CN101273504B - 激光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适于将激光耦入至少一个光学纤维中的激光装置，包括：多个激光源(100-113)，被设置为与该至少一个光学纤维的光入射面间隔开；光阑(700)，适于在耦入该至少一个光学纤维中之前对在激光源(100-113)工作期间所发射的激光进行空间限制；其中激光源(100-113)包括至少一组第一激光源(100-106)和至少一组第二激光源(107-113)，并且激光装置包括耦合装置，适于在入射到该至少一个光学纤维之前将第一和第二激光源(100-106，107-113)工作期间的激光相互耦合。

Description

激光装置
技术领域
本发明涉及激光装置，适于将激光耦入至少一个光学纤维，包括被设置为与该至少一个光学纤维的光入射面间隔开的多个激光源和适于在耦入该至少一个光学纤维之前对在激光源工作期间所发射的激光进行空间限制的光阑。
背景技术
前面所提类型的激光装置基本上在现有技术中是已知的。对于具有纤维耦合(Faserkopplung)的大功率激光二极管系统，激光二极管条(Laserdiodenbarren)或单激光二极管(所谓的单管)已经被用作辐射源，并以这样的方式设置，即辐射源与光学纤维的光入射面的距离是可不同的。如果所得到的激光束在聚焦到光学纤维的光入射面上之前只由唯一的光阑限制，则在已知激光装置中，对于激光的空间分布不可能获得优化结果。对于已知的激光装置，经常出现像散误差(Astigmatismusfehler)，其可能影响将激光耦入光学纤维中。已知的激光装置的另一缺点在于，其空间需求由于多个光学元件而经常相对很大。
发明内容
为此提出本发明。
本发明的任务在于提供一种激光装置，在该激光装置中，可以以简单的方式避免像散误差，并且其空间需求相对很小。
具有权利要求1特征部分特征的前面所提类型的激光装置提供了该任务的解决方案。从属权利要求涉及本发明的有利的改进方式。
根据本发明，激光源包括至少一组第一激光源和至少另一组第二激光源，并且激光装置包括耦合装置，适于在入射到该至少一个光学纤维中之前耦合第一和第二激光源工作期间的激光。通过将激光源划分为可相互独立地工作的第一和第二激光源两组，并通过设置耦合装置，可以以简单的方式提供尽可能无像散的激光装置用于将激光耦入光学纤维中。
在一个特别有利的实施方式中，第一激光源组和第二激光源组中至少一组的激光源被设置为在垂直方向上相互间隔开。由此，可以降低激光装置的空间需求。有利地，相邻的第一激光源和相邻的第二激光源都在垂直方向上相互间隔开，从而可以将激光装置的空间需求保持得相对很小。
例如，垂直方向上相邻的第一和第二激光源的距离可以至少为1.0mm。例如，相邻的第一或第二激光源的距离可以为大约1.1mm。
在一个特别有利的实施方式中，为第一和第二激光源中每一个分配一个反射装置，适于在第一或第二激光源各组的公共主传播方向上反射由第一和第二激光源所发射的激光。通过该方式，可以紧凑地实现激光装置，从而其空间需求可以被进一步降低。
在一个有利的实施方式中，为第一和第二激光源中每一个分配至少一个快轴准直装置。由此实现激光在快轴方向上的准直，从而可以改善射束质量。
根据一个有利实施方式，存在这样的可能性，即快轴准直包括至少一个柱面透镜。
有利地，为第一和第二激光源组中至少一个分配至少一个慢轴准直装置。通过该措施实现了还可以在慢轴上对激光源所发射的光进行准直。通过这种方式，可以在耦入光学纤维中之前进一步改善激光的射束质量。
存在这样的可能性，即慢轴准直装置包括至少一个柱面透镜。
本发明的一个优选改进方式的特征在于，为激光源组中至少一个组分配至少一个相位延迟装置。设置在第一和/或第二激光源的光程中的相位延迟装置使得可以有目的地改变第一或第二激光源所发射的激光的偏振。
