专利名称：激光二极管阵列矩阵的光学传输装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光光学领域，尤其涉及一种激光二极管阵列矩阵的光学传输装置。
背景技术：
激光按工作物质分类，可划分为:气体激光、染料激光、固体激光、半导体激光、光纤激光等。激光二极管具有体积小、重量轻、效率高、寿命长和可直接调制等许多特点，越来越受到科研工作者和终端使用者的青睐。激光二极管在某些应用领域，如激光熔覆、激光淬火、激光硬化等，可以直接应用其光源，同时，直接以激光二极管为光源的加工设备也逐步增加。在固体激光泵浦源方面，以激光二极管为泵浦源的固体激光正逐步取代以传统氙灯为泵浦源的固体激光。由于实际应用对激光功率要求的提高，单管的激光二极管已无法满足应用要求；激光二极管阵列(array)或激光二极管堆栈(stack)则成了最终选择。激光二极管堆栈由于成本高、整形耦合技术相对困难等因素，在实际应用上较少采用。激光二极管阵列则由于成本低廉、整形技术成熟等因素而受到广泛使用。激光二极管阵列一般由8-20个激光二极管发射单元排成一排组成。单管的激光二极管光束存在很大的非对称性，具有很大的像散。其发光面积一般为lX50iim2—I X 400 iim2，其快轴全角发散角一般在40°左右，慢轴全角发散角在10°左右。激光二极管阵列的发光面积一般为I U mX Icm (或以上)，为达到使用要求，必须对激光二极管阵列进行光束整形，即借助微光学元件对激光二极管阵列的光束进行分割、旋转、重排。到目前为止，已出现多种对激光二极管阵列进行光束整形的技术及相应的专利，如:光纤转换器整形、渐变折射率透镜阵列整形、多棱镜阵列整形、双反射镜整形、阶梯反射镜整形、45度倾斜柱透镜阵列旋转整形、棱镜组折反射光束整形等技术。在现有的对激光二极管阵列矩阵进行空间耦合的技术中，大多采用激光二极管阵列阶梯分布技术，即将激光二极管阵列分布在阶梯状的底板上，然后对每个激光二极管阵列进行光束整形，最后用聚焦镜耦合聚焦。该技术虽然结构简单，但仍然存在结构不紧凑、空间耦合不均匀的缺点。因此，改进现在激光二极管阵列矩阵的结构及空间耦合技术是目前需要解决的问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种激光二极管阵列矩阵的光学传输装置，该装置具有结构紧凑、耦合效率高等优点。为了达到上述目的，本实用新型提供了一种激光二极管阵列矩阵的光学传输装置，包括:激光二极管阵列模块矩阵，由若干个激光二极管阵列模块在水平面上排列成矩阵形式；反射镜矩阵，与激光二极管阵列模块矩阵对应，放置于每个激光二极管阵列模块的传输光路上，用于反射该模块所发出的激光束；公共反射镜组，包含数量与激光二极管阵列模块矩阵的行数相同的公共反射镜，分布在不同的列上，分别反射每行激光二极管阵列模块经对应反射镜反射后的激光束；聚焦镜，用于接收经公共反射镜组反射后的激光束；传输光纤，用于接收经聚焦镜耦合后的激光束。优选地，所述激光二极管阵列模块包括激光二极管阵列、快轴准直器以及慢轴准直器。优选地，所述反射镜矩阵在矩阵的行方向上高度一致，并上仰相同的角度，上仰的角度在1-3度之间。优选地，反射镜矩阵中反射镜与入射光呈45度角放置，所述反射镜的入射面上均镀有对激光二极管波长45度入射高反的介质膜。优选地，所述公共反射镜均下俯相同的角度，下俯的角度在1-4度之间。优选地，每个公共反射镜与入射光呈45度角放置，所述公共反射镜的入射面上均镀有对激光二极管波长45度入射高反的介质膜。优选地，所述聚焦镜的入射面和出光面镀有对激光二极管波长高透的介质膜。
