CN105676378B - 一种光纤耦合系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光纤耦合系统，包括至少三个发光元件、光偏移装置、光合束元件、光聚焦元件和光耦合元件，至少三个发光元件包括第一、第二和第三组发光元件，第一组发光元件与光偏移装置、光聚焦元件和光耦合元件对应，第二和第三组发光元件与光偏移装置、光合束元件、光聚焦元件和光耦合元件对应，以使三组发光元件发出的光线在水平方向和/或竖直方向上偏转预设角度，最终经光聚焦元件后在光耦合元件上形成在光耦合元件的径向上错开且三组光斑的任意两组光斑的中心线不在同一条直线上的三组光斑。通过将三组发光元件发出的光线在水平和/或竖直方向上调整角度，使在耦合镜上形成二维排列的光斑，有效的利用了光耦合元件通光孔径的有效空间。

Description

一种光纤耦合系统
技术领域
本发明涉及信号传输技术领域，尤其涉及一种光纤耦合系统。
背景技术
目前，由于光传输的可靠性，光纤的应用越来越普及，光纤被广泛应用在光缆线路中，用来进行数据通信。光纤主要是利用激光器产生的激光进行反射、合束等处理后耦合进光纤。
目前现有的多单管半导体激光器光纤耦合技术中单管半导体激光器发出的光束在进入耦合镜之前，形成的光束是呈一维水平排列的平行光束，因此在耦合镜上形成的是一维光斑，一维光斑仅仅占用了耦合镜通光口径中间的一小部分，导致耦合镜的有效通光口径空间使用不足、耦合镜有效通光口径空间浪费的问题。
为此，需要提供一种光纤耦合系统，可使三组发光元件发出的光线在耦合镜上形成二维排列的光斑，从而有效的利用光耦合元件通光孔径的有效空间。
发明内容
本发明提供一种光纤耦合系统，将三组发光元件发出的光线在在水平和/或竖直方向上调整角度，从而使三组光线在水平方向和竖直方向上都有相应的位移，因此可在耦合镜上形成二维排列的光斑，从而有效的利用了光耦合元件通光孔径的有效空间。
第一方面，本发明提供一种光纤耦合系统，包括：至少三个发光元件、光偏移装置、光合束元件、光聚焦元件和光耦合元件；
所述至少三个发光元件包括第一组发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件，所述第一组发光元件与所述光偏移装置、光聚焦元件和光耦合元件依次对应设置，所述第二组发光元件和第三组发光元件与所述光偏移装置、光合束元件、光聚焦元件和光耦合元件依次对应设置；
所述第一组发光元件在水平方向或竖直方向偏转第一预设角度后入射至所述光聚焦元件，所述第二组发光元件发出的光线经所述光偏移装置在水平方向偏转第二预设角度并在竖直方向偏转第三预设角度后入射至所述光合束元件，所述第三组发光元件发出的光线经所述光偏移装置在水平方向偏转第四预设角度并在竖直方向偏转第五预设角度后入射至所述光合束元件，入射到所述光合束元件的两组光线经所述光合束元件进行合束后入射至所述光聚焦元件；入射至所述光聚焦元件的三组光线经过所述光聚焦元件聚焦后在所述光耦合元件上形成在所述光耦合元件的径向上错开的三组光斑，且所述三组光斑的任意两组光斑的中心线不在同一条直线上。
优选的，所述光偏移装置包括：第一光方向调整元件和第二光方向调整元件；
所述第一光方向调整元件，与所述第二组发光元件和第三组发光元件，或与所述第一组发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件对应设置，用于对所述第二组发光元件和第三组发光元件，或对所述第一组发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件发出的光线在水平方向调整角度；
所述第二光方向调整元件，与所述第二组发光元件和第三组发光元件，或与或与所述第一组发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件对应设置，用于对所述第二组发光元件和第三组发光元件，或对所述第一组发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件发出的光线在竖直方向上调整角度。
优选的，与所述第一光方向调整元件和所述第二光方向调整元件为反射镜、折射镜、平面棱镜或折返射棱镜。
优选的，所述系统还包括：用于对所述第一组发光元件发出的光线和/或所述第二组发光元件发出的光线和/或所述第三组发光元件发出的光线进行准直的准直镜；
所述第一组发光元件和/或第二组发光元件和/或第三组发光元件发出的光线经过对应的准直镜的准直后入射至对应的所述第一光方向调整元件。
优选的，所述准直镜为快轴准直镜和/或慢轴准直镜。
优选的，所述光合束元件为偏振合束棱镜、波长合束棱镜或空间合束镜。
优选的，所述光聚焦元件为双凸镜、凸凹镜、平凸镜或组合柱面镜。
