光纤耦合激光器及激光雷达用耦合光路系统的制作方法

本发明属于光电技术领域，更具体地说，是涉及一种光纤耦合激光器及激光雷达用耦合光路系统。

背景技术：

激光器光纤耦合技术是指：通过光学系统有效的将激光光源发出来的光准直整形后耦合进光纤中。半导体光纤耦合激光器在激光雷达、激光器泵浦、激光加工、激光医疗、激光显示以及军事应用等领域得到了越来越广泛的应用，特别是在光纤大功率脉冲激光器应用中，以其体积小、重量轻、光斑均匀、光照方向可控、效率高和可靠性高等优点倍受青睐。随着单管半导体光纤耦合激光器产品的发展，可以通过多种结构将激光单管封装到单管模块或to系列产品中，通过光纤耦合的输出功率可达几瓦甚至上几十瓦，在激光测距、激光雷达、军事应用、医疗应用、工业加工等领域有很大的需求。

传统的单管半导体光纤耦合激光器通常包括激光器组件、快轴压缩透镜组件、定位调节环和光纤，上述结构通过调试装配后采用焊接的方式连接，以得到输出功率较好的光纤耦合效果。

在实现传统技术的过程中，发明人发现：传统的光纤耦合激光器中光纤出射的光较为发散。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种光纤耦合激光器及激光雷达用耦合光路系统，旨在解决传统的光纤耦合激光器中光纤出射的光较为发散的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种光纤耦合激光器，包括：激光器组件；定位组件，具有第一容纳腔，密封连接于所述激光器组件；快轴压缩透镜组，容置于所述第一容纳腔内，所述快轴压缩透镜组设置于所述激光器组件的出光侧；光纤，具有容置于所述第一容纳腔内的入光端和伸出所述第一容纳腔的出光端，并设置于所述快轴压缩透镜组远离所述激光器组件的一侧；以及准直器，密封连接于所述光纤的出光端。

作为本发明的另一实施例，所述准直器包括：壳体，具有第二容纳腔，所述壳体与所述光纤的出光端密封连接；以及自聚焦渐变透镜组，包括至少一个自聚焦渐变透镜，容置于所述第二容纳腔内。

作为本发明的另一实施例，所述壳体于所述第二容纳腔内具有第一夹持部，所述自聚焦渐变透镜组设置于所述第一夹持部。

作为本发明的另一实施例，所述壳体于所述第二容纳腔内设有容置槽，所述光纤的出光端通过胶体固定于所述容置槽。

作为本发明的另一实施例，所述定位组件包括：第一定位件，具有容置所述快轴压缩透镜组的第一子容纳腔，密封连接于所述激光器组件；以及第二定位件，具有与所述第一子容纳腔连通的第二子容纳腔，所述第一子容纳腔和所述第二子容纳腔配合形成所述第一容纳腔，所述第二定位件密封连接于所述第一定位件，且与所述光纤的入光端密封连接。

作为本发明的另一实施例，所述快轴压缩透镜组包括：准直透镜，设置于所述第一容纳腔内；以及非球透镜帽，设置于所述准直透镜远离所述激光器组件的一侧。

作为本发明的另一实施例，所述激光器组件具有放置部，所述放置部与所述准直透镜连接。

作为本发明的另一实施例，所述非球透镜帽包括：夹持件，具有容置所述准直透镜的第三容纳腔以及第二夹持部，密封连接于所述激光器组件；非球透镜，设置于所述第二夹持部。

本发明提供的光纤耦合激光器至少具有以下技术效果：与传统技术相比，本发明的光纤耦合激光器中，在激光器组件的一侧设有快轴压缩透镜组，能够对激光光源发出的光进行快轴压缩，形成较为均匀的方斑；定位组件用于容置快轴压缩透镜组，并连接激光器组件和光纤；准直器能够对从光纤的出光端发出的光进行整合，得到发散角小、指向性优良、光斑均匀、输出近似于平行光的发射光。

本发明还提供一种激光雷达用耦合光路系统，包括：接收透镜，沿光轴方向开设有开孔；如上任一实施例所述的光纤耦合激光器，其中，所述准直器穿设于所述开孔；以及探测器，设置于所述接收透镜背离所述准直器出射方向的一侧。

