一种分体式半导体激光二极管能量合束装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种分体式半导体激光二极管能量合束装置，包括安装座，所述安装座为中心设有定位孔的圆盘状结构，沿圆盘的一侧对称设有四个用于安装激光模组组件的组件基座，激光模组组件镶装在所述组件基座中；所述组件基座的一侧设有通过隔套与激光模组组件连接的PCB驱动线路板，PCB驱动线路板上设有连接电源的排线和插头；激光模组组件经顶丝调整定位并通过圆盘状安装座端面透孔出射激光束，将激光模组组件出射的激光束经正透镜聚焦为1个光斑。通过调整顶丝调整，使激光模组组件光斑经正透镜聚焦在60mm处成十字。其设计巧妙合理，提高了可靠性和稳定性，聚焦后的光斑强度显著增加，满足了市场对小体积高强度激光能量合束器的需求。
【专利说明】一种分体式半导体激光二极管能量合束装置
【技术领域】
[0001] 本发明型属于光电【技术领域】，尤其是涉及四头激光指示结构。
【背景技术】
[0002] 激光医疗以及美容技术是近年来高速发展的行业，小型化标准封装的半导体激光 二极管，具有使用温度范围宽、驱动简单、电一光转换效率高、波长多样，单色性好等优点， 正在替代传统的大型气体或者固体激光器件在医疗和美容行业的应用。但是，由于半导激 光二极管单管功率相对较小，在需要较大激光功率的场合不能使用单颗半导激光二极管， 就需要对多颗半导激光二极管发出的光束进行整合。
[0003] 传统的整合方式分为两类，一是对半导激光二极管发光晶圆部分进行列阵，做出 钯条类型的激光器件，二是使用光纤耦合系统进行多颗半导体激光二极管的光束进行耦合 和合束。
[0004] 两种方法存在以下问题：
[0005] 1、晶圆列阵的方式需要精度极高的透镜列阵来进行光束整合，晶圆列阵的发热量 大，工艺稍差就会影响晶圆寿命，使用上对散热有极高的要求；
[0006] 2、光纤耦合方式系统复杂，合束效率低下，能量传输所使用的光纤多为多模光纤， 对激光光源本身的特性破坏较大，在有些对光束模式有需求的场合不能使用。
[0007] 3、成本都比较高，无论是透镜列阵还是光纤合束系统，所需要的附属调节结构和 其本身即为昂贵的，在日渐普及的家用理疗行业，显然已经不具备竞争价值。
[0008] 4、工艺复杂，几乎无法大规模生产，仅适合于研究机构或者专业医疗结构的大型 设备所使用。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种分体式半导体激光二极管能量合束结构装置，结构紧 凑，设计巧妙合理，极大简化了传统激光合束装置的复杂性；满足了目前市场对此类半导体 激光二极管合数装置的需求。
[0010] 本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
[0011] 一种分体式半导体激光二极管能量合束装置，包括安装座，所述安装座为中心设 有定位孔的圆盘状结构，沿圆盘的一侧对称设有四个用于安装激光模组组件的组件基座， 激光模组组件镶装在所述组件基座中；所述组件基座的一侧设有通过隔套与激光模组组件 连接的PCB驱动线路板，PCB驱动线路板上设有连接电源的排线和插头；所述激光模组组件 经顶丝调整定位并通过圆盘状安装座端面透孔出射激光束，将激光模组组件出射的激光束 经正透镜聚焦为1个光斑。
[0012] 优选地，所述组件基座中设有镶装激光模组组件的安装孔，设有凸台的激光模组 组件镶装到组件基座安装孔中，并通过凸台与组件基座安装孔之间的间隙定位，凸台外径 与组件基座安装孔内径之间的间距为0. 5_。
[0013] 优选地，所述组件基座中安装孔的三个方向分别设有镶装顶丝的镶装槽，三个镶 装槽中相邻镶装槽中心线之间的夹角为100°。
[0014] 优选地，所述顶丝接触在的激光模组组件所设凸台的前部激光模组组件外壁上。
[0015] 优选地，所述激光模组组件由镶装在激光管座上的半导体激光二极管、设在半导 体激光二极管外侧的透镜筒、以及置于半导体激光二极管发光体前端的非球面透镜组成， 成为一个激光发射基本单元。
[0016] 优选地，所述激光模组组件使用小功率808nm激光二极管作为光源，激光二极管 前设有将激光二极管的发散光束整形为远场准直光、且50米处激光光斑能够达到10mm以 内的非球面透镜。
[0017] 优选地，所述PCB驱动线路板采用CN5611型恒流控制芯片，其输入2. 6?3. 3V电 源电压，30?800mA的电流。
[0018] 优选地，所述正透镜为焦距60mm，直径27mm的非球面正透镜，其光学有效口径为 20mm，能将20mm直径内同轴向的光束汇聚于60mm交点处。
[0019] 优选地，所述安装座由金属铝材料机加工而成。
[0020] 优选地，所述顶丝镶装槽中填充有703硅橡胶。