由上述技术方案可知，本发明通过将三组发光元件发出的光线在水平和/或竖直方向上调整角度，使三组光线在水平方向和竖直方向上都有相应的位移，因此可在耦合镜上形成二维排列的光斑，从而有效的利用了光耦合元件(一般指耦合镜)通光孔径的有效空间，满足了耦合镜中光束填充最大化的要求。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的光纤耦合系统的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的作为第二光方向调整元件的反射棱镜的结构示意图；
图3为图1中光纤耦合系统的光路图；
图4为图1中光纤耦合系统在耦合镜上形成的光斑图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例的一种光纤耦合系统，包括：至少三个发光元件、光偏移装置、光合束元件、光聚焦元件和光耦合元件；
所述至少三个发光元件包括第一组发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件，所述第一组发光元件与所述光偏移装置、光聚焦元件和光耦合元件依次对应设置，所述第二组发光元件和第三组发光元件与所述光偏移装置、光合束元件、光聚焦元件和光耦合元件依次对应设置；
所述第一组发光元件在水平方向或竖直方向偏转第一预设角度后入射至所述光聚焦元件，所述第二组发光元件发出的光线经所述光偏移装置在水平方向偏转第二预设角度并在竖直方向偏转第三预设角度后入射至所述光合束元件，所述第三组发光元件发出的光线经所述光偏移装置在水平方向偏转第四预设角度并在竖直方向偏转第五预设角度后入射至所述光合束元件，入射到所述光合束元件的两组光线经所述光合束元件进行合束后入射至所述光聚焦元件；入射至所述光聚焦元件的三组光线经过所述光聚焦元件聚焦后在所述光耦合元件上形成在所述光耦合元件的径向上错开的三组光斑，且所述三组光斑的任意两组光斑的中心线不在同一条直线上。
本发明实施例通过将三组发光元件发出的光线在水平和/或竖直方向上调整角度，使三组光线在水平方向和竖直方向上都有相应的位移，因此可在耦合镜上形成二维排列的光斑，从而有效的利用了光耦合元件(一般指耦合镜)通光孔径的有效空间，满足了耦合镜中光束填充最大化的要求。
值得说明的是，第一预设角度至第五预设角度可根据实际情况设定。本发明的发光元件可以为大于等于3的多个，如4、5、6等。
作为一种优选实施例，所述光偏移装置包括：第一光方向调整元件和第二光方向调整元件；
所述第一光方向调整元件，与所述第二组发光元件和第三组发光元件，或与所述第一组发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件对应设置，用于对所述第二组发光元件和第三组发光元件，或对所述第一组发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件发出的光线在水平方向调整角度；
所述第二光方向调整元件，与所述第二组发光元件和第三组发光元件，或与或与所述第一组发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件对应设置，用于对所述第二组发光元件和第三组发光元件，或对所述第一组发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件发出的光线在竖直方向上调整角度。
通过第一光方向调整元件和第二光方向调整元件这两个元件更便于对光线进行水平方向和竖直方向的偏转。当然，所述光偏移装置还可以为一个装置或采用多个光方向调整元件实现，不仅限于两个光方向调整元件。
所述发光元件可为激光器，如半导体激光器；所述光聚焦元件可为双凸镜、凸凹镜、平凸镜或组合柱面镜；所述第一光方向调整元件均和所述第二光方向调整元件可为反射镜、折射镜、平面棱镜或折返射棱镜；所述光合束元件可为合束镜，如偏振合束棱镜、波长合束棱镜或空间合束镜；所述光耦合元件一般为耦合镜。
图1为本发明一实施例提供的光纤耦合系统的结构示意图，下面根据图1具体说明本发明。
如图1所示，一种光纤耦合系统，包括八个水平平行排列的单管半导体激光器a、b、c、d、e、f、g和h、八个反射镜1、2、3、4、5、6、7、8，一个反射棱镜9、一个合束镜10、一个光聚焦元件和一个耦合镜(所述光聚焦元件和耦合镜在图中示出)。
其中，如图3所示，反射镜1、2、3、4为反射棱镜，反射镜5、6为上窄下宽可使光线出射角度向上倾斜的斜面反射镜，且反射镜5、6形成向纸面内的出射光线(即反射镜5、6可对光线在水平方向和竖直方向调整角度)，反射镜7、8为上宽下窄可使光线出射角度向下倾斜的斜面反射镜，且反射镜7、8形成向纸面外的出射光线(即反射镜7、8可对光线在水平方向和竖直方向调整角度)，反射棱镜9的镜面结构设计为图2所示的中间部分是平面镜，上下两端均为反射棱镜。
激光器a-d发出的光线经快轴准直镜和慢轴准直镜(快轴准直镜和慢轴准直镜未在图中示出)准直后经反射棱镜1-4反射后透过反射棱镜9的平面镜平行出射，经过光聚焦元件聚焦后在耦合镜(一般指耦合镜的耦合头，以下同)上形成图4中的光斑gb1；
