一種半導(dǎo)體激光器中微光學(xué)透鏡實(shí)現(xiàn)精密裝調(diào)的在線監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種半導(dǎo)體激光器中微光學(xué)透鏡實(shí)現(xiàn)精密裝調(diào)的在線監(jiān)測裝置及其使用方法的技術(shù)方案，該方案該方法采用CCD作為光斑數(shù)據(jù)采集元件，基于光束分束原理，在微光學(xué)透鏡裝調(diào)過程中，同時(shí)在線監(jiān)測近場和遠(yuǎn)場光斑數(shù)據(jù)，通過近場CCD光斑數(shù)據(jù)變化作為微光學(xué)透鏡旋轉(zhuǎn)軸的最佳空間位置判據(jù)，通過遠(yuǎn)場CCD光斑數(shù)據(jù)變化作為微光學(xué)透鏡位移軸的最佳空間位置判據(jù)，可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器快慢軸光束發(fā)散角和指向性的精密控制。該實(shí)用新型具有系統(tǒng)集成度高、監(jiān)測判據(jù)精密可靠等特點(diǎn)，基于該實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的低發(fā)散角、高指向性的半導(dǎo)體激光器可應(yīng)用在泵浦固體激光器、醫(yī)療及工業(yè)加工等眾多領(lǐng)域。
【專利說明】一種半導(dǎo)體激光器中微光學(xué)透鏡實(shí)現(xiàn)精密裝調(diào)的在線監(jiān)測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及激光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是一種半導(dǎo)體激光器中微光學(xué)透鏡實(shí)現(xiàn)精密裝調(diào)的在線監(jiān)測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，由于半導(dǎo)體激光器具有電光轉(zhuǎn)換效率高、可靠性好、小型化等優(yōu)點(diǎn)，在激光泵浦源和直接應(yīng)用等方面均得到迅速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，特別是作為固體激光器和光纖激光器的泵浦源，推動(dòng)了全固態(tài)激光器的快速發(fā)展。半導(dǎo)體激光器由于本身的非軸對稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致兩個(gè)軸向的發(fā)散角較大且不對稱，嚴(yán)重影響其亮度及光束質(zhì)量，發(fā)散角和指向性的精密控制是半導(dǎo)體激光器走向后端應(yīng)用的先決基礎(chǔ)條件。
[0003]微光學(xué)透鏡(FAC透鏡、SAC透鏡、BTS透鏡等)具有結(jié)構(gòu)小巧、重量輕、準(zhǔn)直耦合效率高等優(yōu)點(diǎn)，是半導(dǎo)體激光器光束實(shí)現(xiàn)高指向精度、低發(fā)散精密準(zhǔn)直的首選器件，但該類器件由于焦距小、尺寸小等特點(diǎn)導(dǎo)致其裝配精度要求很高，一般要求位移軸向?yàn)閬單⒚琢考?、旋轉(zhuǎn)軸向亞毫弧度量級。目前國內(nèi)外針對半導(dǎo)體激光器微光學(xué)透鏡精密裝調(diào)的監(jiān)測系統(tǒng)無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)對微光學(xué)透鏡六軸變化量的在線監(jiān)測，需要在微光學(xué)透鏡裝調(diào)過程中來回切換光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)，且無法準(zhǔn)確監(jiān)測位移軸和旋轉(zhuǎn)軸的相互影響，無法達(dá)到半導(dǎo)體激光器發(fā)散角和指向性的精密控制要求。