优选地，所述传输光纤为阶跃光纤，光纤芯径为0.6毫米。本实用新型提供了一种激光二极管阵列矩阵的光学传输装置，该装置包括激光二极管阵列模块矩阵、反射镜矩阵、公共反射镜组、聚焦镜和传输光纤，通过对激光二极管阵列的光束整形和传输，可以将激光二极管阵列矩阵发出的光束耦合进传输光纤。该光学装置具有结构紧凑、耦合效率高等优点。
图1是依照本实用新型一个实施例，激光二极管阵列矩阵的光学传输装置的示意图。图2是图1中激光二极管阵列模块的示意图。图3是图1中反射镜上仰一定角度反射激光束的示意图。图4是图1中公共反射镜下俯一定角度反射激光束的示意图。图5是图1中激光二极管阵列激光入射到聚焦镜上的光斑分布示意图。图标说明:I激光二极管阵列模块矩阵 11激光二极管阵列模块111激光二极管阵列112快轴准直器113慢轴准直器2反射镜矩阵22反射镜3公共反射镜组33公共反射镜4聚焦镜5传输光纤图1 和图 5 中，Al、A2、Ag、An-1、An ;D1、D2、Dg、Dn_l、Dn ;G1、G2、Gg、Gn_l、Gn 分
别为激光二极管阵列模块矩阵上激光二极管阵列模块相应的光斑的编号。
具体实施方式
为了让本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。图1是依照本实用新型一个实施例，激光二极管阵列矩阵的光学传输装置的示意图。该装置包括激光二极管阵列模块矩阵1、反射镜矩阵2、公共反射镜组3、聚焦镜4和传输光纤5。其中，激光二极管阵列模块矩阵I由激光二极管阵列模块11在水平面上排列成矩阵形式。在本实用新型中，激光二极管阵列模块矩阵I在行方向上由Al…Ag…An共n个，在列方向上由Al…Dl…Gl共g个激光二极管阵列模块11组成，即，激光二极管阵列模块矩阵I的矩阵为gXn (行X列)，每行的激光二极管阵列模块11均排成直线一行。每个激光二极管阵列模块11都包括相同的激光二极管阵列111、快轴准直器112以及慢轴准直器113。激光二极管阵列111经快轴准直器112、慢轴准直器113准直后，其激光束可以认为是水平准直的。反射镜矩阵2与激光二极管阵列模块矩阵I对应，在每个激光二极管阵列模块11的传输光路上一一放置一个反射镜22，用于反射激光束。每个反射镜22与入射光的方向均成45度，激光入射面上均镀有对激光二极管波长45度入射高反的介质膜。在行方向上，各反射镜22排成高度一致的一行，每个反射镜22均上仰相同的角度，如1-3度，反射镜22上仰的角度满足激光束经反射镜22反射后不会入射到位于其前面的反射镜22，且反射光束离其前面的反射镜22顶部的距离在0.1-0.2毫米之间。这样，每行的激光二极管阵列模块11经反射镜22反射后叠加成一束竖直的、水平准直的“板条激光束”。公共反射镜组3由多个公共反射镜33组成，其数量与激光二极管阵列模块矩阵I的行数相同，分布在不同的列上，分别反射每行激光二极管阵列模块11经对应反射镜22反射后的激光，即，反射 上述的竖直的、水平准直的“板条激光束”。每个公共反射镜33与入射的“板条激光束”成45度角放置，入射面上均镀有对激光二极管波长45度入射高反的介质膜。每个公共反射镜33均下俯相同的角度，如1-4度，使上述的“板条激光束”经公共反射镜33反射后，水平入射到聚焦镜4上。