激光耦合装置的制作方法

1.本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种激光耦合装置。


背景技术：

2.半导体激光器具有可靠和成本低的优点，常用于雕刻和切割材料。然而，由于散热性低，现有的半导体激光器的最大光功率只能达到5w左右，难以满足工业生产的需求。


技术实现要素：

3.针对现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种激光耦合装置，旨在解决现有的激光耦合装置的光功率较低的问题。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种激光耦合装置，包括：
5.若干激光发射器，用于发射激光；及
6.第一凸透镜，设于所述激光的光路上，用于汇聚所述激光。
7.在至少一实施例中，所述若干激光发射器包括用于发射第一激光的第一激光发射器、和用于发射第二激光的第二激光发射器，所述激光耦合装置包括设于所述第二激光的光路上的半波片和偏振合束器，所述半波片用于旋转所述第二激光的偏振态，得到第三激光，其中，所述第一激光和所述第三激光的偏振态不同，所述偏振合束器设于所述第一激光和所述第三激光的光路上，用于将所述第一激光和所述第三激光合并为第四激光，所述第一凸透镜用于汇聚所述第四激光。
8.在至少一实施例中，满足以下条件的至少一种：
9.所述半波片与所述第二激光垂直设置；
10.所述第一激光和所述第二激光具有相同的偏振态；
11.所述偏振合束器与所述第一激光发射器和所述第二激光发射器均呈夹角设置。
12.在至少一实施例中，所述激光耦合装置还包括：
13.扩束器，设于所述第四激光的光路上，用于对所述第四激光进行整形，所述第一凸透镜汇聚整形后的第四激光。
14.在至少一实施例中，所述扩束器包括：
15.凹透镜，设于所述第四激光的光路上；及
16.第二凸透镜，设于所述第四激光的光路上，并位于所述凹透镜和第一凸透镜之间。
17.在至少一实施例中，满足以下条件的至少一种：
18.所述凹透镜的中心厚度为1.35～3mm；
19.所述凹透镜的曲率半径为5.607～12.46mm；
20.所述第二凸透镜的中心厚度为2.25～5mm；
21.所述第二凸透镜的曲率半径为24.12～53.6mm；
22.所述凹透镜的弧形面面向所述第二凸透镜；
23.所述第二凸透镜的弧形面面向第一激光发射器。
24.在至少一实施例中，满足以下条件的至少一种：
25.所述第一凸透镜的中心厚度为2.25～5mm；
26.所述第一凸透镜的曲率半径为24.12～53.6mm；
27.所述第一凸透镜的直径为9.45～21mm；
28.所述第一凸透镜的弧形面面向激光发射器；
29.所述激光发射器为单管半导体激光器、半导体激光器阵列、多单管半导体激光器、包含多单管半导体激光器的半导体激光器模块、或包含半导体激光器阵列的半导体激光器模块。
30.在至少一实施例中，所述激光耦合装置还包括：
31.若干快轴准直镜头，每一快轴准直镜头设于一激光发射器上；
32.若干慢轴准直镜头，位于所述激光的光路上，所述快轴准直镜头和所述慢轴准直镜头用于使所述激光准直；及
33.若干反射镜，位于所述准直后的激光的光路上，用于反射所述准直后的激光。
34.在至少一实施例中，满足以下条件的至少一种：
35.所述快轴准直镜头的竖直孔径为0.72～1.6mm；
36.所述快轴准直镜头的焦距为540～1200μm；
37.所述快轴准直镜头的背焦距为126～280μm；
38.所述慢轴准直镜头的中心厚度为2.25～5mm；
39.所述慢轴准直镜头的曲率半径为5.607～12.46mm。
40.在至少一实施例中，所述慢轴准直镜头的弧形面背向所述激光发射器；和/或
41.所述反射镜与所述慢轴准直镜头呈夹角设置。
42.本实用新型技术方案中，所述激光耦合装置包括若干用于发射激光的激光发射器、和第一凸透镜，所述第一凸透镜设于所述激光的光路上，用于汇聚所述激光。汇聚后的激光具有较达的功率，以对工件进行加工。
附图说明
43.为了更清楚地说明本实用新型的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1为本实用新型一实施例的激光耦合装置的结构示意图。
45.图2为本实用新型另一实施例的激光耦合装置的结构示意图。
46.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
47.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
48.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)
仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
