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梯度阵列反射镜的调光系统及调光方法

文献发布时间:2023-06-19 16:09:34



技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域,特别涉及一种梯度阵列反射镜的调光系统及调光方法。

背景技术

半导体激光器由于体积小、寿命长、覆盖波长范围广等优点,近年来得到了快速发展。随着激光精密加工、激光显示、生物医疗、激光制版直写成像等一系列应用驱动,激光二极管的功率和波长都得到了很大程度拓展,应用越来越广泛。

激光二极管因制造工艺的差异,不同激光器的PN结发光位置有差异,导致激光光束中经过LD准直透镜准直后出射的角度有明显差异,不同出射角度的光经过会聚透镜耦合进光纤时,会造成耦合效率的差异。

实际应用中,对激光输出功率要求越来越高,而单个激光二极管输出功率有限,常用的方法是采用LD阵列,对这些LD阵列的光束调节需要用到反射镜阵列,反射镜的角度和位置都需要进行调节,现有的做法是用反射镜架调节,容易造成阵列反射中反射镜的相互挡光,且对会聚前的光束指向性没有完全校正,导致最终耦合光纤时光效降低,可靠性不足,产品一致性较差。因此,亟需一种调光系统来解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构精简、调节方便、精度高的梯度阵列反射镜的调光系统。

为了解决上述问题,本发明提供了一种梯度阵列反射镜的调光系统,用于调节梯度阵列反射镜以调节LD阵列的激光光束,所述梯度阵列反射镜中的反射镜与LD阵列中的激光二极管一一对应设置,所述反射镜用于反射所述激光二极管发射的准直激光光束,其包括:

多维调节单元,用于依次调节梯度阵列反射镜中的每个反射镜在三维空间的位置和角度;

成像单元,包括依次设置的圆柱形光阑和分束元件,所述圆柱形光阑用于接收所述反射镜反射的激光光束,所述分束元件用于将从所述圆柱形光阑出射的激光光束分成两束光;

探测单元,包括第一位置敏感探测器、第二位置敏感探测器和系统处理器,所述三维调节单元、第一位置敏感探测器和第二位置敏感探测器均与系统处理器电连接,所述第一位置敏感探测器和第二位置敏感探测器分别用于接收两束光的光斑;所述系统处理器用于根据两束光的光斑位置以及两束光的光程差计算激光光束的指向角度,并通过所述多维调节单元调节反射镜,以调节激光光束的指向角度。

作为本发明的进一步改进,所述激光光束的指向角度通过如下公式计算:

θx=arctan|x2-x1|/d (1)

θy=arctan|y2-y1|/d (2)

其中,d1为所述第一位置敏感探测器到分束元件中心的距离,d2为所述第二位置敏感探测器到分束元件中心的距离,两束光的光程差d=|d2-d1|;(x1,y1)为所述第一位置敏感探测器上光斑的位置,(x2,y2)为所述第二位置敏感探测器上光斑的位置;(θx,θy)为激光光束偏离所述圆柱形光阑中心轴的角度分量,即激光光束的指向角度。

作为本发明的进一步改进,所述多维调节单元包括吸附装置和多维移动装置,所述吸附装置用于将反射镜吸附,所述多维移动装置与吸附装置连接并调节吸附装置在三维空间的位置和角度。

作为本发明的进一步改进,还包括点胶机构,用于在反射镜调节结束后对反射镜进行点胶。

作为本发明的进一步改进,所述点胶机构包括UV点胶器和点胶运动架,所述系统控制器与点胶运动架连接并驱动点胶运动架,所述点胶运动架带动UV点胶器,所述UV点胶器对反射镜进行点胶。

作为本发明的进一步改进,所述点胶机构包括UV灯和UV灯控制器,所述UV灯控制器与UV灯连接并带动UV灯对点胶位置进行光照固化。

作为本发明的进一步改进,还包括反射元件,所述反射元件用于将两束光中的一束光反射至所述第一位置敏感探测器,以使所述第一位置敏感探测器和所述第二位置敏感探测器上接收的光束平行。