例如，相位延迟装置可以是λ/2延迟元件。其导致激光的偏振面旋转90°。
在一个特别有利的实施方式中，耦合装置可以包括至少一个偏振耦合设备，适于耦合由第一激光源组所发射的激光与由第二激光源组所发射的激光。通过这种方式，可以以简单的方式通过激光偏振实现由第一和第二激光源所发射的激光的耦合。
有利地，偏振耦合设备是偏振分束器。
在一个特别有利的实施方式中，耦合装置包括至少一个射束偏转装置，适于将由第一和第二激光源组中至少一个组所发射的激光偏转到偏振耦合设备的方向上。例如，由第一和第二激光源所发射的激光的主传播方向可以基本上相互平行地延伸。为了在偏振耦合设备中将激光相互耦合，可以设置射束偏转装置，例如用于将激光偏转90°。
有利地，射束偏转装置包括至少一个镜面单元。
在一个特别有利的实施方式中，激光装置包括至少一个球面透镜装置，其在射束传播方向上设置在光阑之后，适于将第一和第二激光源的相互耦合的激光聚焦到该至少一个光学纤维的光入射面上。由此，可以实现良好的聚焦，并因此可以相对损耗很小地将激光耦入光学纤维中。
附图说明
借助于下面参考图1对优选实施例的描述，本发明的其他特征和优点变得显而易见。
图1以非常简化的示意形式显示了根据本发明一个有利实施方式的激光装置的平面图。
具体实施方式
适于将激光耦入光学纤维中的激光装置包括被设置为与图1中未明确示出的光学纤维的光入射面间隔开的多个激光源100-113。在该实施例中，激光装置总共包括十四个激光源100-113。激光源100-113优选是单半导体激光二极管(所谓的单管)，其光出射面的宽度例如可以是大约100μm，并且其分别可以具有大约4瓦特的功率。根据本发明的一个未示出的变体，也存在这样的可能性，即使用激光二极管条作为激光源。
分别为激光源100-113中每一个分配一个快轴准直装置，该快轴准直装置被设置在相应激光源100-113的大约100μm宽的光出射面之前。为了简化示图，激光源100-113和分别与其对应的快轴准直装置在图1中被示意性地表示为单独部件。快轴准直装置例如可以包括至少一个柱面透镜，并且使得可以在所谓的快轴上准直激光源100-113所发射的激光，以便以该方式改善射束质量。
此外，分别为激光源100-113中每一个分配一个反射装置200-213，其中反射装置与相应激光源100-113间隔开地设置在激光装置的光程中。反射装置200-213中每一个例如可以包括至少一个镜面元件。
可以看到，在这里所示出的激光装置，激光源100-113被划分为第一激光源100-106组以及第二激光源107-113组。如上面已经提到的那样，第一和第二激光源100-106、107-113这两组的激光源100-113中每一个分别对应于反射装置200-206及207-213中的一个。
其中，反射装置200-206相对于与其对应的第一激光源100-106以该方式设置在激光装置的光程中，并且分别相对于从示图平面延伸出的垂直轴这样地旋转，即第一激光源100-106所发射的光可以在分别对应于其的反射装置200-206上反射之后基本上在z方向上传播。此外，在该实施例中，第一激光源100-106在垂直方向上、并因此在高度上相互偏移地设置。其中，第一激光源100-106可以例如在垂直方向上、并因此在高度上相互相对偏移大约1.1mm地设置。相应地，反射装置200-206同样可以在垂直方向上相互偏移1.1mm地设置。替代地或附加地，还存在这样的可能性，即尤其在垂直方向上使用不同尺寸的反射装置200-206。第一激光源100-106的相互高度偏移的布置意味着，由第一激光源100-106所发射的激光可以在相互间隔开的不同反射平面上传播，这些反射平面分别由入射到反射装置200-206上并被其反射的激光束的传播方向撑开。通过这种方式，可以实现激光装置的相对紧凑的构造。在反射装置200-206上反射之后的激光的传播方向在下文中还被称为第一激光源100-106组的激光的主传播方向。
