CN111370990B - 一种半导体激光光源的准直耦合系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种半导体激光光源的准直耦合系统，所述半导体激光光源的准直耦合系统的光源模块包括多类具有不同发光面积的发光单元，所述发光模块的出光方向一侧设置有包括第一类准直单元和第二类准直单元的准直模块，所述第一类准直单元用于准直发光面积小于预设值的发光单元的出射光线，所述第二类准直单元用于准直发光面积大于或等于预设值的发光单元的出射光线，以实现为不同发光面积的发光单元设置合适的准直单元的目的。

Description

一种半导体激光光源的准直耦合系统

技术领域

本申请涉及光路设计技术领域，更具体地说，涉及一种半导体激光光源的准直耦合系统。

背景技术

光源准直系统是多数光源系统的重要组成部分，是形成所需光束的重要结构。

对于以半导体激光管为主要发光源的光源系统中，针对不同参数的半导体激光管而言，其适合的准直系统有所不同，而在同一个光源系统中，为了满足不同的应用要求，其通常包括多种具有不同参数的半导体激光管，如何在同一个光源系统中为这些具有不同参数的半导体激光管设置合适的准直系统成为本领域技术人员的研究方向之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供了一种半导体激光光源的准直耦合系统，通过为不同发光面积的发光单元设置不同种类的准直单元的方式，实现为不同发光面积的发光单元设置合适的准直单元的目的。

为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种半导体激光光源的准直耦合系统，包括：

半导体激光光源模块，所述半导体激光光源模块包括多类具有不同发光面积的发光单元；

设置于所述半导体激光光源模块的出光方向一侧的准直模块，所述准直模块包括第一类准直单元和第二类准直单元，其中，所述第一类准直单元用于准直发光面积小于预设值的发光单元的出射光线，所述第二类准直单元用于准直发光面积大于或等于预设值的发光单元的出射光线；

耦合模块，用于将所述发光单元出射的经过准直后的出射光线进行耦合后出射。

可选的，还包括：

用于固定所述半导体激光光源模块的底座；

所述发光单元包括：激光光源模组和热沉；

所述热沉用于将所述激光光源模组固定于所述底座上。

可选的，所述激光光源模组为用于出射预设颜色激光的半导体激光管；

所述预设颜色激光为三原色激光中的任意一种；

所述热沉还用于将所述激光光源模组散发的热量传递给所述底座，以保持所述激光光源模组的工作温度在预设工作范围内。

可选的，多个所述激光光源模组在所述底座上以阵列的方式排布。

可选的，所述第一类准直单元为非球面透镜准直系统或快慢轴准直系统；

所述第二类准直单元为快慢轴准直系统。

可选的，所述快慢轴准直系统包括：相对设置的第一准直元件和第二准直元件；

所述第一准直元件用于对所述发光单元的出射光线的快轴发散角进行准直；

所述第二准直元件用于对所述发光单元的出射光线的慢轴发散角进行准直。

可选的，所述耦合模块包括：一个聚焦透镜、一个光纤接头和多个反射镜；其中，

多个所述反射镜与多个所述发光单元一一对应，所述反射镜用于将与所述反射镜对应的发光单元的经过准直的出射光线向所述聚焦透镜反射；

所述聚焦透镜用于将所述反射镜反射的出射光线进行聚焦后向所述光纤接头传输，以使聚焦后的出射光线通过所述光纤接口向外传输。

可选的，所述耦合模块包括：多个聚焦透镜、多个光纤接口和多个反射镜；其中，

多个所述反射镜与多个所述发光单元一一对应，所述反射镜用于将与所述反射镜对应的发光单元的经过准直的同一类出射光线向同一个所述聚焦透镜反射；

多个所述聚焦透镜与多个所述光纤接口一一对应，所述聚焦透镜用于将经过反射后的同一类出射光线进行聚焦后向与所述聚焦透镜对应的光纤接头传输，以使聚焦后的同一类出射光线通过所述光纤接口向外传输。

