一种激光器的光斑整形结构、制备方法和半导体激光器与流程

1.本发明属于激光器技术领域，特别涉及一种激光器的光斑整形结构、制备方法和半导体激光器。


背景技术：

2.目前，市场上光纤耦合的半导体激光器，其输出光斑受光纤纤芯的芯径、光纤长度、弯曲曲率、特殊光纤结构的影响，容易出现激光光束强度呈现类似高斯函数的不均匀光场的空间分布，即出现光斑不均匀现象，产生输出光斑带有暗环、空心、螺旋等不同形式的问题。这种光斑不均现象会导致半导体激光器输出光束质量变差，影响客户端实际应用，而且不均匀的光强分布在激光医疗、3d成像、激光照明、激光热处理等领域还会带来温度场不均匀、局域过烧等系列危害，使得终端客户的使用受到不同程度的限制。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明公开了一种激光器的光斑整形结构、制备方法和半导体激光器，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.本发明一方面提供一种激光器的光斑整形结构，所述光斑整形结构包括多模光纤，所述多模光纤上设有至少一个整形单元；
6.所述整形单元包括支撑条和捆丝，所述支撑条沿所述多模光纤的长度方向设置，所述捆丝捆绑缠绕在所述多模光纤和所述支撑条的外侧，使所述多模光纤发生弯曲。
7.进一步地，所述多模光纤上设有多个所述整形单元，多个所述整形单元沿所述多模光纤的长度方向设置，并且至少两个所述整形单元中的所述捆丝的丝径不同。
8.进一步地，所述捆丝呈螺旋形缠绕在所述支撑条和所述多模光纤的外侧，且所述螺旋形中的每匝之间间隔设置。
9.进一步地，所述螺旋形中每匝之间的间隔距离不等。
10.进一步地，所述支撑条为空心管状结构，且所述空心管状结构呈s型弯折，所述多模光纤穿过所述空心管状结构，并通过所述捆丝缠绕实现与所述空心管状结构固定连接。
11.进一步地，所述支撑条上设有多个沿所述支撑条的长度方向设置的通孔，所述多模光纤呈s型依次穿过多个所述通孔，并通过所述捆丝缠绕实现与所述支撑条固定连接。
12.进一步地，多个所述通孔间的间隔距离不等。
13.进一步地，所述多模光纤、所述支撑条和所述捆丝之间通过光学胶水固定。
14.本发明另一方面公开一种如上述所述的激光器的光斑整形结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
15.在所述多模光纤上选取设置所述整形单元的区段，将所述支撑条沿该区段的所述多模光纤的长度方向设置；
16.将所述捆丝捆绑缠绕在所述多模光纤和所述支撑条的外侧。
17.本发明再一方面提供一种半导体激光器，所述半导体激光器包括上述所述的激光器的光斑整形结构。
18.本发明的优点及有益效果是：
19.本发明的光斑整形结构中，通过捆丝捆绑缠绕在多模光纤和支撑条的外侧，使多模光纤发生弯曲，进而改变激光光束在多模光纤中的传输模式分布，实现输出光斑的均化；并且，该光斑整形结构具有结构简单、制造成本低的优点，能够适配于大多数的光纤耦合半导体激光器。
附图说明
20.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
21.图1为本发明的一个实施例中光斑整形结构的结构示意图；
22.图2为本发明的一个实施例中光斑整形结构与激光器连接的结构示意图；
23.图3为激光器直接输出激光光束形成光斑的光斑测试图；
24.图4为激光器输出激光光束经过光斑整形机构后形成光斑的光斑测试图；
25.图5为本发明的一个实施例中激光器光斑整形结构的制备方法的实施步骤图。