49.另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
50.参照图1，本实用新型一实施例提出一种激光耦合装置100。所述激光耦合装置 100包括：
51.若干激光发射器10，用于发射激光；
52.第一凸透镜50，设于所述激光的光路上，用于汇聚所述激光。
53.在至少一实施例中，所述激光发射器10为单管半导体激光器、半导体激光器阵列、多单管半导体激光器、包含多单管半导体激光器的半导体激光器模块、或包含半导体激光器阵列的半导体激光器模块。
54.在至少一实施例中，所述第一凸透镜50的中心厚度为2.25～5mm。例如，所述第一凸透镜50的中心厚度为2.25mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、或 5mm。
55.在至少一实施例中，所述第一凸透镜50的曲率半径为24.12～53.6mm。例如，所述第一凸透镜50的曲率半径为24.12mm、26mm、30mm、35mm、40mm、45mm、 50mm、55mm、或53.6mm。
56.在至少一实施例中，所述第一凸透镜50的直径为9.45～21mm。例如，所述第一凸透镜50的直径为9.45mm、10.5mm、12mm、15mm、20mm、或21mm。
57.在至少一实施例中，所述第一凸透镜50的弧形面51面向激光发射器10。
58.在至少一实施例中，所述激光耦合装置100可安装在热沉80上。所述热沉80的温度不因激光照射至其表面而变化，可为大气或大地。
59.本实用新型技术方案中，所述激光耦合装置100包括若干用于发射激光的激光发射器10、和第一凸透镜50，所述第一凸透镜50设于所述激光的光路上，用于汇聚所述激光。汇聚后的激光具有较达的功率，以对工件70进行加工。
60.本实用新型的激光耦合装置100可输出高功率的激光，可选择焦距长短不同的第一凸透镜50对所述激光进行聚焦，以获得光腰长度和能量密度的激光，以适应不同的加工方式。可以理解的，光腰长度长，能量密度低的激光适于切割。光腰长度短，能量密度高的激光适于雕刻。
61.所述若干激光发射器10包括用于发射第一激光111的第一激光发射器11、和用于发射第二激光121的第二激光发射器12，所述激光耦合装置100包括设于所述第二激光121的光路上的半波片30和偏振合束器40，所述半波片30用于旋转所述第二激光121的偏振态，得到第三激光122，其中，所述第一激光111和所述第三激光122的偏振态不同，所述偏振合束器40设于所述第一激光111和所述第三激光122的光路上，用于将所述第一激光111和所述第三激光122合并为第四激光123，所述第一凸透镜 50用于汇聚所述第四激光123。
62.在至少一实施例中，所述第一激光发射器11和所述第二激光发射器12的光轴等高。
63.可以理解的，所述第一激光发射器11具有与所述第二激光发射器12相同的结构。
64.可以理解的，所述第一激光发射器11具有与所述第二激光发射器12不同的结构。
65.在至少一实施例中，所述半波片30与所述第二激光121垂直设置。
66.在至少一实施例中，所述第一凸透镜50的弧形面51面向第一激光发射器11。
67.在至少一实施例中，所述第一激光111和所述第二激光121具有相同的偏振态。
68.在至少一实施例中，所述偏振合束器40与所述第一激光发射器11和所述第二激光发射器12均呈夹角设置。例如，所述夹角为45度。
69.在至少一实施例中，所述激光耦合装置100可安装在热沉80上。所述热沉80的温度不因第四激光123照射至其表面而变化，可为大气或大地。
70.可以理解的，可选择焦距长短不同的第一凸透镜50对所述第四激光123进行聚焦，以获得光腰长度和能量密度的激光，以适应不同的加工方式。
71.本实用新型技术方案中，所述第一激光发射器11发射第一激光111，所述第二激光发射器12发射第二激光121，所述第一激光111和第二激光121的偏振态可相同，如所述第一激光111和第二激光121都为s偏振态。所述第二激光121经过半波片30时，所述第二激光121的偏振态旋转为p偏振态，形成第三激光122。偏振态不同的第一激光21和第三激光122经过偏振合束器40后，合并为一束大功率的第四激光123。所述第四激光123经第一凸透镜50聚焦后，所述第四激光123的所有能量可集中在焦点上，以对工件进行加工。
72.所述激光耦合装置100还包括扩束器60，设于所述第四激光123的光路上，用于对所述第四激光123进行整形，所述第一凸透镜50汇聚整形后的第四激光 123。
73.在至少一实施例中，所述扩束器60包括凹透镜61和第二凸透镜62。所述凹透镜61设于所述第四激光123的光路上。所述第二凸透镜62设于所述第四激光 123的光路上，并位于所述凹透镜61和第一凸透镜50之间。