相应地，第二激光源107-113在垂直方向上同样相互相对高度偏移地被设置。其中，相邻的第二激光源107-113可以例如在垂直方向上、并因此在高度上相互相对偏移大约1.1mm地被设置。相应地，反射装置207-213同样在垂直方向上相互相对偏移大约1.1mm地被设置。替换地或附加地，还存在这样的可能性，即尤其在垂直方向上使用不同尺寸的反射装置207-213。第二激光源107-113的高度偏移的布置意味着，由第二激光源107-113所发射的激光也可以在相互间隔开的不同反射平面上传播。对应于第二激光源107-113的反射装置207-213也这样设置在激光装置的光程中，并分别围绕垂直轴旋转，使得在第二激光源107-113的工作期间所发射的激光同样可以基本上在z方向上、即基本上与第一激光源100-106所发射的激光的主传播方向平行地传播。该传播方向在下文中也被称为第二激光源107-113组的主传播方向。
在第一组激光源100-106的主传播方向上，在对应于激光源106的反射装置206之后设置第一慢轴准直装置300。第一慢轴准直装置300适于在所谓的慢轴上准直由第一激光源100-106发射并由反射装置反射到主传播方向中的激光，以便由此改善射束质量。例如，第一慢轴准直装300可以包括至少一个柱面透镜。
相应地，在激光装置的光程中，在第二组激光源107-113的主传播方向上，在对应于激光源113的反射装置213之后设置第二慢轴准直装置301，其适于在慢轴方向上准直由第二激光源107-113发射并被反射装置207-213反射到主传播方向上的激光。例如，第二慢轴准直装置301同样可以包括至少一个柱面透镜。
为了在耦入光学纤维之前组合第一和第二激光源100-106、107-113这两组的激光，激光装置包括耦合装置，该耦合装置适于在耦入光学纤维的光入射面之前将第一和第二激光源100-106、107-113所发射的激光相互耦合。
在该实施例中，耦合装置包括例如可以是传统偏振分束器的偏振耦合设备400以及射束偏转装置500。此外，在第二激光源107-113的光程中设置相位延迟装置600，其在该实施例中是λ/2延迟元件。第二激光源107-113所发射的光在相应反射装置207-213上发射之后在主传播方向上传播通过第二慢轴准直装置301，第二激光源107-113所发射的光穿过(durchqueren)相位延迟装置600，并基于λ/2延迟元件而经历偏振方向的90°旋转。
随后，借助于例如可以包括至少一个镜面元件的射束偏转装置500，激光被反射90°到偏振耦合设备400的方向上。在偏振偶合方向400上，在射束偏转装置500上偏转的第二激光源107-113的激光与第一激光源100-106所发射的激光在偏转上相互耦合。可以看到，在该实施例中，既几何地、又在偏转上实现激光的耦合。因此，在偏振耦合设备400内，由第一激光源100-106所发射的激光与由第二激光源107-113所发射的激光耦合，并随后在z方向上传播通过在射束传播方向上设置在偏振耦合设备400之后的光阑700，并然后到达球面透镜装置800上，该球面透镜装置800将激光投影到未明确示出的光学纤维的光入射面上，从而激光可以以高功率被耦入光学纤维中。
这里所示出的激光装置提供了一种激光源100-113的去像散装置，并且通过特殊配置使得可以消隐(Ausblendung)在慢轴上以过大角度到达光学纤维的激光束。由此，可以实现光学纤维不被以过大角度入射或到达光学纤维的纤维包层的激光加热超过可容忍程度，并因此可能被损坏。
可以看到，激光装置只需要唯一的光阑700，其在射束传播方向上被设置在球面透镜装置800之前。借助于这里所示出的其中既几何地又在偏振上实现激光耦合的激光装置，可以提供在快轴和慢轴上直径都小于大约50μm半值宽度(Halbwertsbreite)的光斑。
