CN100456070C

CN100456070C - 多束激光凹面反射镜光纤耦合装置

Info

Publication number: CN100456070C
Application number: CNB2007100049287A
Authority: CN
Inventors: 马晓辉; 史全林; 徐莉; 王玲
Original assignee: Changchun University of Science and Technology
Current assignee: Changchun Hi Tech Co., Ltd.
Priority date: 2007-02-12
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2027-02-12
Also published as: CN101013187A

Abstract

多束激光凹面反射镜光纤耦合装置是一种采用了凹面反射镜实现来自多只单发射区激光二极管的激光与一根光纤祸合的装置，属于激光光纤耦合技术领域。现有技术采用聚焦透镜组实现多束激光与单根光纤的耦合，其不足是结构复杂，聚焦透镜组由包括柱面透镜在内的至少三个透镜组成；调整困难，需要反复、精确地调整多个一级反射镜、二级反射镜以及各透镜。本发明采用多个光纤柱透镜、多个平面反射镜以及凹面反射镜，光纤的端面位于凹面反射镜的曲率中心，多束发散的光束经准直、反射、聚焦后与光纤耦合。结构简单、调整容易，并保证了大功率输出、耦合效率。可应用于大功率半导体激光与光纤耦合技术领域。

Description

多束激光凹面反射镜光纤耦合装置

技术领域

本发明是一种采用了凹面反射镜实现来自多只单发射区激光二极管的激光与一根光纤耦合的装置，属于激光光纤耦合技术领域。

背景技术

单只大功率激光二极管的发光功率一般连续输出也只有4瓦，为了获得更大功率输出，并且与一根光纤耦合，一种现有技术其方案见图1所示，呈阶梯状均匀分布的多个单发射区激光二极管LD₁、LD₂、LD₃、…、LD_n分别发射波长均为λ的激光，分别经多个一级反射镜M₁、M₂、M₃、…、M_n反射至二级反射镜1，再经二级反射镜1反射至光学系统2，聚焦后与光纤3耦合。光学系统2是一个聚焦透镜组，其作用是将多束且发散的激光聚焦，以与端面直径为几百微米数量级的光纤3耦合。该装置可将多只单发射区激光二极管发出的光束与单根光纤耦合并输出，从而可实现较大功率输出；由于每个激光二极管LD位置间隔较大，从而易于散热，提高了激光二极管的可靠性和寿命；耦合效率能够达到60％。

发明内容

现有技术存在的问题首先是结构复杂，表现在所使用的光学系统2上，该系统由包括柱面透镜在内的至少三个透镜组成。其次是调整困难，多个一级反射镜M₁、M₂、M₃、…、M_n的位置与角度，二级反射镜1的位置与角度，以及光学系统2内部各透镜的位置等是一组相关的、直接影响耦合效率的因素，需反复、精确地调整，方能实现较高效率的耦合。为了简化多束激光与光纤耦合的装置，易于调整，并且具有较高的耦合效率，我们发明了本发明之多束激光凹面反射镜光纤耦合装置。

本发明是这样实现的，见图2所示，该装置由多个多个光纤柱透镜CL₁、CL₂、CL₃、…、CL_n，多个平面反射镜PM₁、PM₂、PM₃、…、PM_n以及凹面反射镜4组成，多个光纤柱透镜CL₁、CL₂、CL₃、…、CL_n分别设置在多个单发射区激光二极管LD₁、LD₂、LD₃、…、LD_n的出光处，多个平面反射镜PM₁、PM₂、PM₃、…、PM_n分别设置在多个光纤柱透镜CL₁、CL₂、CL₃、…、CL_n上方，一字排列且均倾斜44～46度角，凹面反射镜4的反射面与来自多个平面反射镜PM₁、PM₂、PM₃、…、PM_n的反射光束相对，凹面反射镜4与垂直方向的夹角α为1～5度，光纤3的端面位于凹面反射镜4的曲率中心O。

多个光纤柱透镜CL₁、CL₂、CL₃、…、CL_n由光纤切割而成，与通过光学加工制作的柱面透镜相比，制作容易，其作用是对多个单发射区激光二极管LD₁、LD₂、LD₃、…、LD_n发出光束的“快轴”发散角进行压缩，实现光束的准直，以利于耦合效率的提高。多个平面反射镜PM₁、PM₂、PM₃、…、PM_n的作用在于改变光束的传播方向，使各光束投射到凹面反射镜4的反射面上。凹面反射镜4在将多束光反射并聚焦到光纤3的端面的同时在“慢轴”方向上压缩每束光。本发明之装置最终效果表现在，当采用发射区宽度为100μm的激光二极管，光纤3芯径为100μm时，耦合效率可达80％。单只激光二极管的功率为4瓦，当选用5只，则输出功率可达到16瓦。多个单发射区激光二极管LD₁、LD₂、LD₃、…、LD_n在装置中的分布与现有技术相同，呈阶梯状均匀分布，所以依然具有散热好、从而寿命长的特点。在保证耦合效率、输出功率和亮度以及多个激光二极管寿命的前提下，该装置的结构简单，由多个光纤柱透镜CL₁、CL₂、CL₃、…、CL_n和凹面反射镜4完成了光束的准直和聚焦，取代了现有技术的二级反射镜1和光学系统2。并且，多个光纤柱透镜CL₁、CL₂、CL₃、…、CL_n只需分别放置在多个激光二极管LD₁、LD₂、LD₃、…、LD_n输出光束前稍加调整即可；多个平面反射镜PM₁、PM₂、PM₃、…、PM_n的倾斜程度也只需在44～46度范围内大致调整使光束反射到凹面反射镜4的反射面上即可；在1～5度的范围内调整凹面反射镜4在与垂直的方向的夹角α，直到其曲率中心落到光纤3的端面即可。所以说本发明之装置的调整较现有技术来说简单。