[0021] 该结构通过4个独立的半导体激光二极管驱动单元来驱动4颗半导体激光二极 管，把4只独立的半导体激光二极管通过一次准直，然后通过平行一同轴调整结构将4束准 直光平行，最后通过一片非球面镜片将4束平行的准直光进行合束整合，在其光学交点处 可以得到约为单个独立半导体激光二极管4倍的能量强度的光斑。实际使用中在轴向前后 调整镜片的位置，可以精确调整光斑位置，达到了对多颗独立半导体激光二极管的光束进 行合束；其结构紧凑，设计巧妙合理，极大简化了传统激光合束装置的复杂性；满足了目前 市场对此类半导体激光二极管合数装置的需求。
[0022] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0023] 1、本发明的结构紧凑，设计合理，装配简单，实现方便。
[0024] 2、本发明将标准化的半导体激光二极管进行两次光学精准调整，实现将多颗半导 体激光二极管进行能量合束的功能。
[0025] 3、本发明直接通过标准化的机加工结构和非球面透镜，替代了传统光学合束的透 镜列阵、多模光纤束、光纤耦合准直聚焦透镜、耦合调整机构等复杂的结构，由此简化了工 艺。
[0026] 4、本发明的实现成本低，降低了传统光学能量合束方法的复杂程度，生产工艺流 程简单，产品使用寿命长，实用性强，便于推广使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的不当限定，在附图中：
[0028] 图1为本发明发光原理使用示意图。
[0029] 图2为四头激光能量合束器结构不意图。
[0030] 图3为四头激光能量合束器模组安装示意图。
[0031] 图4为模组示意图。
[0032] 图5为激光模组组件示意图。
[0033] 图6为四头激光指示PCB驱动线路板示意图。
[0034] 图7为四头激光指示爆炸示意图。
[0035] 图8为未经正透镜聚焦合成前的808nm光斑示意图。
[0036] 图中：1_安装座；1-1-组件基座；2-顶丝；3-激光模组组件；3-1-凸台；4-隔套； 5-PCB驱动线路板；5-1-功率调整电位器；5-2-恒流控制芯片；5-3-LD管脚；6-排线；7-插 头；8-正透镜；9-未经正透镜聚焦合成前光斑示意。
【具体实施方式】
[0037] 下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例 以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0038] 如图1、图2和图3所示，该分体式半导体激光二极管能量合束装置，包括安装座 1，结合图4所示，安装座1为中心设有定位孔的圆盘状结构，沿圆盘的一侧对称设有四个用 于安装激光模组组件3的组件基座1-1，组件基座1-1前部开口，激光模组组件3镶装在组 件基座1-1中并通过圆盘状安装座1端面透孔出射激光束；激光模组组件3镶装在组件基 座中并通过顶丝2调整定位，将激光模组组件3出射的激光束经正透镜8聚焦为1个光斑。 正透镜8为焦距60mm，直径27mm的非球面正透镜，其光学有效口径为20mm，能将20mm直径 内同轴向的光束汇聚于60mm交点处。
[0039] 所述安装座1的一侧设有通过隔套4连接的PCB驱动线路板5,PCB驱动线路板5 上设有连接电源的排线6和插头7 ;组件基座中设有镶装激光模组组件3的安装孔，组件基 座1-1中设有镶装激光模组组件3的安装孔，设有凸台3-1的激光模组组件3镶装到组件 基座1-1安装孔中，并通过凸台3-1与组件基座1-1安装孔之间的间隙定位，凸台3-1外径 与组件基座1-1安装孔内径之间的间距为0. 5mm。顶丝2接触在的激光模组组件3所设凸 台3-1的前部激光模组组件3外壁上。
[0040] 本实施例采用Φ 7激光模组组件上设有Φ 7. 5*0. 5的凸台，将Φ 7模组组件组装 到Φ7. 5装配孔中，依靠凸台进行间隙定位，调整角度为3. 5度。然后在安装孔的孔径大于 激光模组组件外径〇. 5mm范围内进行调整。
[0041] 如图4所示，组件基座1-1中的外侧、左侧和右侧分别设有镶装顶丝2的镶装槽， 三个镶装槽中相邻镶装槽中心线之间的夹角为100°。
[0042] 如图5所示，激光模组组件3由镶装在激光管座上的半导体激光二极管、设在半导 体激光二极管外侧的透镜筒、以及置于半导体激光二极管发光体前端的非球面透镜组成， 成为一个激光发射基本单元，本装置共有4个相同的激光模组。激光模组组件3使用小功 率808nm激光二极管作为光源，激光二极管前设有将激光二极管的发散光束整形为远场准 直光、且50米处激光光斑可达到10mm以内的非球面透镜。
[0043] 如图6所示，PCB驱动线路板5采用四个对称分布的CN5611型恒流控制芯片5-2， 其输入2. 6?3. 3V电源电压，30?800mA的电流。在各CN5611型恒流控制芯片5-2侧设 有一功率调整电位器5-1，在PCB驱动线路板5上设有四个LD管脚5-3。PCB驱动线路板用 两个隔套分别将二极管管脚于PCB驱动线路板焊接，电源插头通过26AWG红黑排线于线路 板焊接。安装座1由金属铝材料机加工而成。
