專利名稱：激光耦合單元、模塊及激光光源模組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種激光耦合單元、模塊及激光光源模組。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的激光顯示或其他需要高功率激光輸出的場合中，通常采用光纖耦合的半導(dǎo)體激光器作為光源。但是，由于半導(dǎo)體激光器的出射光束快軸方向的發(fā)散角遠(yuǎn)大于慢軸方向的發(fā)散角，光束準(zhǔn)直難度大，故很難得到較高的光纖耦合效率。而單個半導(dǎo)體激光器的輸出光功率較低，因此單獨的半導(dǎo)體激光器不能滿足激光顯示技術(shù)對高功率激光光源 的要求。為此通常采用如下方式克服上述問題。方式一采用將多個獨立的半導(dǎo)體激光光纖耦合模塊的多根輸出光纖在空間上集合成一束，由共同的光纖輸出端輸出的方式，具體如圖I所不，該激光光源模組包括多個激光器I’、多個準(zhǔn)直透鏡2’、多個聚焦透鏡4’、多條光纖5’以及一個集束器5’，其中，多個激光器I’、多個準(zhǔn)直透鏡2’、多個聚焦透鏡4’及多條光纖5’ 一一對應(yīng)，每個激光器I’發(fā)射的光經(jīng)過各自的準(zhǔn)直透鏡2’準(zhǔn)直，再經(jīng)各自聚焦透鏡3’聚焦后，耦合到各自的光纖4’輸入端面中，最后多個激光器I’對應(yīng)的多根光纖4’被集束器5’集束輸出。該激光光源模組中每個激光器I’均對應(yīng)有各自的準(zhǔn)直透鏡2’、各自的聚焦透鏡3’及各自的光纖4’，故耦合過程復(fù)雜，特別是對于高功率輸出，常常需要數(shù)百根光纖合束，使得多根合束光纖加工和安裝十分復(fù)雜；同時由于多根光纖構(gòu)成的輸出端輸出截面很大，輸出亮度受到很難提高，而且使得光源模組的體積大，集成度不高，因此激光的高亮度應(yīng)用方面受到很大限制。方式二采用將半導(dǎo)體激光陣列上的多個發(fā)光點的出射光束準(zhǔn)直后，以整形或空間排布的方式，使平衡光束快慢軸的光學(xué)參數(shù)積后聚焦耦合進(jìn)入光纖。該方式中不但半導(dǎo)體激光陣列成本高昂，而且要求準(zhǔn)直透鏡、快慢軸調(diào)整等器件的精度極高，加之半導(dǎo)體陣列工作時熱流密度高，對散熱要求十分苛刻，因此該方式不適用于顯示等場合應(yīng)用。方式三將多個獨立的半導(dǎo)體激光器光束準(zhǔn)直后，通過空間上組合排列，使組合后的光束經(jīng)整形與輸出光纖光學(xué)參數(shù)積匹配，能夠耦合到一根光纖中輸出。該方式中的每個半導(dǎo)體激光器都需要采用獨立的快軸和慢軸準(zhǔn)直透鏡，在組合時通常采用復(fù)雜的階梯鏡結(jié)構(gòu)，不但導(dǎo)致元件使用多，裝配工藝復(fù)雜，而且由于各發(fā)光光束間距大，很難實現(xiàn)更多的半導(dǎo)體激光器組合，一般小于十個，使得耦合輸出功率受到限制。

實用新型內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實用新型實施例提供了一種激光耦合單元、模塊及激光光源模組，能夠?qū)崿F(xiàn)高亮度、高功率的激光輸出，而且能夠面向顯示等應(yīng)用。所述技術(shù)方案如下[0010]一種激光耦合單元，包括順次設(shè)置的多個激光器、多個準(zhǔn)直透鏡、一個光束折轉(zhuǎn)元件、一個聚焦透鏡組及一根光纖，所述多個激光器與所述多個準(zhǔn)直透鏡相匹配，所述多個激光器共用所述一個聚焦透鏡組和所述一根光纖，所述多個激光器按照排列方式分為N個激光器和M個激光器，其中，所述N個激光器發(fā)射出的激光通過各自的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直，經(jīng)所述一個聚焦透鏡組聚焦，耦合進(jìn)所述一根光纖輸出；所述M個激光器發(fā)射出的激光通過各自的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直，經(jīng)所述一個光束折轉(zhuǎn)元件折轉(zhuǎn)，再經(jīng)所述一個聚焦透鏡組聚焦，耦合進(jìn)所述一根光纖輸出。