[0004]因此半導(dǎo)體激光器中微光學(xué)透鏡精密裝調(diào)的實(shí)時(shí)精確在線監(jiān)測一直是半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)發(fā)散角和指向性精密控制的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的，就是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種半導(dǎo)體激光器中微光學(xué)透鏡實(shí)現(xiàn)精密裝調(diào)的在線監(jiān)測裝置及其使用方法的技術(shù)方案，該方案將微光學(xué)透鏡固定到六軸精密調(diào)節(jié)架上，采用CCD作為光斑數(shù)據(jù)采集元件，基于光束分束原理，在微光學(xué)透鏡精密裝調(diào)過程中，同時(shí)在線監(jiān)測近場和遠(yuǎn)場光斑數(shù)據(jù)，利用近場CCD光斑數(shù)據(jù)變化作為微光學(xué)透鏡旋轉(zhuǎn)軸的最佳空間位置判據(jù)，利用遠(yuǎn)場CCD光斑數(shù)據(jù)變化作為微光學(xué)透鏡位移軸的最佳空間位置判據(jù)，可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器快慢軸光束發(fā)散角和指向性的精密控制。
[0006]本方案是通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種半導(dǎo)體激光器中微光學(xué)透鏡實(shí)現(xiàn)精密裝調(diào)的在線監(jiān)測裝置，包括有半導(dǎo)體激光器、微光學(xué)透鏡、六軸精密調(diào)節(jié)架、近場分光鏡、近場柱面透鏡、近場CCD、近場PC端、遠(yuǎn)場分光鏡、遠(yuǎn)場柱面透鏡、遠(yuǎn)場(XD、遠(yuǎn)場PC端和吸收池；半導(dǎo)體激光器發(fā)射出的激光束的傳輸路徑上依次設(shè)置有微光學(xué)透鏡、近場分光鏡、遠(yuǎn)場分光鏡和吸收池；半導(dǎo)體激光器發(fā)射出的激光束穿過固定在六軸精密調(diào)節(jié)架上的微光學(xué)透鏡后射向近場分光鏡；被近場分光鏡反射后的激光束穿過近場柱面透鏡后射向近場CCD ;近場CCD能將收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇鼒鯬C端；穿過近場分光鏡的激光束射向遠(yuǎn)場分光鏡；被遠(yuǎn)場分光鏡反射后的激光束穿過遠(yuǎn)場柱面透鏡后射向遠(yuǎn)場CCD ;遠(yuǎn)場CCD能將收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)場PC端；穿過遠(yuǎn)場分光鏡的激光束射向吸收池。
[0008]作為本方案的優(yōu)選:近場柱面透鏡的曲率沿半導(dǎo)體激光器的慢軸方向分布；近場分光鏡的透反射比為1:1，射向近場分光鏡的激光束的入射角度為45° ±1°。
[0009]作為本方案的優(yōu)選:遠(yuǎn)場柱面透鏡的曲率沿半導(dǎo)體激光器的快軸方向分布；遠(yuǎn)場分光鏡的透反射比為7:3 ;射向遠(yuǎn)場分光鏡的激光束的入射角度為45° ±1°。
[0010]作為本方案的優(yōu)選:半導(dǎo)體激光器的出光面和近場柱面透鏡間的距離大于近場柱面透鏡焦距的兩倍。
[0011]作為本方案的優(yōu)選:在半導(dǎo)體激光器慢軸方向和半導(dǎo)體激光器快軸方向，近場分光鏡的反射光束質(zhì)心與近場柱面透鏡的幾何中心偏差均不大于±0.1_，近場CCD和近場柱面透鏡的最佳成像距離偏差不大于±lmm。
[0012]作為本方案的優(yōu)選:在半導(dǎo)體激光器慢軸方向和半導(dǎo)體激光器快軸方向，遠(yuǎn)場分光鏡的反射光束質(zhì)心與遠(yuǎn)場柱面透鏡的幾何中心偏差均不大于±0.1mm,遠(yuǎn)場CCD和遠(yuǎn)場柱面透鏡的像方焦點(diǎn)偏差不大于±lmm。
[0013]本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，由于該方案將微光學(xué)透鏡固定到六軸精密調(diào)節(jié)架上，采用CCD作為光斑數(shù)據(jù)采集元件，基于光束分束原理，在微光學(xué)透鏡精密裝調(diào)過程中，同時(shí)在線監(jiān)測近場和遠(yuǎn)場光斑數(shù)據(jù)，利用近場CXD光斑數(shù)據(jù)變化作為微光學(xué)透鏡旋轉(zhuǎn)軸的最佳空間位置判據(jù)，利用遠(yuǎn)場CCD光斑數(shù)據(jù)變化作為微光學(xué)透鏡位移軸的最佳空間位置判據(jù)，可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器快慢軸光束發(fā)散角和指向性的精密控制。
