用于高功率激光二极管阵列垂直发散角测量的装置

摘要

本发明公开一种用于高功率激光二极管阵列垂直发散角测量的装置，包括刻有角度坐标的底盘、转动设置于底盘上且具有刻度线的旋转盘、设置于底盘中心且穿过旋转盘的中心轴、安装于旋转盘上且位于中心轴旁的第一位移调节器、固定在第一位移调节器上的L型支架、安装在L型支架上的第二位移调节器、装设于第二位移调节器上且竖直方向可俯仰的一维俯仰调节器、安装在一维俯仰调节器上的激光二极管阵列支架工装及与所述激光二极管阵列支架工装相连的水冷系统。本发明优点在于既保证了高功率激光二极管阵列在正常的温度下工作，也确保了发光线和中心轴的中心共线，在提高测量准确性的同时，也实现了可对不同热沉厚度上的激光二极管阵列进行测量的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量用装置，特别是配合对高功率激光二极管阵列垂直发散角进行测量的装置。

背景技术

目前，高功率激光二极管阵列已经广泛应用于工业激光器生产中，且基于激光二极管阵列具有体积小，功率大，效率高，可靠性好等优点，现在高功率激光二极管也应用于工业、医疗、军事等领域，应用的范围极为广泛。

不过，由于高功率激光二极管阵列的光场分布十分复杂且不对称，一般来讲，其上的发光单元输出光波是非相干的，远场区域的光强可以是单个发光单元光强的简单叠加。而对于典型的大功率激光二极管阵列而言，每个发光单元垂直(横模方向)输出光束的发散角约为40°～60°之间，亦属于非旁轴光波范畴。

在工业激光器生产过程中，通常可以将高峰值功率激光二极管作为激光器的泵浦源来使用，利用三个激光二极管阵列构成三角形结构，来代替灯泵激光器中的氙灯，从而实现激励工作物质的作用。那么这时，激光二极管阵列垂直发散角的大小便决定了其三角形结构的设计。当结构不变时，发散角增加，则会降低激光二极管的泵浦效率；如果发散角降低，则又会造成局部热效应不均。因此，不同激光二极管阵列的发散角决定了不同的设计结构，而对于激光二极管阵列发散角的测量，进一步对于激光二极管发光的耦合具有非常重要的意义。

现在，通常对激光二极管阵列发散角的测量有两种方法：第一种是直臂法；第二种是圆盘法。对于第一种方法而言，就是以发光线为轴作中心，然后旁边加一个直臂，且通过转动直臂来测量相应的发散角；该方式的优点是简单且容易操作，而缺点便是很难去保证转轴和发光线是同心，并且在测量过程中需要较大的空间去进行直臂操作。而相对第二种方法，其主要是固定探测器，且让二极管的发光面旋转，从而达到测量相应的发散角的目的；该方式的优点是当测量低功率激光二极管阵列时可节省空间，缺点就是测量高功率激光二极管阵列时，如果机械设计不当便会引起不同心，从而导致测量的不准确性。

另外，由于激光二极管的输出功率和光谱特性都与本身的温度有关，当使用高功率激光二极管阵列时，必须通过循环水使其在恒定的温度下保持正常的工作状态，故在测量高功率激光二极管阵列时，还有个技术难点存在，那就是循环水系统的引入。

综上所述，目前对激光二极管阵列发散角的测量存在以下缺点：

1)转轴和发光线很难保持同心，需要较大的测试空间，且测量准确性不高；

2)测量时无法引入循环水系统，导致高功率激光二极管阵列无法保持正常的工作状态，极大影响了激光二极管的输出功率和光谱特性。

发明内容

鉴于现有测量方法由于存在的转轴和发光线无法保持同心以及测量时无法引入循环水系统的缺点，而容易导致测量准确性低且激光二极管输出功率不高等问题，本发明的主要目的在于提供一种具有水冷系统，并且能够校准同心轴的，且用于配合高功率激光二极管阵列垂直发散角进行测量的装置。

为了实现上述目的，本发明所述用于高功率激光二极管阵列垂直发散角测量的装置采用了下述技术方案：

包括刻有角度坐标的底盘、活动设置于底盘上且具有刻度线的旋转盘、设置于底盘中心且穿过旋转盘的中心轴、安装于旋转盘上且位于中心轴旁的第一位移调节器、固定在第一位移调节器上的支架、安装在支架上的第二位移调节器、装设于第二位移调节器上的且在竖直方向可以俯仰的一维俯仰调节器以及安装在一维俯仰调节器上的激光二极管阵列支架工装，其中，在所述中心轴轴心处开设一洞，且在该洞中放置有红光指示器

