小型化高功率激光光纤耦合系统的制作方法

本实用新型涉及激光投影领域，具体为一种小型化高功率激光光纤耦合系统，应用于激光打标、激光焊接、激光切割、激光美容、激光医疗、激光照明、激光显示、舞台灯光等方面。

背景技术：

投影机作为显示行业中最具发展潜力的设备，自诞生以来即被广泛应用于各行业。但目前的灯泡工程投影机由于寿命、颜色、亮度、使用成本、不环保等局限，已经很难跟上时代的步伐，更无法满足诸如数字标牌、控制室等新的行业应用需求。激光投影显示技术，可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更具震撼的表现力，又具有高亮度、超长寿命、使用成本低和高环保等特性，被誉为显示行业的终极显示技术。

激光投影机还创造出了更多全新的应用，商业领域对显示设备有着更苛刻的要求，希望产品有优异的影像、长寿命、低功耗、免维护等特性，而激光投影机完全满足了这种苛刻的要求，但目前制约激光投影更大范围内普及的产品问题就包括“产品体积”问题。激光投影市场缺乏轻量级产品，而轻巧的产品反而是商务、教育、家用市场比较受欢迎的产品。如何在产品体积上进一步突破、缩小，实现激光投影的高亮度、小型化，是目前行业技术研究的方向之一。

目前激光投影市场广泛使用的激光光源都是to封装技术，to封装技术工艺简单，成本低，使用起来灵活方便，但单颗光源的功率不高，因此用于单台激光投影机的光源数量较多，通常激光投影机输出一万流明的光通量，需要一百六十颗激光光源，而且市场对激光投影机的亮度需求越来越高，其中激光巨幕需求投影机的输出光通量高达六万流明以上，这样单台投影机需要的光源数量就达到上千颗，因此需要对光源分组进行光纤耦合，这样以来由于光源自身封装体积大，再加上光纤耦合会进一步增加光源体积，从而导致激光光源体积庞大。为解决激光光源体积大这一难题，申请人研发了小型化高功率激光光纤耦合系统，为推动激光投影事业向更广泛的领域延伸打下基础。

技术实现要素：

为了减小激光光源的体积，实现高功率激光光源产品的小型化，为激光投影显示技术向其他应用领域扩展打下基础，本实用新型提供一种小型化高功率激光光纤耦合系统，可以有效减小高功率激光光源体积。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种小型化高功率激光光纤耦合系统，包括光源基板，所述光源基板上规则排布有发光芯片。

包括透镜基板，所述透镜基板上排布有与每个发光芯片位置相应的透镜单元。

包括x向光束调制组件，所述x向光束调制组件上排布有与每个发光芯片位置相应的x向调制单元。

包括y向光束调制组件，所述y向光束调制组件上排布有与每个发光芯片位置相应的y向调制单元。

每个发光芯片发出的光束依次经过各自对应的透镜单元、x向调制单元、y向调制单元后经过反射组件后通过光收集组件进入光纤插芯。

优选的，发光芯片的发散角度在与光束传输方向垂直的横截面内，x和y两个方向的分量不同，将发散角度小（发散角8~10度）的方向作为x方向，将发散角度大（发散角30~35度）的方向作为y方向，则光源基板上发光芯片在x方向上的间隔为2~3mm、在y方向上的间隔为5~6mm。

上述小型化高功率激光光纤耦合系统中，首先光源发光芯片空间密集排布，发光芯片的发散角度在与光束传输方向垂直的横截面内，两个方向的分量不同，因此准直后在这两个方向上的光斑尺寸也不同，为减小光源体积，需剔除无光区域，所以，根据现有发光芯片的条件，光源基板上发光芯片在x方向上的间隔为2~3mm、在y方向上的间隔为5~6mm，实现行列规则密集排布。之后，在系统内部设计双向光束调制组件，x向光束调制组件对激光光源在与光束传输方向垂直的截面内，偏转指向在x方向的投影分量进行指向矫正，y向光束调制组件对激光光源在与光束传输方向垂直的截面内，偏转指向在y方向上的投影分量进行指向矫正，矫正后的激光光束质量满足光纤耦合条件；设计采用了双向光调制组件，使高度密集排列的激光光源实现了光纤耦合输出，减小了光纤输出的光源体积，降低了激光光纤光源生产制造的成本，提高了激光光源的功率，推动激光投影显示技术尽早实现小型化。

