一种多光束合束结构的制作方法

本实用新型涉及光学领域，尤其涉及一种多光束合束结构。

背景技术：

在激光投影显示设备，工业大功率半导体激光器，以及光通信高速率多波长并行光收发组件等领域，对光束的输出波长和光功率有不同的要求，例如：对于激光投影显示设备，通过将RGB三色光源进行合束，以形成并输出彩色图像；对于工业大功率半导体激光器，通过将多个半导体激光器的相同波长的光束进行合束叠加，达到千瓦级的大功率光输出；对于光通信高速率多波长并行光收发组件，通过对不同波长的光束进行合束，实现一根光纤同时传输几路光信号的波分复用功能。

目前，多光束合束结构分为空间合束，偏振合束以及波长合束。其中，空间合束由于对光源的偏振性和波长没有限制，因此，使用较为广泛，但是，由于元件设计加工和封装装配等产生的误差，会导致空间合束耦合效率不高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种多光束合束结构，用于解决相关技术中存在的由于元件设计加工和封装装配等产生的误差，导致空间合束耦合效率不高的技术问题。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型实施例提供了一种多光束合束结构，包括N路光束输出模组、N个光学补偿模组、反射镜模组、聚焦透镜模组和光接收模组，N为大于1的正整数；

所述光学补偿模组位于所述N路光束输出模组的出射光路上，所述反射镜模组位于所述N个光学补偿模组的出射光路上，所述聚焦透镜模组位于所述反射镜模组的出射光路上，所述光接收模组位于所述聚焦透镜模组的出射光路上。

可选的，所述光学补偿模组包括光学平板和/或光学楔角片。

可选的，所述光学补偿模组为透明介质。

可选的，所述光学补偿模组的材质为玻璃或塑料。

可选的，所述光学补偿模组的表面镀有增透膜层。

可选的，所述N路光束输出模组包括激光发生器和准直整形透镜组，所述激光发生器用于生成激光，所述准直整形透镜组用于对所述激光进行准直处理，以输出激光准直光束。

可选的，所述反射镜模组包括多个反射镜片，所述多个反射镜片呈多级阶梯状；或

所述反射镜模组为一体的多级阶梯状模块，所述多级阶梯状模块的反射面镀有高反射膜层。

可选的，所述聚焦透镜模组包括球面透镜、非球面透镜和衍射透镜中的一种。

可选的，所述光接收模组为单模光纤组件或多模光纤组件。

本实用新型实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

本实用新型实施例提供的多光束合束结构，通过N个光学补偿模组对N路光束输出模组输出的每路光束进行光学微角度和微位移补偿，补偿后的光束被反射镜模组反射至聚焦透镜模组，经聚焦透镜模组聚焦后，被光接收模块接收，由于光学补偿模组可以对光束进行光学微角度和微位移补偿，使得每路光束与光接收模组之间的耦合功率达到要求，从而解决了相关技术中存在的，由于元件设计加工和封装装配等产生的误差，导致的空间合束耦合效率不高的技术问题，提供了一种新的多光束合束结构，实现了提高空间合束耦合效率的技术效果，并降低了加工和装配难度，有利于产品的批量生产。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本实用新型实施例提供的多光束合束结构的示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的光学平板的补偿原理的示意图；

图3为本实用新型实施例中提供的光学楔角片的补偿原理的示意图。

具体实施方式

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。

请参考图1，图1是本实用新型实施例提供的多光束合束结构的示意图，该多光束合束结构包括N路光束输出模组10、N个光学补偿模组20、反射镜模组30、聚焦透镜模组40和光接收模组50；光学补偿模组20位于N路光束输出模组10的出射光路上，反射镜模组30位于N个光学补偿模组20的出射光路上，聚焦透镜模组40位于反射镜模组30的出射光路上，光接收模组50位于聚焦透镜模组40的出射光路上。