具體地，作為優(yōu)選，所述光束折轉(zhuǎn)元件為光束折轉(zhuǎn)棱鏡或反射鏡組。具體地，所述多個激光器發(fā)射的光均為紅光或藍(lán)光。具體地，所述多個激光器均采用TO封裝、C封裝或F型封裝。具體地，所述激光耦合單元安裝時為垂直安裝或水平安裝。具體地，作為優(yōu)選，所述N個激光器為三個激光器，所述M個激光器為三個激光器。本實用新型實施例還提供了一種激光耦合模塊，所述模塊包括所述的激光耦合單兀，所述激光稱合單兀為多個，多個激光稱合單兀輸出的光波長相同或者不同。本實用新型實施例還提供了一種激光光源模組，所述模組包括所述的激光耦合模塊，綠光激光器和電源板；所述激光稱合模塊輸出的光包括紅光和藍(lán)光；所述綠光激光器發(fā)射綠光；所述電源板為所述激光耦合模塊和所述綠光激光器供電。本實用新型實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型實施例采用多個獨立的激光器，并經(jīng)各自的準(zhǔn)直透鏡整形出射光束，其中部分激光器經(jīng)光束折轉(zhuǎn)元件減小激光器之間的發(fā)光間隙，而后通過聚集透鏡組將組合光束聚焦，耦合到單根光纖內(nèi)傳輸，從而實現(xiàn)高亮度、高功率的激光輸出，故此特別適合面向顯示、加工處理方面、泵浦固體激光器方面以及醫(yī)療應(yīng)用等方面。此外，本實用新型實施例提供的激光耦合單元由于光束組合簡單使結(jié)構(gòu)緊湊，每個激光器只需一個準(zhǔn)直透鏡，且無復(fù)雜光束整形器件，故成本低廉。

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是現(xiàn)有技術(shù)提供的激光光源模組的結(jié)構(gòu)示意圖；圖I中各符號表示含義如下1’激光器，2’準(zhǔn)直透鏡，3’聚焦透鏡，4’光纖，5’集束器；圖2是本實用新型實施例提供的激光耦合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型實施例提供的激光耦合模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型實施例提供的激光光源模組集成示意圖。圖2-圖4中各符號表示含義如下[0029]I激光器，IA N個激光器，IBM個激光器，2準(zhǔn)直透鏡，3光束折轉(zhuǎn)元件，4聚焦透鏡組，5 光纖，IOA紅光激光稱合單兀，IOB藍(lán)光激光稱合單兀，100激光耦合模塊，100A雙波長的激光耦合模塊，20綠光激光器，30電源板，40散熱板，1000激光光源模組。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。如圖2所示，本實用新型實施例提供的一種激光耦合單元，包括順次設(shè)置的多個激光器I、多個準(zhǔn)直透鏡2、一個光束折轉(zhuǎn)元件3、一個聚焦透鏡組4及一根光纖5，所述多個激光器I與所述多個準(zhǔn)直透鏡2相匹配，所述多個激光器I共用所述一個聚焦透鏡組4和所述一根光纖5，所述多個激光器I按照激光經(jīng)過的路徑分為N個激光器IA和M個激光器1B，其中，所述N個激光器IA發(fā)射出的激光通過各自的準(zhǔn)直透鏡2準(zhǔn)直，經(jīng)所述一個聚焦透鏡組4聚焦，耦合進(jìn)所述一根光纖5輸出；所述M個激光器IB發(fā)射出的激光通過各自的準(zhǔn)直透鏡2準(zhǔn)直，經(jīng)所述一個光束折轉(zhuǎn)元件3折轉(zhuǎn)，再經(jīng)所述一個聚焦透鏡組4聚焦，耦合進(jìn)所述一根光纖5輸出。