激光器e、f发出的光线经快轴准直镜和慢轴准直镜准直后经斜面反射棱镜5、6实现光线向纸面内且向上倾斜，经过反射棱镜9上端的反射棱镜反射后，实现快慢轴方向的90°旋转，经过合束镜10合束，光聚焦元件聚焦后在耦合镜上形成图4中的光斑gb2；
激光器g、h发出的光线经快轴准直镜和慢轴准直镜实现准直后经斜面反射棱镜7、8号实现光线向纸面外且向下倾斜，经过反射棱镜9下端的反色棱镜反射后，实现快慢轴方向的90°旋转，经过合束镜10合束、光聚焦元件聚焦后在耦合镜上形成图4中的光斑gb3；
由图4可以看出，三组光斑gb1、gb2和gb3在耦合镜中形成近似圆形均匀排列。可见，本发明实施例中进入耦合镜的三组光线是在水平方向和竖直方向上有相应的位移，因此可在耦合镜上形成二维排列的光斑，从而有效的利用了光耦合元件(一般指耦合镜)通光孔径的有效空间，满足了耦合镜中光束填充最大化的要求。
所述光聚焦元件可为快慢轴聚焦镜组合元件。
上述三组光线同时进行快轴准直和慢轴准直可以保证光线进入反射镜的数量，并便于形成的每组光斑的均匀，事实上，上述三组光线还可以只经过快轴准直镜进行快轴准直，或只经过慢轴准直镜进行慢轴准直，此处本发明不做限制。
值得说明的是，上述实施例中，所述八个反射镜中1-4的反射面与安装面垂直设置，反射棱镜5、6的反射面与所述安装面呈第一预设夹角，反射棱镜7、8的反射面与所述安装面呈第二预设夹角，以实现激光器e、f发出的光线向纸面内且向上倾斜的情况，以及激光器光、h发出的光线向纸面外且向下倾斜的情况。
可以理解的是，所述第一预设夹角和第二预设夹角可根据需要设定。
本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种光纤耦合系统，其特征在于，包括：至少三个发光元件、光偏移装置、光合束元件、光聚焦元件和光耦合元件；
所述至少三个发光元件包括第一组发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件，所述第一组发光元件与所述光偏移装置、光聚焦元件和光耦合元件依次对应设置，所述第二组发光元件和第三组发光元件与所述光偏移装置、光合束元件、光聚焦元件和光耦合元件依次对应设置；
所述第一组发光元件在水平方向或竖直方向偏转第一预设角度后入射至所述光聚焦元件，所述第二组发光元件发出的光线经所述光偏移装置在水平方向偏转第二预设角度并在竖直方向偏转第三预设角度后入射至所述光合束元件，所述第三组发光元件发出的光线经所述光偏移装置在水平方向偏转第四预设角度并在竖直方向偏转第五预设角度后入射至所述光合束元件，入射到所述光合束元件的两组光线经所述光合束元件进行合束后入射至所述光聚焦元件；入射至所述光聚焦元件的三组光线经过所述光聚焦元件聚焦后在所述光耦合元件上形成在所述光耦合元件的径向上错开的三组光斑，且所述三组光斑的任意两组光斑的中心线不在同一条直线上；
所述光偏移装置使所述第二组发光元件和所述第三组发光元件发出的光线实现快慢轴方向的90°旋转。
2.根据权利要求1所述的光纤耦合系统，其特征在于，所述光偏移装置包括：第一光方向调整元件和第二光方向调整元件；
所述第一光方向调整元件，与所述第二组发光元件和第三组发光元件，或与所述第一组发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件对应设置，用于对所述第二组发光元件和第三组发光元件，或对所述第一组发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件发出的光线在水平方向调整角度；
所述第二光方向调整元件，与所述第二组发光元件和第三组发光元件，或与所述第一组发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件对应设置，用于对所述第二组发光元件和第三组发光元件，或对所述第一组发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件发出的光线在竖直方向上调整角度。
3.根据权利要求2所述的光纤耦合系统，其特征在于，所述第一光方向调整元件和所述第二光方向调整元件为反射镜、折射镜、平面棱镜或折反 射棱镜。
4.根据权利要求2所述的光纤耦合系统，其特征在于，所述系统还包括：用于对所述第一组发光元件发出的光线和/或所述第二组发光元件发出的光线和/或所述第三组发光元件发出的光线进行准直的准直镜；
所述第一组发光元件和/或第二组发光元件和/或第三组发光元件发出的光线经过对应的准直镜的准直后入射至对应的所述第一光方向调整元件。
5.根据权利要求4所述的光纤耦合系统，其特征在于，所述准直镜为快轴准直镜和/或慢轴准直镜。
6.根据权利要求1所述的光纤耦合系统，其特征在于，所述光合束元件为偏振合束棱镜、波长合束棱镜或空间合束镜。
7.根据权利要求1所述的光纤耦合系统，其特征在于，所述光聚焦元件为双凸镜、凸凹镜、平凸镜或组合柱面镜。
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