基于VCSEL成像和同轴可视化设计的激光器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于VCSEL成像和同轴可视化设计的激光器，包括设置于外壳中的VCSEL平面阵列光源、热沉、成像透镜、平面反射镜；VCSEL平面阵列光源设置在热沉上且用于发射出VCSEL激光；成像透镜与VCSEL平面阵列光源的主光轴同轴设置；平面反射镜与VCSEL平面阵列光源的主光轴呈α角设置，以使激光发生偏折，并在偏折后的VCSEL激光的主光轴上形成实像；光学窗口设置在偏折后的VCSEL激光的像点位置；观测位置，设置在平面反射镜远离成像透镜的一侧，与偏折后的激光的光心轴同轴设置。该激光器利用光学成像原理对VCSEL激光的传输过程进行控制，通过在成像透镜后方设置平面反射镜，使得VCSEL激光发生偏折，从而在平面反射镜远离实像像点的一侧形成了一个观测位置，实现同轴观测。现同轴观测。现同轴观测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于VCSEL成像和同轴可视化设计的激光器


[0001]本专利技术涉及一种基于VCSEL成像和同轴可视化设计的激光器。

技术介绍

[0002]激光在工业激光加工领域和医疗激光领域具有广泛的用途。在利用激光进行作业的过程中，尤其是使用激光进行医学治疗时，需要设置CCD相机来进行视场观测和辅助视觉定位，以便于观察和调整激光。
[0003]目前，视场观测和视觉定位设备通常与激光治疗仪手具分开设置，成像光线与激光光束不同轴，无法对治疗的视场进行直接的观察。并且在激光的控制方面，需要进行复杂的坐标转换工作。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于VCSEL成像和同轴可视化设计的激光器。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0006]一种基于VCSEL成像和同轴可视化设计的激光器，包括：
[0007]外壳，限定中空的容纳腔；
[0008]VCSEL平面阵列光源和热沉，设置于外壳中；VCSEL平面阵列光源设置在热沉上，用于发射出VCSEL激光；
[0009]成像透镜，设置于外壳中，并且成像透镜与VCSEL平面阵列光源的主光轴同轴设置，用于对VCSEL激光进行成像；VCSEL平面阵列光源和成像透镜之间的距离大于成像透镜的焦距；
[0010]平面反射镜，设置于外壳中；平面反射镜位于成像透镜的后方并与VCSEL平面阵列光源的主光轴呈α角设置，以使经过成像透镜的激光发生偏折，并在偏折后的VCSEL激光的主光轴上形成实像，0
°
＜α＜90
°
；所述平面反射镜用于对VCSEL激光进行全反射并允许其他波长光线透过；
[0011]光学窗口，设置在外壳上，并设置在偏折后的VCSEL激光的实像像点位置；
[0012]观测位置，设置在平面反射镜远离成像透镜和光学窗口的一侧，所述观测位置与偏折后的VCSEL激光的光心轴同轴设置。
[0013]其中较优地，VCSEL平面阵列光源和成像透镜之间的距离c，成像透镜和平面反射镜之间的距离a，以及平面反射镜与光学窗口之间的距离b，满足以下公式：1/(a+b)+1/c＝1/f；其中，f表示成像透镜的焦距。
[0014]其中较优地，所述成像透镜的直径D应满足以下公式：D≥m+2c
×
tan(θ/2)；其中，m为VCSEL平面阵列光源的光斑直径，θ为VCSEL平面阵列光源的发散角全角。
[0015]其中较优地，所述成像透镜是双凸透镜。
[0016]其中较优地，所述平面反射镜面向所述成像透镜的一侧表面设置有用于对VCSEL
激光进行反射的高反膜。
[0017]其中较优地，所述平面反射镜和所述VCSEL平面阵列光源的主光轴呈45度角设置。
[0018]其中较优地，所述观测位置设置有CCD成像设备。
[0019]其中较优地，所述观测位置设置有观测窗口，或者所述观测位置设置有观测窗口和放大镜的组合。
[0020]其中较优地，所述激光器还包括半导体制冷片和热管，其中，半导体制冷片的冷端通过外壳对光学窗口进行制冷，所述半导体制冷片的热端通过热管与所述热沉进行散热。
[0021]其中较优地，所述激光器还包括风扇和控制单元，所述风扇设置在所述热沉下方，用于对所述热沉进行散热；所述半导体制冷片、所述VCSEL平面阵列光源和所述风扇分别与所述控制单元电连接。
[0022]本专利技术所提供的激光器，利用光学成像原理对VCSEL激光的传输过程进行控制，通过在成像透镜和未经偏折的激光的像点之间设置平面反射镜，使得VCSEL激光发生偏折，从而在平面反射镜远离实像像点的一侧形成了一个观测位置，实现同轴观测。上述激光器可以作为激光治疗仪使用，也可以应用于激光加工领域。