如圖2所示，本實用新型實施例所述多個激光器I中的N個激光器IA發(fā)射的激光通過各自的準(zhǔn)直透鏡2準(zhǔn)直后直接進(jìn)入聚焦透鏡組4，其余M個激光器IB發(fā)射的激光通過各自的準(zhǔn)直透鏡2準(zhǔn)直后入射到光束折轉(zhuǎn)元件3上，通過光束折轉(zhuǎn)元件3將M個激光器IB發(fā)射的激光發(fā)射方向折轉(zhuǎn)后進(jìn)入聚焦透鏡組4，聚焦透鏡組4將入射到其上的所有激光束聚焦，聚焦后的激光束通過光纖5輸出。其中，由于各個激光器I發(fā)出的光束是平行的，在排布時多個激光器I間具有一定的距離，因此多個光束之間也存在一定的距離，M個激光器IB發(fā)射的激光通過各自的準(zhǔn)直透鏡2準(zhǔn)直后入射到光束折轉(zhuǎn)元件3上，通過光束折轉(zhuǎn)元件3將M個激光器IB的光束折轉(zhuǎn)后,使得多個激光器I間的發(fā)光間隙大大減小,能夠使多個激光器同時耦合進(jìn)光纖的孔徑內(nèi)，進(jìn)而實現(xiàn)高亮度、高功率的激光輸出，故此特別適合面向顯示、加工處理方面、泵浦固體激光器方面以及醫(yī)療應(yīng)用等方面。此外，本實用新型實施例提供的激光耦合單元由于光束組合簡單使結(jié)構(gòu)緊湊，每個激光器I只需一個準(zhǔn)直透鏡2，且無復(fù)雜光束整形器件，故成本低廉。具體地，所述光束折轉(zhuǎn)元件3可以是光束折轉(zhuǎn)棱鏡，還可以是反射鏡組。具體地，所述多個激光器I發(fā)射的光均為紅光或藍(lán)光。當(dāng)然本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，所述多個激光器I發(fā)射的光還可以是其它波長的光。[0046]具體地，所述多個激光器I均采用TO封裝、C封裝或F型封裝。具體地，安裝所述激光耦合單元時可以垂直安裝，也可以水平安裝。參見圖2所示，所謂垂直安裝是指激光耦合單元中各個元件按照順序垂直的安裝在底板上，即以從上到下的順序依次安裝一根光纖5、一個聚焦透鏡組4、一個光束折轉(zhuǎn)元件3、多個準(zhǔn)直透鏡2及多個激光器I。所謂水平安裝是指激光耦合單元中各個元件按照順序水平的安裝在底板上，如圖2所示即為水平安裝的激光耦合單元。具體地，作為優(yōu)選，本實用新型實施例中光纖5的芯徑為400 μ m、光纖5的數(shù)值孔
徑為O. 22。其中，由于入射到光纖5端面的光并不能全部被光纖5所傳輸，只是在某個角度范圍內(nèi)的入射光才可以，而這個角度a的正弦值就稱為光纖5的“數(shù)值孔徑”(NA = sina)。更具體地，為了使激光器I的發(fā)出的激光束均能耦合進(jìn)芯徑為400 μ m、光纖5的數(shù)值孔徑為O. 22的光纖5中，所述N個激光器IA優(yōu)選為三個激光器，所述M個激光器IB優(yōu)選為三個激光器。當(dāng)然本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本實用新型實施例中M和N的取值可以是任意的，只要使得該多個激光器I發(fā)出的光最終能夠耦合進(jìn)對應(yīng)的光纖5中即可。當(dāng)然本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，激光器排列的最佳狀態(tài)為多個激光器之間的排列間隙均勻。由于單根光纖輸出的激光功率有限，無法滿足需要大功率輸出、或者在某些需要系統(tǒng)集成度高、體積小的場合，本實施例將所述激光耦合單元與多光纖集束耦合技術(shù)結(jié)合，以解決上述問題。