26.图中：1、多模光纤；2、支撑条；3、捆丝；4、光纤护套；5、输出端插芯；6、光纤尾套；7、激光器。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
29.实施例1
30.本实施例提供一种激光器的光斑整形结构，如图1～图2所示，该整形结构包括多模光纤1，多模光纤1上设有一个整形单元。
31.具体地，整形单元包括支撑条2和捆丝3，支撑条2沿多模光纤1的长度方向设置，捆丝3捆绑缠绕在多模光纤1和支撑条2的外侧，实现支撑条2与多模光纤1的相对固定，并且通过捆丝3和支撑条2的挤压配合，使多模光纤1在捆丝3的缠绕处发生弯曲，即多模光纤1在捆丝3的接触处发生弯曲，这样可以改变激光光束在多模光纤1中的传输模式分布，使激光光束在经过多模光纤1后形成的光斑更为均匀。其中，支撑条2和捆丝3均为柔性材料，这样可以防止多模光纤1在被捆绑缠绕时发生损伤。进一步地，支撑条为长条状，其横截面可为圆形或方形；捆丝为细丝状，这样便于对多模光纤和支撑条进行捆绑缠绕。另外，本实施中的多模光纤的光纤芯径为105μm～800μm。
32.对激光器通过多模光纤直接输出激光光束形成的光斑，以及激光器输出激光光束经过光斑整形结构后形成的光斑进行光斑测试。具体地，首先，用扭力扳手将半导体激光器
安装于水冷板上，并通过螺钉进行固定；其次，将多模光纤的输入端与半导体激光器连接，并且将半导体激光器与电源连接；再次，将多模光纤的输出端插入光束分析仪中，调节电源的电流按钮；最后，对多模光纤进行盘绕或弯曲，观察光束分析仪显示的光斑状态。测试结果如图3～图4所示，激光光束通过本实施例中的光斑整形结构后形成的光斑的均匀性更好。
33.在本实施例的光斑整形结构中，通过捆丝捆绑缠绕在多模光纤和支撑条的外侧，使多模光纤发生弯曲，进而改变激光光束在多模光纤中的传输模式分布，实现输出光斑的均化；并且，该光斑整形结构具有结构简单、制造成本低的优点，能够适配于大多数的光纤耦合半导体激光器。
34.在其他实施例中，多模光纤上设有多个整形单元，多个整形单元沿多模光纤的长度方向设置，这样可以通过多个整形单元来使多模光纤中激光光束的传输模式分布发生多次改变，进而使多模光纤输出光斑的均匀性更好；并且，多个整形单元中，至少两个整形单元中的捆丝的丝径不同，由于捆丝的丝径不同，在捆绑缠绕多模光纤时，使多模光纤弯曲的程度不同，这样可以进一步优化多模光纤输出光斑的均匀性。
35.进一步地，每个整形单元包括多根支撑条，多根支撑条并排设于多模光纤的一侧或多侧，这样，支撑条与捆丝的配合支撑效果更好，使多模光纤形成的弯曲结构更加稳定。其中，支撑条为耐高温材质，这样在激光光束通过多模光纤时，支撑条不会发生形变。支撑条的材质可以为pvc(polyvinyl chloride，聚氯乙烯)、ptfe(poly tetra fluoroethylene，聚四氟乙烯)或石英玻璃。例如支撑条为光纤，光纤与本实施例中的多模光纤具有相同的物理特性，因此更宜做支撑条。当然，在其他实施例中，整形单元也可仅包括一根支撑条。
36.在本实施例中，支撑条的长度为5mm～23mm，该长度范围的支撑条能够实现光斑整形效果的同时，容易加工得到。
37.在本实施例中，如图1～图2所示，整形单元包括一根捆丝3，该捆丝3呈螺旋形缠绕在支撑条2和多模光纤1的外侧，且螺旋形中的每匝之间间隔设置，这样便于多模光纤1在与捆丝3的接触处发生弯曲。其中，捆丝同样也为耐高温材质，捆丝具体可以采用树脂材料或金属材料。