作为本发明的进一步改进,所述反射元件为反射镜。

作为本发明的进一步改进,所述分束元件为分束镜。

本发明还提供了一种梯度阵列反射镜的调光方法,应用于上述任一所述的梯度阵列反射镜的调光系统,其包括以下步骤:

S1、设置LD阵列中各个激光二极管的激光光斑在所述第一位置敏感探测器上的位置粗调范围和精调范围,并设置激光光束的指向角度范围;

S2、所述系统处理器通过所述多维调节单元对反射镜的位置和角度进行粗调,使光斑进入所述第一位置敏感探测器的位置粗调范围;

S3、所述系统处理器实时计算激光光束的指向角度,并通过所述多维调节单元对反射镜的位置和角度进行精调,使激光光束的指向角度满足指向角度范围;

S4、所述系统处理器通过所述多维调节单元对反射镜的位置和角度进行精调,使光斑进入所述第一位置敏感探测器的位置精调范围;

S5、重复步骤S2-S4,直至实现对所述梯度阵列反射镜中的所有反射镜的调节。

本发明的有益效果:

本发明梯度阵列反射镜的调光系统通过将激光光束分束,并分别接收两束光的光斑,根据两束光的光斑位置和光程差来计算激光光束的指向角度,进而调节反射镜的位置和角度,对激光光束的指向角度进行调节。本发明结构精简,调节方便,降低了系统的复杂度,可以提高调光效率,提高耦合进光纤的激光光效。

上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例中梯度阵列反射镜的调光系统的示意图;

图2是本发明实施例中梯度阵列反射镜的调光方法的流程图。

标记说明:

1、LD阵列;2、梯度阵列反射镜;3、圆柱形光阑;4、分束元件;5、反射元件;6、第一位置敏感探测器;7、第二位置敏感探测器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示,本发明优选实施例公开了一种梯度阵列反射镜的调光系统,用于调节梯度阵列反射镜2以调节LD阵列1的激光光束,梯度阵列反射镜2中的反射镜与LD阵列1中的激光二极管一一对应设置,反射镜用于反射激光二极管发射的准直激光光束,其包括多维调节单元、成像单元和探测单元。

多维调节单元用于依次调节梯度阵列反射镜2中的每个反射镜在三维空间的位置和角度。

成像单元包括依次设置的圆柱形光阑3和分束元件4,圆柱形光阑3用于接收反射镜反射的激光光束,分束元件4用于将从圆柱形光阑3出射的激光光束分成两束光。

探测单元包括第一位置敏感探测器6、第二位置敏感探测器7和系统处理器,三维调节单元、第一位置敏感探测器6和第二位置敏感探测器7均与系统处理器电连接,第一位置敏感探测器6和第二位置敏感探测器7分别用于接收两束光的光斑;系统处理器用于根据两束光的光斑位置以及两束光的光程差计算激光光束的指向角度,并通过多维调节单元调节反射镜,以调节激光光束的指向角度。

可选地,系统处理器还与存储器连接,通过存储器进行数据存储。

本发明梯度阵列反射镜的调光系统通过将激光光束分束,并分别接收两束光的光斑,根据两束光的光斑位置和光程差来计算激光光束的指向角度,进而调节反射镜的位置和角度,对激光光束的指向角度进行调节。本发明结构精简,调节方便,降低了系统的复杂度,可以提高调光效率,提高耦合进光纤的激光光效。

其中,系统处理器通过如下公式计算激光光束的指向角度:

θx=arctan|x2-x1|/d (1)

θy=arctan|y2-y1|/d (2)

其中,d1为第一位置敏感探测器6到分束元件4中心的距离,d2为所述第二位置敏感探测器7到分束元件4中心的距离,两束光的光程差d=|d2-d1|;(x1,y1)为第一位置敏感探测器6上光斑的位置,(x2,y2)为第二位置敏感探测器7上光斑的位置;(θx,θy)为激光光束偏离圆柱形光阑3中心轴的角度分量,即激光光束的指向角度。