74.在至少一实施例中，所述凹透镜61的中心厚度为1.35～3mm。例如，所述凹透镜61的中心厚度为1.35mm、1.5mm、2mm、2.5mm、或3mm。
75.在至少一实施例中，所述凹透镜61的曲率半径为5.607～12.46mm。例如，所述凹透镜61的曲率半径为5.607mm、6.23mm、7mm、8mm、10mm、或 12.46mm。
76.在至少一实施例中，所述第二凸透镜62的中心厚度为2.25～5mm。例如，所述第二凸透镜62的中心厚度为2.25mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、或5mm。
77.在至少一实施例中，所述第二凸透镜62的曲率半径为24.12～53.6mm。例如，所述第二凸透镜62的曲率半径为24.12mm、26mm、30mm、35mm、40mm、 45mm、50mm、55mm、或53.6mm。
78.在至少一实施例中，所述凹透镜61的弧形面611面向所述第二凸透镜62。
79.在至少一实施例中，所述第二凸透镜62的弧形面621面向第一激光发射器 11。
80.在至少一实施例中，所述激光发射器11包括快轴准直镜头(未图示)和慢轴准直镜头(未图示)时，所述凹透镜61为平凹透镜，所述第二凸透镜62为平凸透镜。
81.在至少一实施例中，所述第一激光发射器11包括快慢轴准直透镜(未图示) 时，所述凹透镜61为柱面凹透镜，所述第二凸透镜62为柱面凸透镜，可将慢轴光轴放大至快轴长度，将椭圆激光束整形为圆形激光束。
82.本实用新型技术方案中，所述激光耦合装置100还包括扩束器60，设于所述第四激光123的光路上，用于对所述第四激光123进行整形，所述第一凸透镜50 汇聚整形后的第四
激光123。
83.请参阅图2，本实用新型另一实施例提供一种激光耦合装置100'。所述激光耦合装置100'包括：
84.若干间隔设置的激光发射器10'，用于发射激光112'；
85.若干间隔设置的快轴准直镜头13'，每一快轴准直镜头13'设于一激光发射器 10'上；
86.若干间隔设置的慢轴准直镜头14'，位于所述激光112'的光路上，所述快轴准直镜头13'和所述慢轴准直镜头14'用于使所述激光112'准直；及
87.若干间隔设置的反射镜15'，位于所述准直后的激光的光路上，用于反射所述准直后的激光，形成所述若干平行的激光113'；及
88.第一凸透镜50'，设于所述激光113'的光路上，用于汇聚所述激光113'。
89.在至少一实施例中，所述快轴准直镜头13'的竖直孔径为0.72～1.6mm。例如，所述快轴准直镜头13'的竖直孔径为0.72mm、0.8mm、1mm、1.2mm、 1.4mm、或1.6mm。
90.在至少一实施例中，所述快轴准直镜头13'的焦距为540～1200μm。例如，所述快轴准直镜头13'的焦距为540μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm、 1100μm、或1200μm。
91.在至少一实施例中，所述快轴准直镜头13'的背焦距为126～280μm。例如，所述快轴准直镜头13'的背焦距为126μm、140μm、160μm、180μm、200μm、 220μm、240μm、260μm、或280μm。
92.在至少一实施例中，所述慢轴准直镜头14'的中心厚度为2.25～5mm。例如，所述慢轴准直镜头14'的中心厚度为2.25mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、 4.5mm、或5mm。
93.在至少一实施例中，所述慢轴准直镜头14'的曲率半径为5.607～12.46mm。例如，所述慢轴准直镜头14'的曲率半径为5.607mm、6.23mm、7mm、8mm、 10mm、或12.46mm。
94.在至少一实施例中，所述慢轴准直镜头14'的弧形面141'背向所述激光发射器 15。
95.在至少一实施例中，所述慢轴准直镜头14'为柱面镜。
96.在至少一实施例中，所述反射镜15'与所述慢轴准直镜头14'呈夹角设置。具体的，所述反射镜15'与所述慢轴准直镜头14'之间的夹角为45度。
97.在至少一实施例中，所述快轴准直镜头13'和慢轴准直镜头14'可替换为快慢轴准直透镜(未图示)。
98.本实用新型技术方案中，所述激光耦合装置100'包括若干激光发射器10'，所述快轴准直镜头13'和所述慢轴准直镜头14'用于使激光准直，所述若干反射镜15' 可反射所述准直后的激光，形成多个高能量的平行的激光113'。多个激光113'间隔较小，可用于对工件70'的某一区域进行加工。
99.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。