附图说明
[0023]图1是本专利技术所提供的激光器的结构示意图；
[0024]图2是本专利技术所提供的激光器的成像原理示意图；
[0025]图3是本专利技术所提供的激光器中，光学系统中各部件的位置关系示意图；
[0026]图4是本专利技术所提供的激光器中，成像透镜、平面反射镜及虚像之间的尺寸关系示意图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进行进一步地详细说明。
[0028]如图1所示，本专利技术实施例所提供的基于VCSEL(垂直腔面发射半导体激光器)成像和同轴可视化设计的激光器，包括外壳1，限定中空的容纳腔；还包括设置于外壳1中的VCSEL平面阵列光源2、成像透镜3、平面反射镜4。
[0029]其中，外壳1呈细长型。外壳1用于对内部各器件进行连接固定，并采用人体工学设计，增加握持舒适度的同时，对产品内部精密部件起到一定的保护作用。
[0030]VCSEL平面阵列光源2设置于外壳1中靠近下部的位置(参见图1所示的方位)。VCSEL平面阵列光源2设置在热沉11上，并且用于向上发射出VCSEL激光。VCSEL平面阵列光源2由多个VCSEL激光芯片实现。VCSEL激光芯片具有寿命长、封装结构灵活、长期可靠性高等特点。VCSEL激光芯片可选用一片或者多片，波长可以进行选择或者多种波长芯片混合使用。发光管芯规则密排的VCSEL平面阵列光源是一种具有均匀发光特质的平面光源。VCSEL各向发散角相同，并且发散角不大(全角约12～20度)，因此便于利用凸透镜进行成像，可以在像点位置得到均匀性极佳的平顶光斑(即均匀光斑，下同)，进而服务于各类工业、医疗与科研应用。
[0031]在VCSEL激光的主光轴20上设置有成像透镜3和平面反射镜4。成像透镜3与VCSEL平面阵列光源2的主光轴同轴设置，用于对VCSEL激光进行聚焦成像。成像透镜3使用双凸透
镜，成像透镜3通过固定支架设置在外壳1中。成像透镜3采用双凸透镜成像。平面反射镜4位于成像透镜3的后方(即图1所示的上方)，并与VCSEL平面阵列光源2的主光轴20呈α角设置，以使经过成像透镜3的激光发生偏折(图1所示为向左侧偏折)，并在偏折后的VCSEL激光的主光轴20
’
上形成实像2B，0
°
＜α＜90
°
。平面反射镜4用于对VCSEL激光进行全反射并允许其他波长光线透过。平面反射镜4的表面可根据激光芯片波长镀上一层高反膜，用于增强平面反射镜4对预设波长范围的激光的反射率。
[0032]在外壳1上设置有光学窗口5，光学窗口5设置在VCSEL激光偏折后的像点位置(即实像2B所在的位置)。激光光束透过光学窗口5后在与光学窗口5接触的物体表面(即治疗面或工作面)成像。光学窗口5可以使用蓝宝石等具有透光性且具有冷却作用的光学器件。
[0033]如图2和图3所示，成像透镜3的焦距f、物距c、像距a+b符合成像原理：1/(a+b)+1/c＝1/f。其中，c为VCSEL平面阵列光源2和成像透镜3之间的距离，a为成像透镜3和平面反射镜4之间的距离，b为平面反射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基于VCSEL成像和同轴可视化设计的激光器，其特征在于包括：外壳，限定中空的容纳腔；VCSEL平面阵列光源和热沉，设置于外壳中；VCSEL平面阵列光源设置在热沉上，用于发射VCSEL激光；成像透镜，设置于外壳中；并且成像透镜与VCSEL平面阵列光源的主光轴同轴设置，用于对VCSEL激光进行成像；VCSEL平面阵列光源和成像透镜之间的距离大于成像透镜的焦距；平面反射镜，设置于外壳中；平面反射镜位于成像透镜的后方并与VCSEL平面阵列光源的主光轴成α角设置，以使经过成像透镜的激光发生偏折，并在偏折后的VCSEL激光的主光轴上形成实像，0
°
＜α＜90
°
；所述平面反射镜用于对VCSEL激光进行全反射并允许其他波长光线透过；光学窗口，设置在外壳上，并设置在偏折后的VCSEL激光的实像像点位置；观测位置，设置在平面反射镜远离成像透镜和光学窗口的一侧，所述观测位置与偏折后的VCSEL激光的光心轴同轴设置。2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于：VCSEL平面阵列光源和成像透镜之间的距离c，成像透镜和平面反射镜之间的距离a，以及平面反射镜与光学窗口之间的距离b，满足以下公式：1/(a+b)+1/c＝1/f；其中，f表示成像透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李阳，
申请(专利权)人：北京镭科光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：