本实用新型设计合理，实现了体积小、功率大的激光光纤输出光源，具有很好的实际应用价值。

附图说明

图1表示本实用新型的结构示意图。

图中：1-光源基板1a-发光芯片，2-透镜基板，2a-透镜单元，3-x向光束调制组件，3a-x向调制单元，4-y向光束调制组件，4a-y向调制单元，5-反射组件，6-光收集组件，7-光纤插芯。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。

一种小型化高功率激光光纤耦合系统，如图1所示，包括光源基板1，光源基板1上规则（按照行和列）排布有发光芯片1a，构成激光光源。

如图1所示，包括透镜基板2，透镜基板2上排布有与每个发光芯片1a位置相应的透镜单元2a，构成透镜阵列。

如图1所示，包括x向光束调制组件3，x向光束调制组件3上排布有与每个发光芯片1a位置相应的x向调制单元3a。

如图1所示，包括y向光束调制组件4，y向光束调制组件4上排布有与每个发光芯片1a位置相应的y向调制单元4a。

如图1所示，x向光束调制组件3和y向光束调制组件4构成了双向光束调制组件（属于现有组件），x向光束调制组件3和y向光束调制组件4位置可以互换。

如图1所示，每个发光芯片1a发出的光束依次经过各自对应的透镜单元2a、x向调制单元3a、y向调制单元4a后经过反射组件5后通过光收集组件6进入光纤插芯7。

具体实施时，激光光源内的发光芯片在空间内密集排布，根据发光芯片的发散角度在与光束传输方向（z方向）垂直的横截面内，x和y两个方向的分量不同，因此准直后在这两个方向上的光斑尺寸也不同，为减小光源体积，需剔除无光区域。例如则将发散角度小的方向作为x方向，将发散角度大的方向作为y方向，则光源基板1上发光芯片1a在x方向上的间隔为2~3mm、在y方向上的间隔为5~6mm。具体为，制作高度密集排布激光光源，以单个激光光源模块的发光芯片数量为40颗为例，如果以5×8形式排列，则尺寸排布在发散角度小的方向（x方向）上空间间隔2mm（即每行数量为8颗），发散角度大的方向（y方向）上空间间隔5.5mm（即每列数量为5颗），在间隔小的方向上可以多分布尽可能减小体积，整体光斑尺寸是20×22.5mm，整个激光光源外形尺寸控制在30×40mm。目前to封装的激光光源（含有一个发光芯片）外形尺寸一般是直径6mm，在光源密集排布且不考虑机械尺寸的情况下，该小型化高功率激光光源体积缩减至原来的三分之一，有效减小了激光光源的体积。

激光光源密集排布，由于基底材料加工误差、准直器件加工误差以及装配误差的存在，使得光源之间的指向性角度偏差较大，同时发光芯片排布密集，无光区域较小，因此限制了很多光束调制的方案，使得高密集度激光光源很难进行光纤耦合。所以，该小型化高功率激光光纤耦合系统采用空间双向光束调制方案，对激光光源指向性角度在两个方向上分别进行光束调制，激光光源经过双向光束调制组件进行光束调制，调制后的激光经反射组件反射，进入光收集组件，通过光收集组件耦合进入光纤。

小型化高功率激光光纤耦合系统中发光芯片空间密集排布，尽可能剔除无光区域，准直组件采用透镜阵列；双向光束调制组件由两个器件组成，x向光束调制组件x轴方向进行光束调制，y向光束调制组件对y轴方向进行光束调制；反射组件改变光束传播方向，起到对光源产品外形尺寸和体积的合理控制；光束收集组件采用透镜组，对激光光束进行整形、压缩使光束质量满足激光光纤耦合以及在光纤中传输的条件，保证光纤传输的可靠性、稳定性；光纤插芯固定光束接收光纤并对光纤起保护作用。

与现有技术制作的激光光源相比，体积庞大尤其是大功率激光光源，由于体积大，耗用材料多，导致生产成本偏高。采用本实施例方案制作，不仅可以将同等亮度的激光光源体积缩减一半，而且使激光光源的制作成本大幅下降，下降幅度预计20%左右。

总之，该小型化高功率激光光纤耦合系统采用高度密集激光光源的光纤耦合方式，从而减小激光光源的体积，可以有效解决目前高功率激光光源体积庞大的问题，实现小型化、高功率的激光光源。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。