从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种半导体激光光源的准直耦合系统，所述半导体激光光源的准直耦合系统的光源模块包括多类具有不同发光面积的发光单元，所述发光模块的出光方向一侧设置有包括第一类准直单元和第二类准直单元的准直模块，所述第一类准直单元用于准直发光面积小于预设值的发光单元的出射光线，所述第二类准直单元用于准直发光面积大于或等于预设值的发光单元的出射光线，以实现为不同发光面积的发光单元设置合适的准直单元的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请的一个实施例提供的一种半导体激光光源的准直耦合系统的结构示意图；

图2为本申请的一个实施例提供的一种发光模块中发光单元的排布方式示意图；

图3-图5为本申请实施例提供的一种快慢轴准直系统的结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术中所述，现有技术中对于同一个光源系统中包括多种不同参数的半导体激光管的情况，无法实现为这些半导体激光管设置合适的准直系统。

具体地，发明人研究发现，对于小发光面积(例如发光面积在几十平方微米量级)的半导体激光管而言，非球面透镜准直系统一般即可满足小发光面积的半导体激光管的准直要求，而对于大发光面积(例如发光面积在上百平方微米量级)的半导体激光管(例如红光半导体激光管)而言，非球面透镜准直系统难以将光束准直(或称压缩)到足够小的范围以进入小直径光纤，这限制了不同发光面积的半导体激光管在小光纤中合束，对于高亮度的RGB色光在光源系统中的应用非常不利。因此，对于大发光面积的半导体激光管通常采用快慢轴准直系统对其出射的光线进行准直，但快慢轴准直系统的结构相对复杂，如果对于小发光面积的半导体激光管也采用快慢轴准直系统进行准直，则会使得光源系统的结构复杂度以及成本上升。因此，在包括多类发光单元的光源系统中统一采用快慢轴准直系统的方式也并不适合。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种光源的准直耦合系统，包括：

半导体激光光源模块，所述半导体激光光源模块包括多类具有不同发光面积的发光单元；

设置于所述半导体激光光源模块的出光方向一侧的准直模块，所述准直模块包括第一类准直单元和第二类准直单元，其中，所述第一类准直单元用于准直发光面积小于预设值的发光单元的出射光线，所述第二类准直单元用于准直发光面积大于或等于预设值的发光单元的出射光线；

耦合模块，用于将所述发光单元出射的经过准直后的出射光线进行耦合后出射。

所述半导体激光光源的准直耦合系统的光源模块包括多类具有不同发光面积的发光单元，所述发光模块的出光方向一侧设置有包括第一类准直单元和第二类准直单元的准直模块，所述第一类准直单元用于准直发光面积小于预设值的发光单元的出射光线，所述第二类准直单元用于准直发光面积大于或等于预设值的发光单元的出射光线，以实现为不同发光面积的发光单元设置合适的准直单元的目的，有利于降低所述半导体激光光源的准直耦合系统的结构复杂度和整体成本。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种半导体激光光源的准直耦合系统，如图1所示，包括：

半导体激光光源模块10，所述半导体激光光源模块10包括多类具有不同发光面积的发光单元；

设置于所述半导体激光光源模块10的出光方向一侧的准直模块20，所述准直模块20包括第一类准直单元21和第二类准直单元22，其中，所述第一类准直单元21用于准直发光面积小于预设值的发光单元的出射光线，所述第二类准直单元22用于准直发光面积大于或等于预设值的发光单元的出射光线；

耦合模块(附图1中并未以标号标出)，用于将所述发光单元出射的经过准直后的出射光线进行耦合后出射。

在本实施例中，对于所述半导体激光光源模块10而言，所述半导体激光光源模块10包括的多类发光单元可以是用于出射不同色光的发光单元，每一类发光单元的数量可以为一个，也可以为多个。即可选的，所述激光光源模组为用于出射预设颜色激光的半导体激光管；