可选地,多维调节单元包括吸附装置和多维移动装置,吸附装置用于将反射镜吸附,多维移动装置与吸附装置连接并调节吸附装置在三维空间的位置和角度,多维移动装置与系统处理器电连接,由系统处理器进行控制。

在一些实施例中,本发明梯度阵列反射镜的调光系统还包括点胶机构,用于在反射镜调节结束后对反射镜进行点胶。可选地,点胶机构包括UV点胶器和点胶运动架,系统控制器与点胶运动架连接并驱动点胶运动架,点胶运动架带动UV点胶器,UV点胶器对反射镜进行点胶,以将反射镜的位置固定,点胶完成后,点胶运动架将UV点胶器移开。

进一步地,点胶机构包括UV灯和UV灯控制器,UV灯控制器与UV灯连接并带动UV灯对点胶位置进行光照固化。

在一些实施例中,本发明梯度阵列反射镜的调光系统还包括反射元件5,反射元件5用于将两束光中的一束光反射至第一位置敏感探测器6,以使第一位置敏感探测器6和第二位置敏感探测器7上接收的光束平行。保证第一位置敏感探测器6和第二位置敏感探测器7的探测面平行,方便计算。

可选地,分束元件4为分束镜,激光光束经过分束镜后部分透射,部分反射,以形成两束光,透射光入射至第二位置敏感探测器7,反射光经过反射元件5反射至第一位置敏感探测器6。

可选地,反射元件5为反射镜,反射镜的反射面与分束镜的分光面平行。进一步地,分束镜的分光面与圆柱形光阑3的中心轴呈45度。

如图2所示,本发明优选实施例还公开了一种梯度阵列反射镜的调光方法,应用于上述任一实施例中的梯度阵列反射镜的调光系统,其包括以下步骤:

S1、设置LD阵列1中各个激光二极管的激光光斑在第一位置敏感探测器6上的位置粗调范围和精调范围,并设置激光光束的指向角度范围;

S2、系统处理器通过多维调节单元对反射镜的位置和角度进行粗调,使光斑进入第一位置敏感探测器6的位置粗调范围;

S3、系统处理器实时计算激光光束的指向角度,并通过所述多维调节单元对反射镜的位置和角度进行精调,使激光光束的指向角度满足指向角度范围;

S4、系统处理器通过多维调节单元对反射镜的位置和角度进行精调,使光斑进入第一位置敏感探测器6的位置精调范围;

S5、重复步骤S2-S4,直至实现对梯度阵列反射镜2中的所有反射镜的调节。

如图1所示,坐标系XYZ中,Z方向为圆柱形光阑3的光轴方向,Y方向为激光二极管的发射方向,X方向垂直于XY面。坐标系X’Y’Z’中,Y’沿反射镜倾斜方向,Z’垂直于反射镜的反射面,X’方向垂直于Y’Z’面。

其中,LD阵列1中的激光二极管沿Z方向排列设置,梯度阵列反射镜2中的反射镜沿Z方向排列,且沿Y方向错开。当调节反射镜的位置时,将反射镜沿Y方向和Z方向进行平移,当调节反射镜的角度时,将反射镜沿着Y’方向Z’轴旋转。

步骤S1还包括:设置Y、Z、θx’、θy’的粗调和精调步长,(θx’、θy’)为激光光束偏离圆柱形光阑3中心轴的角度分量,即激光光束的指向角度。并在调节时,按照设定的步长进行调节。

可选地,本发明梯度阵列反射镜的调光方法还包括以下步骤:

在位置调节完成后,利用UV点胶器对反射镜进行点胶,并利用UV灯对点胶位置进行光照固化;

当达到预设的光照时间后,系统控制器重新点亮激光二极管,并确认激光光束的指向角度是否OK,确认OK后,吸附装置松开,并通过多维移动装置将吸附装置移开,完成调光。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

技术分类

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