其中，N路光束输出模组10输出的N路光束中的每路光束经对应的光学补偿模组20补偿后，被反射镜模组30反射至聚焦透镜模组40，经聚焦透镜模组40聚焦后，被光接收模组50接收。N为大于1的正整数，例如：N可以为4、6或者9，假设N为6，则N路光束输出模组10能够输出6路光束，相应的，多光束合束结构包括6个光学补偿模组，与上述6路平行光束一一对应，分别对上述6路光束进行光学补偿。

本实用新型实施例中，在对多光束合束结构进行装配时，可以在有元件定位标志的底座上安装N路光束输出模组10、N个光学补偿模组20、反射镜模组30、聚焦透镜模组40和光接收模组50，由于N路光束输出模组10和反射镜模组30之间的相对装配误差，会导致N路平行光束经反射镜模组30反射后，各路平行光束中之间的相对位置产生倾斜和偏移。本实用新型实施例中，通过N个光学补偿模组20对N路光束输出模组10输出的每路光束进行光学补偿，使得每一路光束经反射镜模组30反射后，空间排布成一束相对位置可调的平行光束，从而降低由于入射角度大而引起的耦合损耗，提高空间合束的效率。

在具体实施过程中，可以将N路光束输出模组10输出的每一路光束分别与光接收模组50进行耦合，在耦合的过程中，调整光学补偿模组20的位置，使得光学补偿模组20在平行光路中产生轻微的转动，从而通过光学补偿模组20产生的光束位移或者角度变化，使得每一路光束往聚焦透镜模组40的中心轴线方向偏移，从而减小入射光束尺寸，然后，适当调节光接收模组50，使得每一路光束与光接收模组50之间的耦合功率达到最大，从而提高空间合束的效率。

本实用新型实施例中，在多光束合束结构的耦合功率达到要求后，可以对N路光束输出模组10、N个光学补偿模组20、反射镜模组30、聚焦透镜模组40和光接收模组50进行封装，封装好的多光束合束结构可以应用到光显示、光投影、大功率激光光源、光通信等领域的光学模组和光学引擎中。

接下来，对本实用新型实施例中的光学补偿进行说明。光学补偿可以包括位移补偿和角度补偿，位移补偿是指通过光学补偿模组20使得光束在像平面上的像点产生移动；角度补偿是指通过光学补偿模组20使得像点产生角度的偏移。

为了实现光学补偿，根据一种可能的实施方式，光学补偿模组20可以包括光学平板和/或光学楔角片，其中，光学平板用于对光束进行位移补偿，光学楔角片用于对光束进行角度补偿，在多光束合束结构中，多个光学平板可以为不同厚度的光学平板，多个光学楔角片也可以为不同厚度和角度的光学楔角片。在实际应用中，光学补偿模组20可以包括光学平板，以对一路光束进行位移补偿；或者光学补偿模组20也可以包括光学楔角片，以对一路光束进行角度补偿；或者光学补偿模组20可以包括光学平板和光学楔角片，以同时对一路光束进行位移补偿和角度补偿，本申请对此不做限制。

接下来，对光学补偿的原理进行说明。请参考图2，图2为本实用新型实施例中提供的光学平板的补偿原理的示意图。当光学平板位于平行光路中转动时，经过光学平板的光束的象点将产生移动，象点的移动量b(单位为mm)与光学平板的摆动角θ(单位为弧度)有如下关系：

其中，d为光学平板的厚度(单位为mm)，n为光学平板的折射率。由公式(1)可知，b是θ的复杂函数，当θ很小时，有如下的近似关系式：

由公式(2)可知，当θ很小时，b与θ之间具有线性关系。因此，在多光束合束的过程中，可以通过调整光学平板在平行光路中的摆动角θ，从而对光束的位移进行补偿。

请参考图3，图3为本实用新型实施例中提供的光学楔角片的补偿原理的示意图。当玻璃楔角片位于平行光路中时，经过光学楔角片的光束的象点将产生角度的偏移，象点的角度移动量θ(单位为弧度)与玻璃楔角片的楔角α有如下关系：

