尺寸。并依靠机械配合快速调节光学透镜位置实现光束的整形，使激光光束快慢轴两方向聚焦在同一位置处，或减小激光光束快慢轴两方向聚焦相对位置。批量生产中可以高效率的完成调试工作，提高产品使用性能、降低产品的成本，有利于提升激光雕刻、切割作业质量。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型光学相机和分光聚焦壳体的安装示意图。

图3为本实用新型光模组的安装示意图。

图4为本实用新型风扇安装示意图。

图5为本实用新型光学相机和分光聚焦壳体的剖面图。

图6为本实用新型光模组的剖面图。

图7为本实用新型光学相机和分光聚焦壳体的剖面图。

图8为本实用新型光模组的剖面图。

图中，各附图标记的含义如下：1、光学平台；2、遮光板；3、导轨；4、导轨滑块；5、转接块；6、光学杆架；7、光学支杆；8、风扇架；9、风扇；10、光学相机；11、分光聚焦壳体；12、调节滑块；13、手轮旋钮；14、凹形固定块；15、第一螺钉；16、第二螺钉；17、第三螺钉；18、光模组壳体；19、第一顶丝；20、聚焦镜筒；21、平凸柱面镜调节筒；22、平凹柱面镜调节筒；23、半导体激光器；24、散热块；25、调节杆；26、第四螺钉；27、第二顶丝；28、聚焦镜；29、压圈；30、分光镜；31、硅胶垫片；32、第五螺钉；33、平凸柱面镜；34、平凹柱面镜；35、第三顶丝；36、半波片；37、偏振合束镜；38、第四顶丝。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。

如图1-8所示，本实施提供一种半导体激光器的快速调焦装置，包括光学平台1，如图1，导轨3、遮光板2分别应用第三螺钉17固定于光学平台1下方和上方边缘，导轨3、遮光板2长边方向平行，遮光板2处于光学平台1左上方可接受到反射光位置；导轨3上安装三个导轨滑块4，并要求有自锁功能。导轨滑块4上面分别应用第二螺钉16固定已安装有光学杆架6、光学支杆7的转接块5，要求光学杆架6有自锁功能。

两个风扇9分别应用第一螺钉15安装在左右两侧的风扇架8上，两个风扇架8安装在光学支杆7上，一个风扇9位于光学相机10的左侧，并要求风向朝向右侧，光学相机10位于右侧，同时要求如光口也朝向右侧，另外一个风扇9对光模组进行散热。

分光聚焦壳体11左侧设置凹槽，中间设置螺纹孔，螺纹孔与凹槽同轴，右侧设置45°斜面，斜面外表面设置凹槽和螺纹孔；分光聚焦壳体11应用第一顶丝19固定在光学相机10入光口凸台上，要求斜面外表面朝向遮光板2；聚焦镜28应用压圈29安装在聚焦镜筒20内；聚焦镜筒20安装在分光聚焦壳体11中间螺纹孔处，聚焦镜28朝向左侧；分光镜30应用硅胶垫片31、第五螺钉32安装在分光聚焦壳体11斜面外表面凹槽内，分光镜30反射率可选90％，可根据光学相机10探测光敏面损伤阈值和激光功率而定。

凹形固定块14固定于导轨3中间光学支杆7上，T形调节杆25凸台置入调节滑块12凹槽内，从凹形固定块14内侧安装在侧边螺纹孔中，手轮旋钮13安装在调节杆25螺杆上，并应用顶丝锁紧固定位置。

光模组安装在两调节滑块12之间，出光方向朝向左侧，旋转手轮旋钮13调节光模组位置，以及调节光学支杆7高度，使光模组出光口与光学相机10入光口近似同轴，使右侧风扇9可达到有效散热的目的，最后锁紧光学支杆7位置。

半导体激光器23应用日亚品牌5W～6W规格TO封装结构激光器，波长为455±5nm，此款激光器出厂时已安装快轴准直镜，慢轴发散角约为0.85°。

两支半导体激光器23十字交叉固定在光模组壳体18中，半导体激光器23慢轴方向与十字交叉所构成的平面平行，应用散热块24和第四螺钉26固定，半导体激光器23、光模组壳体18、散热块24接触面均涂抹导热硅脂以达到更好的散热效果。

两支半导体激光器23所发射的光束应用半波片36、偏振合束镜37进行合光，应用装调工装进行调整位置，位置确定后应用紫外固化胶固定。

具体的，平凹柱面镜34安装在平凹柱面镜调节筒22凹槽内，紫外固化胶固定。将安装有平凹柱面镜34的平凹柱面镜调节筒22安装在光模组壳体18螺纹孔内，其中平凹柱面镜调节筒22外螺纹和光模组壳体18内螺纹精密配合，螺距可设置为0.25，或视使用要求而定。通过旋转平凹柱面镜调节筒22的位置可快速调节平凹柱面镜34相对于偏振合束镜37的位置，进行对光束的整形，位置确定后应用第四顶丝38固定。

将安装有平凹柱面镜34的光模组壳体18固定在装置调节滑块12之间，光束经分光镜30反射照射在遮光板2上，可调节分光聚焦壳体11角度，使光束垂直照射在遮光板2上，并应用第一顶丝19锁紧固定。旋转聚焦镜筒20调节聚焦镜28相对光学相机10位置，使光学相机10探测面位置为光模组光束快轴焦点位置，并应用第二顶丝27将聚焦镜筒20锁紧固定。

