CN107991741B - 一种激光光纤耦合透镜组 - Google Patents

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Abstract

为了解决现有激光光纤耦合中结构复杂的问题，本发明提供了一种激光光纤耦合透镜组，包括从左至右依次设置的光源部、准直透镜组、耦合透镜组和光纤，光源部包括激光光源芯片和窗口玻璃，准直透镜组包括从左至右依次设置的第一准直透镜、第二准直透镜和第三准直透镜；耦合透镜组包括左至右依次设置的第一耦合透镜和第二耦合透镜，本发明提供的激光光纤耦合透镜组，激光光源在通电后透过窗口玻璃发出的大角度发光束，通过准直透镜组扩束后发散变小，经过耦合透镜组耦合后小斑变小，光束光斑和发散角满足光纤耦合条件，高效耦合进入光纤，通过光纤传递到用光的终端，整体结构简单，光利用效率高。

Description

一种激光光纤耦合透镜组
技术领域
本发明涉及激光光纤技术领域，尤其涉及一种激光光纤耦合透镜组。
背景技术
传统的LED照明其电源离灯很近，在要求防火防漏电场景其装置复杂、成本较高、维修也较麻烦；半导体激光器由于具有电光转换效率高、可靠性好、小型化、成本低等优点，激光激发荧光粉以出射彩色光或白光的技术已广泛应用于照明与显示技术领域，随着可见光激光光源的发展，其功率不断增长，已出现3.5W以上的芯片，为实现激光照明提供了条件，但现有的激光准直系统中，由于光的发散角大，对一些边缘光束不能很好利用，存在着光的利用率低的问题。
发明内容
为了解决现有激光光纤耦合中结构复杂的问题，本发明提供了一种激光光纤耦合透镜组，其目的在于提供一种激光芯片与光纤的耦合方案，同时具备电源远离照明物的特点，能把大发散角半导体激光光束高效耦合到小孔径多模光纤中，
本发明提供的一种激光光纤耦合透镜组，包括从左至右依次设置的光源部、准直透镜组、耦合透镜组和光纤，所述光源部包括激光光源芯片和窗口玻璃，所述准直透镜组包括从左至右依次设置的第一准直透镜、第二准直透镜和第三准直透镜；所述耦合透镜组包括左至右依次设置的第一耦合透镜和第二耦合透镜。
进一步地，所述准直透镜组第一准直透镜与第二准直透镜呈弯月形，第三准直透镜为平凸透镜。
进一步地，所述第一准直透镜与第二准直透镜弯月形凹面为光的入射面，弯月形凸面为光的出射面，第三准直透镜平凸透镜的平面为光的入射面，平凸透镜的凸面为光的出射面。
进一步地，所述光源部位于准直透镜组的前焦处。
进一步地，所述准直透镜组的物方焦距为3.5mm至8.0mm,准直透镜组的物方数值孔径0.8至0.85。
进一步地，所述光纤的入射口位于耦合透镜组的后焦处。
进一步地，所述耦合透镜组第一耦合透镜为双凸透镜，所述双凸透镜即光的入射面与光的出射面均为凸面；所述耦合透镜组第二耦合透镜呈弯月形，弯月形凹面为光的入射面，弯月形凸面为光的出射面。
进一步地，耦合透镜组的像方焦距为20mm至30mm,耦合透镜组的像方数值孔径0.17至0.25。
进一步地，由准直透镜组和耦合透镜组构成的组合透镜部，该组合透镜部的物方焦距为3.5mm至5.0mm，物方数值孔径为0.75至0.85，像方数值孔径为0.17至0.25。
进一步地，所述第一准直透镜、第二准直透镜、第三准直透镜、第一耦合透镜和第二耦合透镜相对光源部的位置活动设置。
本发明提供的激光光纤耦合透镜组，激光光源在通电后透过窗口玻璃发出的大角度发光束，通过准直透镜组扩束后发散变小，经过耦合透镜组耦合后小斑变小，光束光斑和发散角满足光纤耦合条件，高效耦合进入光纤，通过光纤传递到用光的终端，整体结构简单，光利用效率高。
附图说明
图1是本发明实施例一种激光光纤耦合透镜组示意图；
图中：1光源部、101激光光源芯片、2准直透镜组、201第一准直透镜、202第二准直透镜、203第二准直透镜、3耦合透镜组、301第一耦合透镜、302第二耦合透镜、4光纤。
具体实施方式
如图所示，本发明提供了一种激光光纤耦合透镜组，包括从左至右依次设置的光源部1、准直透镜组2、耦合透镜组3和光纤4，其中光源部1包括激光光源芯片101和窗口玻璃，激光光源芯片101通电后发光透过窗口玻璃形成发散光束，进入准直透镜组2，准直透镜组2包括从左至右依次设置的第一准直透镜201、第二准直透镜202和第三准直透镜203，通过三个透镜依次对光束准直，有效的利用边缘光束，扩大光斑尺寸，减小发散角；准直光速进入耦合透镜组3，耦合透镜组3包括左至右依次设置的第一耦合透镜301和第二耦合透镜302，将准直光束转成变成光斑和发散角与光纤相匹配的光源，耦合进入光纤4，通过光纤4传递到用光的终端，整体结构简单，光利用效率高。