38.进一步地，螺旋形中每匝之间的间隔距离不等，这样使与每匝接触处的多模光纤发生的弯曲度不同，进而使多模光纤输出激光光束形成光斑的均匀性更好。
39.在其他实施例中，整形单元包括多根捆丝，各捆丝首尾相接，依次缠绕。
40.在本实施例中，多模光纤、支撑条和捆丝之间通过光学胶水实现相对固定，防止捆丝从支撑条和多模光纤上脱落。其中，光学胶水可以是353nd胶水。
41.另外，如图1～图2所示，多模光纤1的外侧套设有光纤护套4，光纤护套4可以对多模光纤1进行保护。当然，在整形单元外侧也可以套设光纤保护套，实现对整形单元的保护。其中，光纤保护套的材质为pvc、hytrel塑料或ptfe。
42.进一步地，如图2所示，光斑整形结构的输入端与激光器7连接，并且在光斑整形结构的输入端与激光器7的连接处设有光纤尾套6，光斑整形结构的输入端与输出端插芯5连接，并且在光斑整形结构的输入端与输出端插芯5连接处同样也设有光纤尾套(图中未示出)，另外整形单元可以设置在靠经多模光纤1输出端的位置，这样在多模光纤1与输出端插
芯5连接时，整形单元正好处于输出端插芯5延伸的套筒内，进而实现对整形单元的保护，并且由于输出端插芯通常跟随终端客户移动，使得整形单元可以跟随终端客户移动，这样使多模光纤在移动弯折时不会影响均斑效果，以及不会对终端客户的移动产生过多限制。其中，输出端插芯的型号优选为sma905，且输出端插芯的内径为125μm～880μm。
43.实施例2
44.本实施例与实施例1不同之处在于，支撑条为空心管状结构，且空心管状结构呈s型弯折，多模光纤穿过空心管状结构，并通过捆丝缠绕实现与空心管状结构固定连接，这样由于空心管状结构的束缚作用，使多模光纤也会产生相应的弯折，进而可以优化多模光纤输出光斑的均匀性。
45.其中，多模光纤与空心管状结构之间间隙设置，这样便于多模光纤穿过空心管状结构。
46.实施例3
47.本实施例与实施例1不同之处在于，支撑条上设有多个沿支撑条的长度方向设置的通孔，多模光纤呈s型依次穿过多个通孔，并通过捆丝缠绕实现与支撑条固定连接，其中，由于多模光纤呈s型弯曲，进而可改变激光光束在多模光纤中的传输模式分布，使激光光束在经过多模光纤后形成的光斑更为均匀。
48.另外，多个通孔间的间隔距离不等，这样使通孔处的多模光纤发生的弯曲度不同，进而使多模光纤输出激光光束形成光斑的均匀性更好。
49.实施例4
50.本实施例提供一种上述实施例中的激光器的光斑整形结构的制备方法，如图5所示，该制备方法包括如下步骤：
51.步骤s01，在多模光纤上选取设置整形单元的区段，将支撑条沿该区段的多模光纤的长度方向设置。
52.步骤s02，将捆丝捆绑缠绕在多模光纤和支撑条的外侧。
53.另外，本实施例中的制备方法还包括如下步骤：
54.步骤s03，在捆丝的外侧涂抹光学胶水，固定多模光纤、支撑条和捆丝。
55.步骤s04，将多模光纤的输出端与输出端插芯进行连接，并且在连接处填充光学胶水，使输出端插芯与多模光纤实现固定连接。
56.步骤s05，对光学胶水进行固化。
57.其中，可通过紫外光对胶水进行固化，也可通过烘烤方式对胶水进行固化，且烘烤温度为60℃～90℃，优选地，烘烤温度为80℃。
58.在本实施例中，在完成光学胶水的固化后，还需对输出端插芯进行端部研磨，并进行端检。
59.实施例5
60.本实施例提供一种半导体激光器，该半导体激光器包括上述实施例中的激光器的光斑整形结构，该半导体激光器输出激光光束形成的光斑的均匀性好。
61.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。