此外，本发明所述用于高功率激光二极管阵列垂直发散角测量的装置还包括与所述激光二极管阵列支架工装相连的水冷系统。

所述激光二极管阵列支架工装呈U型，且开设有贯穿该整个U型支架工装的穿孔。

所述水冷系统包括水冷机以及一端与水冷机相连，另一端则与所述穿孔相连接的循环水管。

所述穿孔与循环水管相接处采用胶圈密封。

所述激光二极管阵列支架工装主要包括底座以及设置于底座两端的支杆，且在所述底座上设置有将激光二极管阵列固定到一维俯仰调节器上的链接孔。

所述红光指示器沿中心轴轴向向上发射红光。。

所述第一、第二位移调节器为一维位移调节器。

本发明所述用于高功率激光二极管阵列垂直发散角测量的装置具有以下优点：

1)水冷系统的引入，保证了高功率激光二极管阵列在正常的温度下工作；

2)准直系统的引入，即通过将红光指示器放置在中心轴内，保证了发光线和中心轴中心共线，测量的准确性高；

3)具有较大的冗余度和灵活度，能够对不同热沉厚度上的激光二极管阵列进行测量。

附图说明

图1为本发明所述用于高功率激光二极管阵列垂直发散角测量的装置的结构图；

图2为本发明所述L型支架的Z方向和Y方向的结构示意图；

图3为本发明所述激光二极管阵列支架工装的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来对本发明所述用于高功率激光二极管阵列垂直发散角测量的装置作进一步的详细说明。

参见图1、图2和图3所示，发明所述装置包括底盘1、旋转盘2、中心轴3、第一位移调节器4、支架5、第二位移调节器6、一维俯仰调节器7、激光二极管阵列支架工装8以及水冷系统。

其中，所述底盘1为一圆形柱体，且在该底盘1上刻有角度坐标，具体设计中，该底盘1上的角度为-90°到+90°之间。

所述旋转盘2为活动设置于底盘1上，且在该旋转盘2盘面上具有刻度线，以便于其与底盘1发生相对位置移动的情况下可以根据该刻度线所在位置读出相应的转动角度。

所述中心轴3为设置于底盘1中心且穿过旋转盘2，故上述旋转盘2为通过围绕该中心轴3在底盘1上进行旋转，实际设计时，该所述中心轴3的直径可为20mm，在该所述中心轴3的轴心处挖设一直径为10～15mm的洞(图中未示)，且在该洞中放置有一直径为13.5mm红光指示器31，该所述洞的直径大小可根据放置于该洞中的实际红光指示器31的大小来决定，测量时，通过不断旋转旋转盘2让红光指示器31发出的红光310能够垂直向上射出，并且通过微调红光指示器31的方向让其在出射方向1m的空间范围内都能够保持传播方向不偏移。

所述第一位移调节器4为X方向的一维位移调节器，其安装于旋转盘2上且位于中心轴3旁，例如，在实际测量时，该第一位移调节器4可安装在距离中心轴3轴心85mm处，位移范围在10mm内。

所述支架5呈L型，其一边固定在第一位移调节器4上，以便于随着第一位移调节器4沿着旋转盘2半径的方向移动。

所述第二位移调节器6为Y方向的一维位移调节器，且安装在支架5上的，目的在于让待测样品100(高功率激光二极管阵列)可以在垂直于旋转盘2半径的方向移动，实际操作时，该第二位移调节器6安装在与旋转盘2相距150mm的支架5位置处。

所述一维俯仰调节器7装设于第二位移调节器6上，该一维俯仰调节器7为Z方向上的俯仰调节器，其可在竖直方向进行俯仰，目的在于让待测样品100能够在Z方向上有俯仰变化，实际操作时，该俯仰角度范围可设置为±5°。

基于上述，在本发明中，所述X方向、Y方向和Z方向为分别基于旋转盘2所在水平面的水平横向方向、水平竖向方向以及垂直竖向方向。

所述激光二极管阵列支架工装8安装在一维俯仰调节器7上，其呈U型，在该U型支架工装上开设一贯穿整个U型结构的穿孔(图中未示)，且该工装主要包括底座80以及设置于底座80两端的支杆81，且在所述底座80上设置有将激光二极管阵列固定到一维俯仰调节器7上的链接孔(图中未示)。

所述水冷系统包括水冷机90以及一端与水冷机90相连，另一端则与所述穿孔相连接的循环水管91，且在该穿孔与循环水管91相接处采用胶圈密封。

在具体使用本发明所述装置前，首先，对红光指示器31进行校准，使其在旋转盘2旋转过程中保持传播方向不改变；其次，将高功率激光二极管阵列(待测样品100)固定到到激光二极管阵列支架工装上，即将高功率激光二极管阵列通过所述链接孔固定到Z方向的一维俯仰调节器7上，且接通水冷系统，并检查循环水管91与穿孔相连接处密封是否合格，是否有漏水现象；进一步，再将X方向的第一位移调节器4，Y方向的第二位移调节器6，Z方向的一维俯仰调节器7以及L型支架5等依序进行安装固定；最后，先进行粗调，即将高功率激光二极管阵列的发光线移动到红光指示器31的附近，随即再精确调节X方向，Y方向的位置和Z方向上的俯仰，让高功率激光二极管阵列的发光线和红光指示器31发出的红光310进行相切，从而保证高功率激光二极管阵列的发光线和旋转盘2的圆心共线。

在上述步骤实施完毕后，测量人员便可以搭配相应测试设备开始对高功率激光二极管的发散角的测量。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。