所述预设颜色激光为三原色激光中的任意一种。

对于光源系统，三原色是指红色、绿色和蓝色，那么相应的，所述三原色激光包括红色激光、绿色激光和蓝色激光。

如前文所述，一般将发光面积在几十平方微米的半导体激光管称为小发光面积的半导体激光管，将发光面积在上百平方微米的半导体激光管称为大发光面积的半导体激光管，因此在本申请实施例中，所述预设值的取值可以为100微米。当然地，针对不同类型的发光单元，所述预设值的取值可以随之变化，本申请对此并不做限定。

可选的，参考图2，图2示出了所述发光单元的一种可行的排布方式，图2中的“红”“绿”“蓝”分别指用于出射红色激光、绿色激光和蓝色激光的发光单元，多个所述激光光源模组在所述底座上以阵列的方式排布。但在本申请的其他实施例中，所述多类发光单元的排布方式也可以根据实际的需求确定。

可选的，所述半导体激光光源的准直耦合系统还包括：用于固定所述半导体激光光源模块10的底座；

所述发光单元包括：激光光源模组和热沉；

所述热沉用于将所述激光光源模组固定于所述底座上。

热沉(heat sink)是指温度不随传递到它的热能的大小而变化的结构，可选的，所述热沉还用于将所述激光光源模组散发的热量传递给所述底座，以保持所述激光光源模组的工作温度在预设工作范围内。

可选的，所述热沉可以为铜柱等热传导性较好的结构。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一类准直单元21为非球面透镜准直系统或快慢轴准直系统；

所述第二类准直单元22为快慢轴准直系统。

但由于对于发光面积小于预设值的发光单元而言，利用非球面透镜准直系统对其出射光线进行准直即可，有利于降低整个系统的结构复杂度和整体成本。即可选的，所述第一类准直单元21为非球面透镜准直系统。

所述非球面透镜准直系统可以由单片透镜或包括多片透镜的透镜组构成，本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。

参考图3、图4和图5，图3为所述快慢轴准直系统结构示意图，图4为图3所示的快慢轴准直系统在第一方向的示意图，图5为图3所示的快慢轴准直系统在第二方向的示意图，图3-图5中的标号11表示所述发光单元，所述第一方向和第二方向为同一平面中相互垂直的两个方向，所述快慢轴准直系统包括：相对设置的第一准直元件221和第二准直元件222；

所述第一准直元件221用于对所述发光单元的出射光线的快轴发散角进行准直；

所述第二准直元件222用于对所述发光单元的出射光线的慢轴发散角进行准直。

所述第一准直元件221和第二准直元件222可以均为如图3所示的柱透镜，相应的，所述快慢轴准直系统即为由所述第一准直元件221和第二准直元件222构成的柱透镜阵列。

下面对本申请实施例提供的半导体激光光源的准直耦合系统的耦合模块的可行结构进行描述。

仍然参考图1，所述耦合模块包括：一个聚焦透镜40、一个光纤接头50和多个反射镜30；其中，

多个所述反射镜30与多个所述发光单元一一对应，所述反射镜30用于将与所述反射镜30对应的发光单元的经过准直的出射光线向所述聚焦透镜40反射；

所述聚焦透镜40用于将所述反射镜30反射的出射光线进行聚焦后向所述光纤接头50传输，以使聚焦后的出射光线通过所述光纤接口向外传输。

在本实施例中，所述聚焦透镜40和光纤接头50的数量均为一个，此时所有所述发光单元的出射光线经过一个光纤接头50输出，所述光线接头可以为FC借口、SMA905接口、SC接口或ST接口。

可选的，所述耦合模块包括：多个聚焦透镜40、多个光纤接口和多个反射镜30；其中，

多个所述反射镜30与多个所述发光单元一一对应，所述反射镜30用于将与所述反射镜30对应的发光单元的经过准直的同一类出射光线向同一个所述聚焦透镜40反射；

多个所述聚焦透镜40与多个所述光纤接口一一对应，所述聚焦透镜40用于将经过反射后的同一类出射光线进行聚焦后向与所述聚焦透镜40对应的光纤接头50传输，以使聚焦后的同一类出射光线通过所述光纤接口向外传输。