作为本发明的另一实施例，所述激光雷达用耦合光路系统还包括电连接有所述探测器的电路板，所述接收透镜通过多个支撑件连接于所述电路板。

本发明提供的激光雷达用耦合光路系统至少具有以下技术效果：与传统技术相比，本发明的激光雷达用耦合光路系统采用上述实施例中的光纤耦合激光器，在激光器组件的一侧设有快轴压缩透镜组，能够对激光光源发出的光进行快轴压缩，形成较为均匀的方斑；定位组件用于容置快轴压缩透镜组，并连接激光器组件和光纤；准直器能够对从光纤的出光端发出的光进行整合，得到发散角小、指向性优良、光斑均匀、输出近似于平行光的发射光；接收透镜能够汇聚发射光遇到障碍反射物时返回来的返回光，形成汇聚光并汇聚到探测器上，由于准直器发出的光质量较高，使得探测器的检测效果更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的光纤耦合激光器的结构示意图；

图2为图1所述光纤耦合激光器的a-a截面示意图；

图3为图1所示光纤耦合激光器中激光器组件的结构示意图；

图4为图1所示光纤耦合激光器中激光器组件的另一角度结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的激光雷达用耦合光路系统的结构示意图。

图中：

100、光纤耦合激光器110、激光器组件112、放置部

114、芯片116、水平发散角118、垂直发散角

120、定位组件121、第一容纳腔122、第一定位件

123、第一子容纳腔124、第二定位件125、第二子容纳腔

130、快轴压缩透镜组132、准直透镜134、非球透镜帽

136、夹持件138、非球透镜140、光纤

142、入光端144、出光端150、准直器

152、壳体153、第二容纳腔154、第一夹持部

155、容置槽156、自聚焦渐变透镜组

200、激光雷达用耦合光路系统210、接收透镜212、开孔

220、探测器230、电路板240、支撑件

250、发射光260、返回光270、汇聚光

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

请一并参阅图1至图5，现对本发明实施例提供的光纤耦合激光器100及激光雷达用耦合光路系统200进行说明。

本发明实施例提供了一种光纤耦合激光器100，包括：激光器组件110；定位组件120，具有第一容纳腔121，密封连接于激光器组件110；快轴压缩透镜组130，容置于第一容纳腔121内，快轴压缩透镜组130设置于激光器组件110的出光侧；光纤140，具有容置于第一容纳腔121内的入光端142和伸出第一容纳腔121的出光端144，并设置于快轴压缩透镜组130远离激光器组件110的一侧；以及准直器150，密封连接于光纤140的出光端144。

具体地，激光器组件110可以采用to56激光器，具有作为激光光源的芯片114，芯片114所在侧为出光侧。定位组件120具有用于容置快轴压缩透镜组130的第一容纳腔121，并且密封连接于激光器组件110，能够形成密闭空间，避免光泄露。定位组件120能够实现光纤耦合激光器100的密封性，提高了耦合效率，便于装配，以实现批量生产。

由于芯片114发出的光的水平发散角116在8°-10°之间，即慢轴方向的发散角，垂直发散角118在30°-40°之间，即快轴方向的发散角，快轴和慢轴的发散角不一致。因此，本实施例中，先采用快轴压缩透镜组130对快轴进行压缩以得到均匀性较好的方斑，得到发散角较小的光。

光纤140连接于定位组件120和准直器150之间，能够进行光纤140耦合，以得到光斑均匀、发散角小的光。传统的光纤耦合激光器中通常将耦合器设置于光纤与激光光源之间，无法整合从光纤出射的光。而本实施例中，在光纤140的出光端144设置准直器150，能够对出光纤140出射的光进行二次整合，优化光纤140参数，以得到发散角小、1-10mrad、指向性优良、光斑均匀、输出近似于平行光的发射光，满足激光器的多种应用需求。同时，准直器150也便于装配至目标光路系统中。