參見圖3所示，本實用新型實施例還提供的一種激光耦合模塊100，所述模塊包括上述激光耦合單元(參見圖2)，所述激光耦合單元(參見圖2)為多個，多個激光耦合單元(參見圖2)輸出的光波長可以相同，也可以不相同。其中，所述激光耦合單元與圖2中所示激光耦合單元結(jié)構(gòu)相同，本實施例針對該激光耦合單元結(jié)構(gòu)不再贅述。參見圖3，具體地，在需要單波長的場景，激光耦合模塊由多個單波長的激光耦合單元組成，也就是說多個激光耦合單元輸出的光波長相同；在需要多波長的場景，激光耦合模塊由至少兩個波長的激光耦合單元組成，也就是說多個激光耦合單元中至少有兩個激光率禹合單兀輸出的光波長不同。具體地，如圖3所示，本實施例中，激光耦合模塊由兩種波長的激光耦合單元組成(也稱為雙波長的激光耦合模塊)，具體包括兩個紅光激光耦合單元IOA和一個藍(lán)光激光耦合單元10B，其中，兩個紅光激光耦合單元IOA中的紅光激光器與一個藍(lán)光激光耦合單元IOB中的藍(lán)光激光器安裝在同一塊熱沉板上，即紅光激光耦合單元IOA與藍(lán)光激光耦合單元IOB呈一體化設(shè)計，通過熱沉板冷卻，在熱沉板上與其它元件貼合的面上加入絕熱層，降低熱負(fù)載。圖3所示的激光耦合模塊由圖2所示的激光耦合單元集合而成，由于圖2所示的激光耦合單元采用多個獨立的激光器，并經(jīng)各自的準(zhǔn)直透鏡2整形出射光束，其中部分激光器經(jīng)光束折轉(zhuǎn)元件3減小激光器之間的發(fā)光間隙，而后通過聚集透鏡組將組合光束聚焦，耦合到單根光纖內(nèi)傳輸，從而實現(xiàn)高亮度、高功率的激光輸出；且所述激光耦合單元光束組合簡單，采用單準(zhǔn)直透鏡2和無復(fù)雜光束整形器件，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，將上述多個激光耦合單元組合作為一個激光耦合模塊應(yīng)用時，不僅能夠獲得大功率激光輸出，同時也使得系統(tǒng)集成度增加、體積減小，成本降低，同時解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用多根光纖和一根光纖所帶來的缺陷，實用價值很高。本實用新型實施例還提供了一種激光光源模組1000，包括所述的激光耦合模塊，綠光激光器，及電源板30,所述激光稱合模塊輸出的光包括紅光和藍(lán)光；所述綠光激光器發(fā)射綠光；所述電源板為所述激光耦合模塊和所述綠光激光器供電。其中，所述激光耦合模塊與圖3中所述激光耦合模塊100結(jié)構(gòu)相同，本實施例針對該激光耦合模塊結(jié)構(gòu)不再贅述。具體地，如圖4所示，本實用新型實施例提供的激光光源模組1000包括雙波長的激光耦合模塊100A及綠光激光器20，其中，綠光激光器20設(shè)置于雙波長的激光耦合模塊100A旁邊，電源板30設(shè)置在激光耦合模塊100A與綠光激光器20旁邊，為激光耦合模塊100A和綠光激光器20共同供電。圖4整體所示為多個激光光源模組1000集成在一起，多個激光光源模組1000共用一個散熱板40，本實施例以十五個激光光源模組集成在一起為例進(jìn)行說明。由于圖3所示的激光耦合模塊100中的激光耦合單元采用多個獨立的激光器，并經(jīng)各自的準(zhǔn)直透鏡2整形出射光束，其中部分激光器經(jīng)光束折轉(zhuǎn)元件3減小激光器之間的發(fā)光間隙，而后通過聚集透鏡組將組合光束聚焦，耦合到單根光纖內(nèi)傳輸，從而實現(xiàn)高亮度、高功率的激光輸出，故此特別適合面向顯示、加工處理方面、泵浦固體激光器方面以及醫(yī)療應(yīng)用等方面。此外，由于激光耦合單元由于光束組合簡單使結(jié)構(gòu)緊湊，每個激光器只需一個準(zhǔn)直透鏡2，且無復(fù)雜光束整形器件，故成本低廉。由于激光耦合單元的上述優(yōu)點，將該激光耦合單元集合成激光耦合模塊，進(jìn)而將激光耦合模塊集合成激光光源模組時，該激光光源模組的整體體積大幅縮小。