附图说明

图1是现有技术之耦合装置结构及光路示意图。图2是本发明之耦合装置结构及光路示意图，该图同时作为摘要附图。

具体实施方式

本发明的具体实施方案仍见图2所示，该装置由多个光纤柱透镜CL₁、CL₂、CL₃、…、CL_n，多个平面反射镜PM₁、PM₂、PM₃、…、PM_n以及凹面反射镜4组成。多个光纤柱透镜CL₁、CL₂、CL₃、…、CL_n由数值孔径为0.22、芯径为200μm的光纤切割而成，分别设置在多个单发射区多个激光二极管LD₁、LD₂、LD₃、…、LD_n出光处。多个激光二极管LD₁、LD₂、LD₃、…、LD_n的发射区大小为1μm×100～200μm，光纤3芯径要大于等于激光二极管LD发射区的宽度；阶梯状均匀分布，即在xy平面内相邻激光二极管LD之间水平距离差Dx与垂直距离差Dy相等，从而保证每只激光二极管LD发射的光束到达凹面反射镜4的反射面的光程相等，其关系可用下式表示：

L₁₁+L₁₂＝L₂₁+L₂₂＝L₃₁+L₃₂＝…＝L_n1+L_n2

以实现多束光的汇聚。多个平面反射镜PM₁、PM₂、PM₃、…、PM_n分别设置在多个光纤柱透镜CL₁、CL₂、CL₃、…、CL_n上方，一字排列，其倾斜度角在44～46度范围内调整，在使反射光束均投射到凹面反射镜4的反射面上的同时，还能取得L₁₁+L₁₂≈L₁、L₂₁+L₂₂≈L₂、L₃₁+L₃₂≈L₃、…、Ln₁+Ln₂≈Ln的效果。凹面反射镜4的反射面为球面，与来自多个平面反射镜PM₁、PM₂、PM₃、…、PM_n的反射光束相对。凹面反射镜4与垂直方向的夹角α与光纤3的芯径有关，为了保证得到较高的耦合效率，当芯径大于或等于100μm时，夹角α为1～5度。光纤3的端面位于凹面反射镜4的曲率中心O，或者说凹面反射镜4的反射面到光纤3的端面的距离Ln等于凹面反射镜4的曲率半径R。凹面反射镜4的反射面的曲率半径R取决于多个激光二极管LD的只数和间隔距离Dx、Dy，当只数为3～6只，Dx(Dy)为4～8mm时，曲率半径R在40～60mm之间。例如，当n＝5，即采用5只激光二极管LD，相邻多个激光二极管LD之间的水平距离差Dx与垂直距离差Dy均为6mm，光纤3的芯径为100μm时，可取凹面反射镜4反射面曲率半径R为50mm，与垂直方向的夹角α为3度。

Claims

1、一种多束激光光纤耦合装置，其特征在于，该装置由多个光纤柱透镜(CL₁、CL₂、CL₃、…、CL_n)，多个平面反射镜(PM₁、PM₂、PM₃、…、PM_n)以及凹面反射镜(4)组成，多个光纤柱透镜(CL₁、CL₂、CL₃、…、CL_n)分别设置在多个单发射区激光二极管(LD₁、LD₂、LD₃、…、LD_n)的出光处，多个平面反射镜(PM₁、PM₂、PM₃、…、PM_n)分别设置在多个光纤柱透镜(CL₁、CL₂、CL₃、…、CL_n)上方，一字排列且均倾斜44～46度角，凹面反射镜(4)的反射面与来自多个平面反射镜(PM₁、PM₂、PM₃、…、PM_n)的反射光束相对，凹面反射镜(4)与垂直方向的夹角(α)为1～5度，光纤(3)的端面位于凹面反射镜(4)的曲率中心(O)。

2、根据权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，多个光纤柱透镜(CL₁、CL₂、CL₃、…、CL_n)为数段数值孔径为0.22、芯径为200μm的光纤。

3、根据权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，多个激光二极管(LD)的只数为3～6只，相邻多个激光二极管(LD)之间的水平距离差Dx与垂直距离差Dy相等且均为4～8mm。

4、根据权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，凹面反射镜(4)的反射面为球面，曲率半径(R)在40～60mm之间。