进一步地，为了提高光利用效率，提高准直透镜数值孔径，其中第一准直透镜201与第二准直透镜202为弯月形，第一准直透镜与第二准直透镜弯月形凹面为光的入射面，弯月形凸面为光的出射面，第一准直透镜和第二准直透镜对近轴边缘光线产生大的折射，孔径角大，集光能力强；为了减少第一透镜201和第二透镜202对光束质量的影响，第三准直透镜203为平凸透镜，平凸透镜光的入射面为平面，光的出射面为凸面，能很好平衡第一准直透镜201和第二准直透镜202产生的球像差，整体球像差较小，提高了光系统通光效率同时，保证光束质量；
为了提高耦合效率，耦合透镜组第一耦合透镜301为双凸透镜，所述双凸透镜即光的入射面与光的出射面均为凸面；耦合透镜组第二耦合透镜302呈弯月形，弯月形凹面为光的入射面，弯月形凸面为光的出射面，且光入射面的曲率半径小于光出射面的曲率半径，通过两种形状耦合透镜的组合，能很好的平衡球像差，且与前面准直透镜组2组合实施后，把光束变为与光纤匹配的光斑和发散角，提高了耦合效率及光利用效率。
为了使出射光束为准直光束，光源部1位于准直透镜组2的前焦处，为了提高应用范围；同时便于生产制造，本发明准直透镜组2物方焦距为3.5mm至8.0mm,准直透镜组2物方数值孔径0.8至0.85；同样，为了提高耦合效率，光纤4的入射口位于耦合透镜组3的后焦处，为了提高应用范围；同时便于生产制造，本发明耦合透镜组3像方焦距为20mm至30mm,耦合透镜组3的像方数值孔径0.17至0.25，并且由准直透镜组2和耦合透镜组3构成的组合透镜部，该组合透镜部的物方焦距为3.5mm至5.0mm，物方数值孔径为0.75至0.85，像方数值孔径为0.17至0.25，准直透镜组2和耦合透镜组3组合后整体球像差更小；提高了耦合效率及光利用效率，光纤效率达85％以上。
本实施例中的准直透镜组2前焦焦距为5.8mm，波长450nm，物方数值孔径达0.83；将光源部1的激光光源芯片101设置于准直透镜部2的前焦处，光束准直后光束发散角减少，三片透镜整体球像差较小；斑点图小于0.001，因此边缘光束得到较好的利用，整体光利用效率达90％以上；在本实施例中准直后的光束经耦合后，耦合透镜组3的像方焦距为25mm,耦合透镜组3的像方数值孔径0.22；在本实施例中，由准直透镜组和耦合透镜组构成的组合透镜部，该组合透镜部的物方焦距为4.2mm，物方数值孔径为0.83，像方数值孔径为0.22。经准直耦合后的光束能很好与光纤匹配，提高了耦合效率及光利用效率。结合附图，本实施例激光光纤耦合透镜缩放物方焦距f＝1mm结构参数如下表1。
表1透镜结构参数表
Figure BDA0001536054480000031
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种激光光纤耦合透镜组，其特征在于，包括从左至右依次设置的光源部、准直透镜组、耦合透镜组和光纤，所述光源部包括激光光源芯片和窗口玻璃，所述准直透镜组包括从左至右依次设置的第一准直透镜、第二准直透镜和第三准直透镜；所述耦合透镜组包括左至右依次设置的第一耦合透镜和第二耦合透镜；
其中，所述准直透镜组第一准直透镜与第二准直透镜呈弯月形，第三准直透镜为平凸透镜；所述第一准直透镜与第二准直透镜弯月形凹面为光的入射面，弯月形凸面为光的出射面，第三准直透镜平凸透镜的平面为光的入射面，平凸透镜的凸面为光的出射面；
所述准直透镜组的物方焦距为3.5mm至8.0mm,准直透镜组的物方数值孔径0.8至0.85；
所述耦合透镜组第一耦合透镜为双凸透镜，所述双凸透镜即光的入射面与光的出射面均为凸面；所述耦合透镜组第二耦合透镜呈弯月形，弯月形凹面为光的入射面，弯月形凸面为光的出射面；耦合透镜组的像方焦距为20mm至30mm,耦合透镜组的像方数值孔径0.17至0.25。
2.根据权利要求1所述的激光光纤耦合透镜组，其特征在于，所述光源部位于准直透镜组的前焦处。
3.根据权利要求1所述的激光光纤耦合透镜组，其特征在于，所述光纤的入射口位于耦合透镜组的后焦处。
4.根据权利要求1所述的激光光纤耦合透镜组，其特征在于，由准直透镜组和耦合透镜组构成的组合透镜部，该组合透镜部的物方焦距为3.5mm至5.0mm，物方数值孔径为0.75至0.85，像方数值孔径为0.17至0.25。
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