具體的，當(dāng)激光耦合單元中N和M均為3時，該激光光源模組的整體體積為600*500*300mm，較同類產(chǎn)品大幅減小；并且激光光源模組可以與投影機一體安裝，解決了原有長光纖(20-30m)高成本、可靠性差，以及損耗高的問題。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種激光耦合單元，其特征在于，包括順次設(shè)置的多個激光器、多個準(zhǔn)直透鏡、ー個光束折轉(zhuǎn)元件、一個聚焦透鏡組及一根光纖，所述多個激光器與所述多個準(zhǔn)直透鏡相匹配，所述多個激光器共用所述ー個聚焦透鏡組和所述ー根光纖，所述多個激光器按照排列方式分為N個激光器和M個激光器，其中，所述N個激光器發(fā)射出的激光通過各自的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直，經(jīng)所述一個聚焦透鏡組聚焦，耦合進(jìn)所述ー根光纖輸出；所述M個激光器發(fā)射出的激光通過各自的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直，經(jīng)所述ー個光束折轉(zhuǎn)元件折轉(zhuǎn)，再經(jīng)所述一個聚焦透鏡組聚焦，耦合進(jìn)所述ー根光纖輸出。
2.如權(quán)利要求I所述的激光耦合單元，其特征在于，所述光束折轉(zhuǎn)元件為光束折轉(zhuǎn)棱鏡或者反射鏡組。
3.如權(quán)利要求I所述的激光耦合單元，其特征在于，所述多個激光器發(fā)射的光均為紅光或藍(lán)光。
4.如權(quán)利要求I所述的激光耦合單元，其特征在于，所述多個激光器均采用TO封裝、C封裝或F型封裝。
5.如權(quán)利要求I所述的激光耦合單元，其特征在于，所述激光耦合單元安裝時為垂直安裝或水平安裝。
6.如權(quán)利要求I所述的激光耦合單元，其特征在于，所述N個激光器為三個激光器，所述M個激光器為三個激光器。
7.—種激光稱合模塊,其特征在于,所述模塊包括權(quán)利要求1-6任一項權(quán)利要求所述的激光耦合単元，所述激光耦合單元為多個，多個激光耦合單元輸出的光波長相同或者不同。
8.一種激光光源模組，其特征在于，所述模組包括權(quán)利要求7所述的激光耦合模塊，綠光激光器和電源板； 所述激光耦合模塊輸出的光包括紅光和藍(lán)光； 所述綠光激光器發(fā)射綠光； 所述電源板為所述激光耦合模塊和所述綠光激光器供電。
專利摘要本實用新型公開了激光耦合單元、模塊及激光光源模組，屬于光學(xué)領(lǐng)域。所述單元包括順次設(shè)置的多個激光器、多個準(zhǔn)直透鏡、一個光束折轉(zhuǎn)元件、一個聚焦透鏡組及一根光纖，多個激光器按照排列方式分為N個激光器和M個激光器，N個激光器發(fā)射出的激光通過各自的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直，經(jīng)一個聚焦透鏡組聚焦，耦合進(jìn)一根光纖輸出；M個激光器發(fā)射出的激光通過各自的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直，經(jīng)一個光束折轉(zhuǎn)元件折轉(zhuǎn)，再經(jīng)一個聚焦透鏡組聚焦，耦合進(jìn)一根光纖輸出。所述模組包括激光耦合模組。本實用新型實施例實現(xiàn)高亮度、高功率的激光輸出，故此特別適合面向顯示等應(yīng)用，此外，本實用新型實施例提供的激光耦合單元還具有成本低廉的優(yōu)點。
文檔編號G02B27/09GK202649601SQ20122022363
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者房濤, 成華, 畢勇, 熊鷹, 李光明, 王戈 申請人:北京中視中科光電技術(shù)有限公司