θ＝(n-1)α (3)

其中，n为光学楔角片的折射率。因此，在多光束合束的过程中，可以通过光学楔角片对光束的角度进行补偿。

在具体实施过程中，可以通过光功率计等设备观察每一路光束的耦合功率，在观察到耦合功率达到要求后，可以通过紫外胶预固化该路光束对应的光学补偿模组，并用环氧胶进行热固化，以增加器件的可靠性，在实际应用中，也可以采用其他固化方式，本申请对此不做限制。

本实用新型实施例中，光学补偿模组20可以为透明介质，例如：光学补偿模组20可以为玻璃、塑料等透明介质，则光学补偿模组20可以为玻璃平板或者玻璃楔角片。进一步，为了增加光的透过率，还可以在光学补偿模组20的表面进行抛光，并镀增透膜层。

本实用新型实施例中，N路光束输出模组10可以为激光准直光束输出模组，激光准直光束输出模组包括激光发生器和准直整形透镜组，激光发生器用于生成激光，所述准直整形透镜组用于对所述激光进行准直处理，以输出激光准直光束。在实际应用中，激光发生器可以为半导体激光器或者固定激光器等。

本实用新型的上述方案中，通过将多路激光准直光束进行合束，可以获得大功率激光输出，从而应用在工业大功率激光器等领域中。在实际应用中，N路光束输出模组10还可以为RGB三色光源输出模组，或者N路光束输出模组10还可以为波长不同的光束输出模组，本申请对此不做限制。

接下来，对本实用新型实施例中的反射镜模组30进行说明，反射镜模组30可以通过以下两种方式实现。

一种可能的实现方式为：反射镜模组30可以包括多个分立的反射镜片，所述多个反射镜片呈多级阶梯状。具体的，多个分立的反射镜片可以通过多级阶梯状工装进行安装和定位，其中，反射镜片可以为反射滤波片，多级阶梯状工装可以是金属材质或者玻璃材质。在将分立的反射镜片安装在多级阶梯状工装上后，可以使用紫外胶对分立的反射镜片进行预固化，然后，撤下多级阶梯状工装，对余下的反射镜片进行环氧胶的热固化，使得多个反射镜片呈多级阶梯状，并增加器件的可靠性，在实际应用中，也可以采用其他固化方式，本申请对此不做限制。

另一种可能的实现方式为：反射镜模组30可以是一体的多级阶梯状模块，所述一体的多级阶梯状模块可以为通过玻璃模压成形等方式形成的多级阶梯状玻璃模块，多级阶梯状玻璃模块的反射面镀有高反射膜层，以增加光的反射率。

本实用新型实施例中，聚焦透镜模组40可以包括球面透镜、非球面透镜和衍射透镜中的一种，例如：聚焦透镜模组40可以由一片或者多片球面透镜组成，又例如：聚焦透镜模组40也可以由一片或者多片非球面透镜组成。

本实用新型实施例中，光接收模组50可以为单模光纤组件或多模光纤组件。

由上述方案可以看出，本实用新型实施例提供的多光束合束结构，器件结构简单，器件的成本和光路的调节难度较低，光束合束效率较高。

本实用新型实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

本实用新型实施例提供的多光束合束结构，通过N个光学补偿模组对N路光束输出模组输出的每路光束进行光学微角度和微位移补偿，补偿后的光束被反射镜模组反射至聚焦透镜模组，经聚焦透镜模组聚焦后，被光接收模块接收，由于光学补偿模组可以对光束进行光学微角度和微位移补偿，使得每路光束与光接收模组之间的耦合功率达到要求，从而解决了相关技术中存在的，由于元件设计加工和封装装配等产生的误差，导致的空间合束耦合效率不高的技术问题，提供了一种新的多光束合束结构，实现了提高空间合束耦合效率的技术效果，并降低了加工和装配难度，有利于产品的批量生产。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。