本发明实施例提供的光纤耦合激光器100至少具有以下技术效果：与传统技术相比，本发明实施例的光纤耦合激光器100中，在激光器组件110的一侧设有快轴压缩透镜组130，能够对激光光源发出的光进行快轴压缩，形成较为均匀的方斑；定位组件120用于容置快轴压缩透镜组130，并连接激光器组件110和光纤140；准直器150能够对从光纤140的出光端144发出的光进行整合，得到发散角小、指向性优良、光斑均匀、输出近似于平行光的发射光。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图2，准直器150包括：壳体152，具有第二容纳腔153，壳体与光纤140的出光端144密封连接；以及自聚焦渐变透镜组156，包括至少一个自聚焦渐变透镜，容置于第二容纳腔153内。具体地，壳体152能够构建较为稳固和密封性较好的光路传播空间，将光纤140的出光端144伸入第二容纳腔153内，并将光纤140的出光端144的周向轮廓密封连接于壳体152内壁。自聚焦渐变透镜组156包括至少一个自聚焦渐变透镜，自聚焦渐变透镜是一种渐变折射率透镜，能够对光进行整合，得到发散角小、指向性优良、光斑均匀、输出近似于平行光的发射光。此外，为了得到均匀的圆形光斑，光纤140的出光端144与自聚焦渐变透镜组156同轴设置。

进一步地，参阅图2，壳体152于第二容纳腔153内具有第一夹持部154，自聚焦渐变透镜组156设置于第一夹持部154。为了保证自聚焦渐变透镜组156的稳定性，在壳体152内还设有第一夹持部154，第一夹持部154可以将自聚焦渐变透镜组156夹紧，第一夹持部154与自聚焦渐变透镜组156之间也可以涂胶以进一步地提高稳固性。

进一步地，参阅图2，壳体152于第二容纳腔153内设有容置槽155，光纤140的出光端144通过胶体固定于容置槽155。在第二容纳腔153邻近光纤140的一侧设有容置槽155，利用微调机构微调光纤140的出光端144与自聚焦透镜组之间的距离，确定之后，利用灌胶的方式将光纤140固定于容置槽155内，且保证容置槽155与光纤140的出光端144的周向轮廓的密封性。同时，保证光纤140与自聚焦透镜组保持同轴性，以得到均匀性良好的圆形光斑。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图1和图2，定位组件120包括：第一定位件122，具有容置快轴压缩透镜组130的第一子容纳腔123，密封连接于激光器组件110；以及第二定位件124，具有与第一子容纳腔123连通的第二子容纳腔125，第一子容纳腔123和第二子容纳腔125配合形成第一容纳腔121，第二定位件124密封连接于第一定位件122，且与光纤140的入光端142密封连接。具体地，第一定位件122为具有第一子容纳腔123的环状结构，采用激光焊接的方式焊接到激光器组件110上，避免了应力产生，不会产生位移，避免对耦合效率产生影响。第一子容纳腔123用于容置激光光源和快轴压缩透镜组130。第二定位件124与第一定位件122采用激光焊接的方式进行连接，能够很好地避免应力产生，不会产生位移，避免对耦合效率产生影响。

第二定位件124为具有第二子容纳腔125的环状结构，通过调整光纤140相对于第二定位件124的位置关系来调整光纤140与快轴压缩透镜组130之间的距离，以调整光纤140耦合效率。光纤140至少伸入第二子容纳腔125中，光纤140的入光端142的周向轮廓与第二定位件124密封连接，例如可以采用胶接的方式进行固定。此外，定位组件120可以采用一体式的定位件，也可以采用多个装配而成的子定位件，具体可以根据快轴压缩透镜组130的体积和光纤140的体积及伸入距离来确定。定位组件120能够实现光纤耦合激光器100的密封性，提高了耦合效率，便于装配，以实现批量生产。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图2至图4，快轴压缩透镜组130包括：准直透镜132，设置于第一容纳腔121内；以及非球透镜帽134，设置于准直透镜132远离激光器组件110的一侧。通常，在未增加准直透镜132时，激光器组件110中芯片114发出的光的水平发散角116在8°-10°之间，即慢轴方向的发散角，垂直发散角118在30°-40°之间，即快轴方向的发散角，快轴和慢轴的发散角不一致。本实施例中，增加了准直透镜132，能够将快轴压缩至与慢轴同样的发散角，得到方斑，为整合光路打下良好的基础。非球透镜帽134能够形成密闭空间，提高耦合效率。