通过选择反射面积比较小的公共反射镜33，并且紧凑公共反射镜33在行方向上的距离，保证反射后的激光束不会入射到前面的公共反射镜33上且离前面的公共反射镜33侧边的距离在0.1-0.2毫米之间。每个激光二极管阵列模块11经反射镜22和公共反射镜33反射后水平入射到聚焦镜4上，由聚焦镜4耦合聚焦进入传输光纤5。聚焦镜4的入射面和出光面镀有对激光二极管波长高透的介质膜，传输光纤5为阶跃光纤。图2是图1中激光二极管阵列模块的示意图。激光二极管阵列模块11包括激光二极管阵列111、快轴准直器112、慢轴准直器113。激光二极管阵列111的激光光束存在很大的非对称性，具有很大的像散，为达到空间传输、耦合的目的，必须对激光二极管阵列111进行空间整形。激光二极管阵列111的空间整形一般采用微光学器件。在本实用新型中，为了达到体积紧凑的目的，快轴准直器112选用快轴准直微透镜，慢轴准直器113选用慢轴准直微透镜。值得注意的，图中的快轴准直器112和慢轴准直器113并非就是本实用新型中器件的原形。比如，快轴准直微透镜可以选择D形微透镜，也可以选择O形微透镜，或其它形状的微透镜；同理，慢轴准直微透镜也有不同形状的微透镜。激光二极管阵列111经快轴准直器112后，其快轴方向的光束被准直压缩，而慢轴方向的光束继续发散；经慢轴准直器113后，其慢轴方向的光束被准直压缩，而快轴方向仍然是被准直压缩的。激光二极管阵列111经快轴准直器112、慢轴准直器113的空间整形后，其激光光束理论上可认为是水平准直的激光束，有利于激光束的空间传输。图3是图1中反射镜矩阵中反射镜上仰一定角度反射激光束的示意图。激光二极管阵列111经快轴准直器112、慢轴准直器113空间整形后，其激光光束理论上可认为是水平准直的激光束。该激光束入射到反射镜22上，如果反射镜22是垂直水平面的，则激光束被空间转向90度，沿水平方向(图中为虚线)传递。在本实用新型中，反射镜22上仰一定的角度，则激光束沿与水平方向成一定的正角度的方向(图中为实线)传递。反射镜22所上仰的角度必须能够保证所反射的激光束不会入射到位于其前面的反射镜22，且反射光束离其前面的反射镜22顶部的距离在0.1-0.2毫米之间。在本实用新型中，反射镜22的高度不宜过高，以免反射镜22需要上仰太高的角度才能“不干涉”地通过其前面的反射镜22。图4是图1中公共反射镜下俯一定角度反射激光束的示意图。激光二极管阵列111的激光经快轴准直器112、慢轴准直器113空间整形后，水平入射到反射镜22上，而后以与水平方向成一定正角度的方向传输激光束，然后以与水平方向成一定负角度的方向入射到公共反射镜33上。如果公共反射镜33是垂直水平面的，则激光束是以与水平方向成一定正角度的方向(图中为实线)被反射的。在本实用新型中，由于要求入射到聚焦镜4的激光束必须是水平垂直入射(图中为虚线)的，为达到此要求必须下俯公共反射镜33—定的角度。为节省空间，可以选择反射面积比较小的公共反射镜33，并且紧凑公共反射镜33在行方向上的距离，但必须保证反射后的激光束不会入射到前面的公共反射镜33上且离前面的公共反射镜33侧边的距离在0.1-0.2毫米之间。图5是图1中激光二极管阵列激光入射到聚焦镜上的光斑分布示意图。激光二极管阵列111的激光经快轴准直器112、慢轴准直器113空间整形后，水平入射到反射镜22上，经反射镜22和公共反射镜33空间转向后，水平入射到聚焦镜4上。此时，激光二极管阵列模块矩阵I在行方向上的激光二极管阵列模块A1、A2" Ag…An-UAn所发射的激光分别入射到聚焦镜4在垂直方向的位置上，形成“板条激光束”，具体位置如图5所示，其它行的激光二极管阵列模块11所发射的激光入射到聚焦镜4的位置依此类推。