[0014]由此可見，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有系統(tǒng)集成度高、監(jiān)測判據(jù)精密可靠等特點(diǎn)，基于該實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的低發(fā)散角、高指向性的半導(dǎo)體激光器可應(yīng)用在泵浦固體激光器、醫(yī)療及工業(yè)加工等眾多領(lǐng)域，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著地進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中，I為半導(dǎo)體激光器，2為微光學(xué)透鏡,3為六軸精密調(diào)節(jié)架,4為近場分光鏡，5為近場柱面透鏡,6為近場(XD, 7為近場PC端,8為遠(yuǎn)場分光鏡,9為遠(yuǎn)場柱面透鏡，10為遠(yuǎn)場(XD，11為遠(yuǎn)場PC端，12為吸收池。

【具體實(shí)施方式】
[0017]為能清楚說明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過一個(gè)【具體實(shí)施方式】，并結(jié)合其附圖，對本方案進(jìn)行闡述。
[0018]首先設(shè)定坐標(biāo)系:X方向?yàn)榘雽?dǎo)體激光器慢軸方向，Y方向?yàn)榘雽?dǎo)體激光器快軸方向，Z方向?yàn)榘雽?dǎo)體激光器光束出射方向，將微光學(xué)透鏡固定到六軸調(diào)節(jié)架上，用直流電源驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器出光，調(diào)節(jié)六軸調(diào)節(jié)架，對半導(dǎo)體激光器進(jìn)行初步的準(zhǔn)直。
[0019]在初步準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光光束傳輸路徑上放置透反射比為1:1的近場分光鏡，近場分光鏡和入射激光光束的夾角約束在(45± I)。范圍內(nèi)。
[0020]在近場分光鏡反射光束傳輸路徑上放置近場柱面透鏡，近場柱面透鏡和近場分光鏡反射光束的夾角約束在(0±1)°范圍內(nèi)，同時(shí)半導(dǎo)體激光器出光面和近場柱面透鏡的距離要大于近場柱面透鏡焦距的兩倍，在X和Y方向，近場分光鏡的反射光束質(zhì)心與近場柱面透鏡的幾何中心偏差均不大于±0.1mm，近場CCD和近場柱面透鏡的最佳成像距離偏差不大于土 1mm。
[0021]在近場分光鏡透射光束傳輸路徑上放置透反射比為7:3的遠(yuǎn)場分光鏡,遠(yuǎn)場分光鏡和近場分光鏡透射光束的夾角約束在(45± I)。范圍內(nèi)。
[0022]在遠(yuǎn)場分光鏡反射光束傳輸路徑上放置遠(yuǎn)場柱面透鏡，遠(yuǎn)場柱面透鏡和遠(yuǎn)場分光鏡反射光束的夾角約束在(0±1) °范圍內(nèi)，在X和Y方向，遠(yuǎn)場分光鏡的反射光束質(zhì)心與遠(yuǎn)場柱面透鏡的幾何中心偏差均不大于±0.1_，遠(yuǎn)場CXD和遠(yuǎn)場柱面透鏡的像方焦點(diǎn)偏差不大于±1_，同時(shí)將遠(yuǎn)場分光鏡的透射光束導(dǎo)入吸收池。
[0023]采用六軸調(diào)節(jié)架對微光學(xué)透鏡位移軸和旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行精密調(diào)節(jié)，通過近場CCD光斑數(shù)據(jù)變化作為微光學(xué)透鏡旋轉(zhuǎn)軸的最佳空間位置判據(jù)，通過遠(yuǎn)場CCD光斑數(shù)據(jù)變化作為微光學(xué)透鏡位移軸的最佳空間位置判據(jù)，微光學(xué)透鏡的旋轉(zhuǎn)軸最佳位置要求近場CCD中光斑周圍無陰影，最左側(cè)發(fā)光點(diǎn)和最右側(cè)發(fā)光點(diǎn)質(zhì)心Y方向偏差不大于±5 μ m，所有發(fā)光點(diǎn)強(qiáng)度偏差小于±0.1% ;微光學(xué)透鏡的位移軸最佳位置要求遠(yuǎn)場CXD中沿Y方向光斑尺寸達(dá)到最小。