平凸柱面镜33安装在平凸柱面镜调节筒21凹槽内，紫外固化胶固定。将安装有平凸柱面镜33的平凸柱面镜调节筒21安装在平凹柱面镜调节筒22上，其中平凹柱面镜调节筒22外螺纹和平凸柱面镜调节筒21内螺纹精密配合，螺距可设置为0.25，或视使用要求而定。通过旋转平凸柱面镜调节筒21的位置调节平凸柱面镜33相对于平凹柱面镜34的位置，进行对光束的准直。观察遮光板2上的光斑图样，使其为正方形或长方形；同时注意光学相机10所测得的慢轴光束聚焦尺寸，使其为最小时应用第三顶丝35将平凸柱面镜调节筒21固定锁紧。

装调完成的光模组，再安装相应的聚焦镜和窗口片，便可安装在设备上进行作业，应用此装置进行装调可使激光光束快慢轴两方向的聚焦焦点位于同一处使焦点尺寸达到最小，或在允许公差范围内(视应用要求决定)，可提升激光雕刻、切割作业质量。

本实施给出一种蓝光半导体激光器快速调节快慢轴焦点位置的方法和装置，装置采用分光镜将光束分成两束，一束光反射照射在遮光板上，用以观察光斑图样；另一束光透射，通过聚焦镜将光束聚焦在光学相机探测面上，用以观察焦点位置处激光快慢轴两方向光斑尺寸。并依靠机械配合快速调节光学透镜位置实现光束的整形，使激光光束快慢轴两方向聚焦在同一位置处，或减小激光光束快慢轴两方向聚焦相对位置。批量生产中可以高效率的完成调试工作，提高产品使用性能、降低产品的成本，有利于提升激光雕刻、切割作业质量。

本申请文件中使用到的标准零件均可以从市场上购买，而且根据说明书和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，控制方式是通过控制器来自动控制，控制器的控制电路通过本领域的技术人员简单编程即可实现，属于本领域的公知常识，并且本申请文主要用来保护机械装置，所以本申请文不再详细解释控制方式和电路连接。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种半导体激光器的快速调焦装置，包括光学平台(1)，其特征在于：所示光学平台(1)安装有遮光板(2)和导轨(3)，所述导轨(3)上滑动连接有三个导轨滑块(4)，三个所述导轨滑块(4)上均固定安装有支撑架，其中两个支撑架固定安装有风扇架(8)，另外一个支撑架固定安装有凹形固定块(14)和光学相机(10)，所述风扇架(8)上安装有风扇(9)，位于左侧的风扇架(8)上安装有光学相机(10)；

所述光学相机(10)一侧固定安装有分光聚焦壳体(11)，所述分光聚焦壳体(11)螺纹连接有聚焦镜筒(20)，聚焦镜(28)通过压圈(29)安装在聚焦镜筒(20)内，所述分光聚焦壳体(11)的前侧还安装有分光镜(30)；

所述凹形固定块(14)两侧螺纹连接有T形调节杆(25)，所述T形调节杆(25)的端部与调节滑块(12)的滑槽接触，两个T形调节杆(25)用于对调节滑块(12)进行定位，所述调节滑块(12)上安装有光模组。

2.根据权利要求1所述的一种半导体激光器的快速调焦装置，其特征在于：所述滑块(4)具有自锁功能。

3.根据权利要求1所述的一种半导体激光器的快速调焦装置，其特征在于：所述支撑架包括转接块(5)、光学杆架(6)和光学支杆(7)，所述转接块(5)通过第二螺钉固定安装在导轨滑块(4)上，所述光学杆架(6)固定连接在转接块(5)上，所述光学支杆(7)固定连接在光学杆架(6)上。

4.根据权利要求3所述的一种半导体激光器的快速调焦装置，其特征在于：所述分光聚焦壳体(11)的左侧设置凹槽，损失分光聚焦壳体(11)的中间设置螺纹孔，所述螺纹孔与凹槽同轴，所述分光聚焦壳体(11)的右侧设置有45°斜面，损失斜面外表面设置凹槽和螺纹孔，分光聚焦壳体(11)通过第一顶丝(19)固定在光学相机(10)入光口凸台上，所述斜面外表面朝向遮光板(2)；聚焦镜筒(20)通过螺纹安装在分光聚焦壳体(11)中间螺纹孔处，所述聚焦镜(28)朝向左侧；分光镜(30)通过硅胶垫片(31)、第五螺钉(32)安装在分光聚焦壳体(11)斜面外表面凹槽内。

5.根据权利要求4所述的一种半导体激光器的快速调焦装置，其特征在于：所述T形调节杆(25)的端部固定连接有手轮旋钮(13)，所述调节滑块(12)侧面有滑槽，所述调节滑块(12)通过滑槽能够在T形调节杆(25)端部上下滑动。

6.根据权利要求5所述的一种半导体激光器的快速调焦装置，其特征在于：所述光模组包括光模组壳体(18)，所述光模组壳体(18)固定安装在调节滑块(12)上，所述光模组壳体(18)内安装有两支半导体激光器(23)，两支所述半导体激光器(23)成九十度设置；

所述光模组壳体(18)内安装有半波片(36)和偏振合束镜(37)，所述半波片(36)和偏振合束镜(37)将两支半导体激光器所发射的光束进行合光；

所述光模组壳体(18)上螺纹连接有平凹柱面镜调节筒(22)，所述平凹柱面镜调节筒(22)内设置有平凹柱面镜(34)，所述平凹柱面镜调节筒(22)上螺纹连接有平凸柱面镜调节筒(21)，所述平凸柱面镜调节筒(21)上安装有平凸柱面镜(33)。

7.根据权利要求6所述的一种半导体激光器的快速调焦装置，其特征在于：两支所述半导体激光器(23)通过散热块(24)和第四螺钉(26)固定在光模组壳体(18)上，所述半导体激光器(23)、光模组壳体(18)、散热块(24)的接触面均涂抹导热硅脂。