在本实施例中，所述聚焦透镜40和光纤接头50的数量均为多个，此时同一类发光单元出射的同一类出射光线可以经过一个所述光纤接头50输出。

例如，当所述发光单元的种类为3类，且分别用于输出红色、绿色和蓝色激光时，所述聚焦透镜40和所述光纤接头50的数量也可以为3个，这样红色、绿色和蓝色的出射光线可以分别通过这三个所述光纤接头50输出。

综上所述，本申请实施例提供了一种半导体激光光源的准直耦合系统，所述半导体激光光源的准直耦合系统的光源模块10包括多类具有不同发光面积的发光单元，所述发光模块的出光方向一侧设置有包括第一类准直单元21和第二类准直单元22的准直模块20，所述第一类准直单元21用于准直发光面积小于预设值的发光单元的出射光线，所述第二类准直单元22用于准直发光面积大于或等于预设值的发光单元的出射光线，以实现为不同发光面积的发光单元设置合适的准直单元的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种半导体激光光源的准直耦合系统，其特征在于，包括：

半导体激光光源模块，所述半导体激光光源模块包括多类具有不同发光面积的发光单元；

设置于所述半导体激光光源模块的出光方向一侧的准直模块，所述准直模块包括第一类准直单元和第二类准直单元，其中，所述第一类准直单元用于准直发光面积小于预设值的发光单元的出射光线，所述第二类准直单元用于准直发光面积大于或等于预设值的发光单元的出射光线；所述第一类准直单元为非球面透镜准直系统；所述非球面透镜准直系统由单片透镜构成；所述第二类准直单元为快慢轴准直系统；

耦合模块，用于将所述发光单元出射的经过准直后的出射光线进行耦合后出射。

2.根据权利要求1所述的半导体激光光源的准直耦合系统，其特征在于，还包括：

用于固定所述半导体激光光源模块的底座；

所述发光单元包括：激光光源模组和热沉；

所述热沉用于将所述激光光源模组固定于所述底座上。

3.根据权利要求2所述的半导体激光光源的准直耦合系统，其特征在于，所述激光光源模组为用于出射预设颜色激光的半导体激光管；

所述预设颜色激光为三原色激光中的任意一种；

所述热沉还用于将所述激光光源模组散发的热量传递给所述底座，以保持所述激光光源模组的工作温度在预设工作范围内。

4.根据权利要求3所述的半导体激光光源的准直耦合系统，其特征在于，多个所述激光光源模组在所述底座上以阵列的方式排布。

5.根据权利要求1所述的半导体激光光源的准直耦合系统，其特征在于，所述快慢轴准直系统包括：相对设置的第一准直元件和第二准直元件；

所述第一准直元件用于对所述发光单元的出射光线的快轴发散角进行准直；

所述第二准直元件用于对所述发光单元的出射光线的慢轴发散角进行准直。

6.根据权利要求1所述的半导体激光光源的准直耦合系统，其特征在于，所述耦合模块包括：一个聚焦透镜、一个光纤接头和多个反射镜；其中，

多个所述反射镜与多个所述发光单元一一对应，所述反射镜用于将与所述反射镜对应的发光单元的经过准直的出射光线向所述聚焦透镜反射；

所述聚焦透镜用于将所述反射镜反射的出射光线进行聚焦后向所述光纤接头传输，以使聚焦后的出射光线通过所述光纤接口向外传输。

7.根据权利要求1所述的半导体激光光源的准直耦合系统，其特征在于，所述耦合模块包括：多个聚焦透镜、多个光纤接口和多个反射镜；其中，

多个所述反射镜与多个所述发光单元一一对应，所述反射镜用于将与所述反射镜对应的发光单元的经过准直的同一类出射光线向同一个所述聚焦透镜反射；

多个所述聚焦透镜与多个所述光纤接口一一对应，所述聚焦透镜用于将经过反射后的同一类出射光线进行聚焦后向与所述聚焦透镜对应的光纤接头传输，以使聚焦后的同一类出射光线通过所述光纤接口向外传输。