由于，激光二极管阵列111的激光经快轴准直器112、慢轴准直器113空间整形后，其激光束可看成理论上的水平准直光；再加上该水平准直光被反射镜22和公共反射镜33反射后是水平垂直入射到聚焦镜4上的，激光二极管阵列模块矩阵I所发射的各束激光入射到聚焦镜4后，可以汇总成一束大的水平准直光束。这束大的水平准直光束是很容易被聚焦镜4耦合进入传输光纤5里的。本实用新型提供了一种激光二极管阵列矩阵的光学传输装置，该装置包括激光二极管阵列模块矩阵、反射镜矩阵、公共反射镜组、聚焦镜和传输光纤，通过对激光二极管阵列的光束整形和传输，可以将激光二极管阵列矩阵发出的光束耦合进传输光纤。该光学装置具有结构紧凑、耦合效率高等优点。可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术构思做出其他各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本实用新型权利要求的保护范围。
权利要求1.一种激光二极管阵列矩阵的光学传输装置，其特征在于，包括: 激光二极管阵列模块矩阵，由若干个激光二极管阵列模块在水平面上排列成矩阵形式； 反射镜矩阵，与激光二极管阵列模块矩阵对应，放置于每个激光二极管阵列模块的传输光路上，用于反射该模块所发出的激光束； 公共反射镜组，包含数量与激光二极管阵列模块矩阵的行数相同的公共反射镜，分布在不同的列上，分别反射每行激光二极管阵列模块经对应反射镜反射后的激光束； 聚焦镜，用于接收经公共反射镜组反射后的激光束； 传输光纤，用于接收经聚焦镜耦合后的激光束。
2.根据权利要求1所述的激光二极管阵列矩阵的光学传输装置，其特征在于，所述激光二极管阵列模块包括激光二极管阵列、快轴准直器以及慢轴准直器。
3.根据权利要求1所述的激光二极管阵列矩阵的光学传输装置，其特征在于，反射镜矩阵中反射镜与入射光呈45度角放置，所述反射镜的入射面上均镀有对激光二极管波长45度入射高反的介质膜。
4.根据权利要求3所述的激光二极管阵列矩阵的光学传输装置，其特征在于，所述反射镜矩阵在矩阵行的方向上高度一致，并上仰相同的角度，上仰的角度在1-3度之间。
5.根据权利要求1所述的激光二极管阵列矩阵的光学传输装置，其特征在于，每个公共反射镜与入射光呈45度角放置，所述公共反射镜的入射面上均镀有对激光二极管波长45度入射高反的介质膜。
6.根据权利要求5所述的激光二极管阵列矩阵的光学传输装置，其特征在于，所述公共反射镜均下俯相同的角度，下俯的角度在1-4度之间。
7.根据权利要求1所述的激光二极管阵列矩阵的光学传输装置，其特征在于，所述聚焦镜的入射面和出光面镀有对激光二极管波长高透的介质膜。
8.根据权利要求1所述的激光二极管阵列矩阵的光学传输装置，其特征在于，所述传输光纤为阶跃光纤，光纤芯径为0.6毫米。
专利摘要本实用新型提供了一种激光二极管阵列矩阵的光学传输装置，该装置包括激光二极管阵列模块矩阵、反射镜矩阵、公共反射镜组、聚焦镜和传输光纤，通过对激光二极管阵列的光束整形和传输，可以将激光二极管阵列矩阵发出的光束耦合进传输光纤。该光学装置具有结构紧凑、耦合效率高等优点。
文档编号G02B6/42GK203069838SQ20132008728
公开日2013年7月17日 申请日期2013年2月26日 优先权日2013年2月26日
发明者余勤跃, 扈金富 申请人:温州泛波激光有限公司