在这里所示出的实施例中，所使用的透镜的数量同样可以被保持为相对很小，并且激光装置的总空间需求被降低。在该实施例中，激光装置只需要十四个快轴准直装置以及两个慢轴准制装置300、301和唯一一个适于将激光聚焦到光学纤维的光入射面上的球面透镜装置800。
在这里所示的实施例中，对于光斑的大小和对于快轴和慢轴中的发散实现了近似平方关系，从而可以只以一个球面透镜装置800实现基本去像散聚焦。因此，可以提供用于将激光耦入光学纤维中的激光装置，其试验在数值孔径(NA)大约为0.22时纤维芯直径为50μm至100μm的光学纤维中的耦合效率。

Claims (12)

1.一种适于将激光耦入至少一个光学纤维中的激光装置，包括：
多个激光源(100-113)，所述激光源被设置为与所述至少一个光学纤维的光入射面间隔开；
光阑(700)，所述光阑适于在耦入所述至少一个光学纤维中之前对在所述激光源(100-113)工作期间所发射的激光进行空间限制；
其特征在于，
所述激光源(100-113)包括至少一组第一激光源(100-106)和至少一组第二激光源(107-113)，并且所述激光装置包括耦合装置，所述耦合装置适于在入射到所述至少一个光学纤维之前将所述第一激光源(100-106)和第二激光源(107-113)工作期间的激光相互耦合；
为第一和第二激光源(100-106，107-113)组中至少一组分配至少一个相位延迟装置(500)；
所述耦合装置包括至少一个偏振耦合设备(400)，适于耦合由第一激光源(100-106)组所发射的激光与由第二激光源(107-113)组所发射的激光；
所述耦合装置包括至少一个射束偏转装置(600)，适于将由第一和第二激光源(100-106，107-113)组中至少一组所发射的激光偏转到所述偏振耦合设备(400)的方向上。
2.根据权利要求1的激光装置，其特征在于，第一和第二激光源(100-106，107-113)组中至少一组的激光源(100-113)被设置为在垂直方向上相互间隔开。
3.根据权利要求2的激光装置，其特征在于，垂直方向上相邻的第一激光源(100-106)和第二激光源(107-113)的距离为至少1.0mm。
4.根据权利要求1至3中任一项的激光装置，其特征在于，为所述第一和第二激光源(100-106，107-113)中每一个分配至少一个反射装置(200-206，207-213)，所述反射装置适于在各组第一或第二激光源(100-106，107-113)的公共主传播方向上反射由第一激光源(100-106)和第二激光源(107-113)所发射的光。
5.根据权利要求1至3中任一项的激光装置，其特征在于，为激光源(100-113)中每一个分配至少一个快轴准直装置。
6.根据权利要求5的激光装置，其特征在于，所述快轴准直装置包括至少一个柱面透镜。
7.根据权利要求1至3中任一项的激光装置，其特征在于，为第一激光源(100-106)组和第二激光源(100-106，107-113)组中至少一组分配至少一个慢轴准直装置(300，301)。
8.根据权利要求7的激光装置，其特征在于，所述至少一个慢轴准直装置(300，301)包括至少一个柱面透镜。
9.根据权利要求1的激光装置，其特征在于，所述至少一个相位延迟装置(500)是λ/2延迟元件。
10.根据权利要求1的激光装置，其特征在于，所述至少一个偏振耦合设备(400)包括偏振分束器。
11.根据权利要求1的激光装置，其特征在于，所述射束偏转装置(600)包括至少一个镜面元件。
12.根据权利要求1至3中任一项的激光装置，其特征在于，所述激光装置包括在射束传播方向上被设置在所述光阑(700)之后的至少一个球面透镜装置(800)，适于将相互耦合的第一和第二激光源(100-106，107-113)的激光聚焦到所述至少一个光学纤维的光入射面上。
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