[0044] 图7所示，为本发明装置安装立体结构示意图，4个相同的激光模组组件3镶装在 安装座1的组件基座1-1中，用3个顶丝2依次从3个方向调整，在激光模组组件3镶装的 组件基座1-1前端部开有四个对应的开孔，该四个开孔与激光模组组件3前部出光孔相对 应。
[0045] 如图8所示，为四头激光器通电后未经正透镜聚焦合成前的808nm光斑示意。图 中9为未经正透镜聚焦合成前光斑示意。
[0046] 工作时，将激光模组组件3镶装进安装座1的组件基座1-1中，依次将PCB5、电源 插头7接通电源，PCB驱动线路板5将4个模组通过两个隔套4分别与二极管焊接，电源插 座接于26AWG红黑排线焊接于PCB驱动线路板上。借辅助激光模组将调制好的4个激光模 组组件3用3个M2*2顶丝2依次从3个方向（夹角100°处）调整，通过激光模组组件3 所设凸台3-1与组件基座1-1内壁的接触调整角度为3. 5度。通过顶丝2在三个角度的微 调整，将激光模组组件3各出射的激光束调整为平行光束并经正透镜8聚焦，将激光束汇聚 在60_交点处，将光斑调整均匀后锁紧并滴入703硅橡胶。然后四头激光能量合束器借助 于正透镜8将调制均匀的4束光在远处聚焦为一个光斑。
[0047] 以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例 对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本 发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据发明实施例，在【具体实施方式】 以及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1. 一种分体式半导体激光二极管能量合束装置，包括安装座（1)，其特征在于：所述安 装座（1)为中心设有定位孔的圆盘状结构，沿圆盘的一侧对称设有四个用于安装激光模组 组件的组件基座（1-1)，激光模组组件（3)镶装在所述组件基座（1-1)中；所述组件基座 (1-1)的一侧设有通过隔套⑷与激光模组组件⑶连接的PCB驱动线路板（5)，PCB驱动 线路板（5)上设有连接电源的排线（6)和插头（7);所述激光模组组件（3)经顶丝（2)调 整定位并通过圆盘状安装座（1)端面透孔出射激光束，将激光模组组件（3)出射的激光束 经正透镜（8)聚焦为1个光斑。
2. 根据权利要求1所述的分体式半导体激光二极管能量合束装置，其特征在于：所述 组件基座（1-1)中设有镶装激光模组组件（3)的安装孔，设有凸台（3-1)的激光模组组件 (3)镶装到组件基座（1-1)安装孔中，并通过凸台（3-1)与组件基座（1-1)安装孔之间的间 隙定位，凸台（3-1)外径与组件基座（1-1)安装孔内径之间的间距为0.5mm。
3. 根据权利要求1所述的分体式半导体激光二极管能量合束装置，其特征在于：所述 组件基座（1-1)中安装孔的三个方向分别设有镶装顶丝（2)的镶装槽，三个镶装槽中相邻 镶装槽中心线之间的夹角为100°。
4. 根据权利要求2或3所述的分体式半导体激光二极管能量合束装置，其特征在于： 所述顶丝（2)接触在的激光模组组件（3)所设凸台（3-1)的前部激光模组组件（3)外壁上。
5. 根据权利要求1所述的分体式半导体激光二极管能量合束装置，其特征在于：所述 激光模组组件（3)由镶装在激光管座上的半导体激光二极管、设在半导体激光二极管外侧 的透镜筒、以及置于半导体激光二极管发光体前端的非球面透镜组成，成为一个激光发射 基本单元。
6. 根据权利要求5所述的分体式半导体激光二极管能量合束装置，其特征在于：所述 激光模组组件（3)使用小功率808nm激光二极管作为光源，激光二极管前设有将激光二极 管的发散光束整形为远场准直光、且50米处激光光斑能够达到10mm以内的非球面透镜。
7. 根据权利要求1所述的分体式半导体激光二极管能量合束装置，其特征在于：所述 PCB驱动线路板（5)采用CN5611型恒流控制芯片，其输入2. 6?3. 3V电源电压，30?800mA 的电流。
8. 根据权利要求1所述的分体式半导体激光二极管能量合束装置，其特征在于：所述 正透镜（8)为焦距60mm，直径27mm的非球面正透镜，其光学有效口径为20mm，能将20mm直 径内同轴向的光束汇聚于60mm交点处。
9. 根据权利要求1所述的分体式半导体激光二极管能量合束装置，其特征在于：所述 安装座（1)由金属铝材料机加工而成。
10. 根据权利要求1所述的分体式半导体激光二极管能量合束装置，其特征在于：所述 顶丝镶装槽中填充有703硅橡胶。
【文档编号】H01S5/40GK104104013SQ201410387104
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】吴彦林 申请人:西安精英光电技术有限公司