进一步地，参阅图3和图4，激光器组件110具有放置部112，放置部112与准直透镜132连接。具体地，放置部112可以用来承载芯片114，准直透镜132通过胶接或焊接的方式连接于放置部112，位于芯片114的一侧，以使芯片114发出的光能够经过准直透镜132的整合，对快轴进行压缩，得到快轴和慢轴同样的发散角，得到质量较好的方斑，为整合光路打下良好的基础。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图2，非球透镜帽134包括：夹持件136，具有容置准直透镜132的第三容纳腔以及第二夹持部，密封连接于激光器组件110；以及非球透镜138，设置于第二夹持部。具体地，夹持件136为具有第三容纳腔的环状结构，并形成有第二夹持部，非球透镜138夹持于第二夹持部。夹持件136的一端密封连接于激光器组件110，例如，采用精密压焊的方式装配到激光器组件110上，以形成密闭空间，起到密封效果，防止光泄露，增加使用寿命。非球透镜138能够提高耦合效率，该耦合效率一般在75％-95％之间。如此设置，能够优化光纤140耦合效率，得到更加均匀平行的光。

请参阅图5，本发明实施例还提供了一种激光雷达用耦合光路系统200，包括：接收透镜210，沿光轴方向开设有开孔212；如上任一实施例所述的光纤耦合激光器100，其中，准直器150穿设于开孔212；以及探测器220，设置于接收透镜210背离准直器150出射方向的一侧。可以理解的是，激光雷达用耦合光路系统200可以也应用于激光测距、激光雷达、激光显示等领域中。

具体地，接收透镜210一般采用回光聚焦透镜，用于将从准直器150发出的发射光250遇到障碍反射物时返回来的返回光260进行汇聚，使汇聚光270汇聚到探测器220上。在接收透镜210的光轴方向开设有一开孔212，准直器150穿过该开孔212，能够沿光轴方向发出发射光250。

准直器150穿设于开孔212中，通过胶体粘接固定，以保证连接的稳固性。当然，准直器150和开孔212之间可以采用其他方式固定，例如卡扣、螺纹锁紧等，也可以借助中间件连接。光纤140的出光端144连接至准直器150中，从光纤140的出光端144发出的光经准直器150整合，具体经过自聚焦渐变透镜组156整合后，可以得到发散角小、指向性优良、光斑均匀、输出近似于平行光的光斑，沿光轴方向从准直器150发出形成发射光250。

探测器220设置于接收透镜210背离准直器150出射方向的一侧，即背离发射光250。探测器220具体设置于接收透镜210的光轴方向，通过调整探测器220与接收透镜210之间的距离，使返回光260能够尽可能多地汇聚到探测器220，以提高检测的准确性。

例如，激光雷达用耦合光路系统200的光路路径具体为，参阅图5所示的放置姿态，将准直器150组装到接收透镜210上，向上发出发射光250，发射光250遇到障碍反射物时，返回并形成返回光260，返回光260经过接收透镜210形成汇聚光270，汇聚到探测器220上，构成激光雷达光路系统。由于经过准直器150发出的发射光250发散角小、指向性优良、光斑均匀、输出近似于平行光，因此，探测器220的检测结果更加准确。

本发明实施例提供的激光雷达用耦合光路系统200至少具有以下技术效果：与传统技术相比，本发明实施例的激光雷达用耦合光路系统200采用上述实施例中的光纤耦合激光器100，在激光器组件110的一侧设有快轴压缩透镜组130，能够对激光光源发出的光进行快轴压缩，形成较为均匀的方斑；定位组件120用于容置快轴压缩透镜组130，并连接激光器组件110和光纤140；准直器150能够对从光纤140的出光端144发出的光进行整合，得到发散角小、指向性优良、光斑均匀、输出近似于平行光的发射光250；接收透镜210能够汇聚发射光250遇到障碍反射物时返回来的返回光260，形成汇聚光270并汇聚到探测器220上，由于准直器150发出的光质量较高，使得探测器220的检测效果更加准确。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图5，激光雷达用耦合光路系统200还包括电连接有探测器220的电路板230，接收透镜210通过多个支撑件240连接于电路板230。支撑件240可以与接收透镜210一体形成，也可以通过胶接的方式与接收透镜210固定，支撑件240设置于接收透镜210的周向边缘，以减少穿过支撑件240的汇聚光270，减少对光路的影响。支撑件240可以是棒状的，也可以是端面具有多个分散支撑点的不规则形状。支撑件240可以均匀地设置三个、四个、五个等，如图5所示，支撑件240设有三个，均匀分布于接收透镜210的周向边缘。支撑件240通过螺纹锁紧或焊接或胶接的方式固定于电路板230。如此设置，能够稳固接收透镜210、探测器220之间的位置关系，以保证接收透镜210的汇聚效果，提高探测器220的检测准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。