[0024]本實(shí)用新型不僅局限于上述【具體實(shí)施方式】，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型公開的內(nèi)容，可采用其他具體的實(shí)施方式實(shí)施本實(shí)用新型已達(dá)到本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)目的。因此，凡是采用本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和思路，進(jìn)行一點(diǎn)或若干點(diǎn)簡單的變換、更改的設(shè)計(jì)，都落入本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體激光器中微光學(xué)透鏡實(shí)現(xiàn)精密裝調(diào)的在線監(jiān)測裝置，其特征是:包括有半導(dǎo)體激光器、微光學(xué)透鏡、六軸精密調(diào)節(jié)架、近場分光鏡、近場柱面透鏡、近場(XD、近場PC端、遠(yuǎn)場分光鏡、遠(yuǎn)場柱面透鏡、遠(yuǎn)場(XD、遠(yuǎn)場PC端和吸收池；所述半導(dǎo)體激光器發(fā)射出的激光束的傳輸路徑上依次設(shè)置有微光學(xué)透鏡、近場分光鏡、遠(yuǎn)場分光鏡和吸收池；所述半導(dǎo)體激光器發(fā)射出的激光束穿過固定在六軸精密調(diào)節(jié)架上的微光學(xué)透鏡后射向近場分光鏡；所述被近場分光鏡反射后的激光束穿過近場柱面透鏡后射向近場CCD ;所述近場CCD能將收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇鼒鯬C端；所述穿過近場分光鏡的激光束射向遠(yuǎn)場分光鏡；所述被遠(yuǎn)場分光鏡反射后的激光束穿過遠(yuǎn)場柱面透鏡后射向遠(yuǎn)場CCD ;所述遠(yuǎn)場CCD能將收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)場PC端；所述穿過遠(yuǎn)場分光鏡的激光束射向吸收池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體激光器中微光學(xué)透鏡實(shí)現(xiàn)精密裝調(diào)的在線監(jiān)測裝置，其特征是:所述近場柱面透鏡的曲率沿半導(dǎo)體激光器的慢軸方向分布；所述近場分光鏡的透反射比為1:1，射向近場分光鏡的激光束的入射角度為45° ±1°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體激光器中微光學(xué)透鏡實(shí)現(xiàn)精密裝調(diào)的在線監(jiān)測裝置，其特征是:所述遠(yuǎn)場柱面透鏡的曲率沿半導(dǎo)體激光器的快軸方向分布；所述遠(yuǎn)場分光鏡的透反射比為7:3 ;射向遠(yuǎn)場分光鏡的激光束的入射角度為45° ±1°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體激光器中微光學(xué)透鏡實(shí)現(xiàn)精密裝調(diào)的在線監(jiān)測裝置，其特征是:所述半導(dǎo)體激光器的出光面和近場柱面透鏡間的距離大于近場柱面透鏡焦距的兩倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體激光器中微光學(xué)透鏡實(shí)現(xiàn)精密裝調(diào)的在線監(jiān)測裝置，其特征是:在半導(dǎo)體激光器慢軸方向和半導(dǎo)體激光器快軸方向，近場分光鏡的反射光束質(zhì)心與近場柱面透鏡的幾何中心偏差均不大于±0.1_，近場CXD和近場柱面透鏡的最佳成像距離偏差不大于±lmm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體激光器中微光學(xué)透鏡實(shí)現(xiàn)精密裝調(diào)的在線監(jiān)測裝置，其特征是:在半導(dǎo)體激光器慢軸方向和半導(dǎo)體激光器快軸方向，遠(yuǎn)場分光鏡的反射光束質(zhì)心與遠(yuǎn)場柱面透鏡的幾何中心偏差均不大于±0.1_，遠(yuǎn)場CXD和遠(yuǎn)場柱面透鏡的像方焦點(diǎn)偏差不大于±lmm。
【文檔編號】G02B27/62GK204101825SQ201420481418
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】唐淳, 余俊宏, 郭林輝, 呂文強(qiáng), 譚昊, 呂華玲, 高松信, 武德勇 申請人:中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所