CN108885349A - 用于提高封装亮度的无源对准的单组件望远镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光束压缩器，所述光束压缩器包括具有正光学功率和负光学功率的分离表面。选择表面间隔，使得输入到所述光束压缩器的准直光束作为准直光束输出。在一些示例中，光束压缩器被定位成压缩激光束堆叠，所述激光束堆叠包括与多个激光二极管相关联的光束。通常选择光束压缩比，使得聚焦到光波导中的压缩光束堆叠具有对应于所述光波导的所述数值孔径的数值孔径。

Description

用于提高封装亮度的无源对准的单组件望远镜
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2016年2月16日提交的美国临时申请62/295,984的优先权，该临时申请全文以引用方式并入本文中。
技术领域
本公开涉及结合光学器件的激光束和使用此类光学器件的激光器组件。
背景技术
已经开发出激光二极管，其产生相当大的输出功率从而使各种应用成为可能。为了进一步增加可用光学功率，已经制造了激光二极管组件，其中来自多个激光二极管的输出光束被组合。在一个示例中，激光二极管以阶梯图案布置，并且来自激光二极管的准直光束形成为光束堆叠。物镜接收光束堆叠，并将光束堆叠聚焦到光纤的输入表面。可通过增加激光二极管的数量来增加可用功率。然而，用于形成光束堆叠的激光二极管必须间隔开，使得被递送至物镜的光束堆叠中的多个光束受光束堆叠的尺寸限制。因此，实际组合的光束的数量有限。控制光束堆叠尺寸的常规方法可以是复杂的，并且通常需要在制造中进行精确对准。需要采取替代方法。
发明内容
所公开的实施方案整体涉及一体式光学器件，例如改变激光束堆叠中的激光束间隔的球形或柱形单体。这些一体式光学器件包括在制造期间适当对准的光学表面，并且还可以设置有允许与激光束堆叠进行简单对准的一个或多个参考表面。在典型的示例中，激光束堆叠尺寸将被减小并且一体式光学系统被称为光束压缩器，尽管光束堆叠是否被压缩或扩展通常是这种光学系统的取向的函数，而不是光学系统本身设计的函数。在许多示例中，意图沿着被称为“快”轴的轴进行压缩，并且相关联的光学器件基于柱形表面或具有柱形光学功率的其他表面。在这些应用中，光束压缩器也称为快轴望远镜(FAT)。通常，FAT基于弯月形透镜，并且在本文中称为弯月形FAT。
在一些示例中，光束压缩器包括具有第一表面和第二表面的透射光学基板，其中第一表面具有第一曲率，第二表面具有第二曲率。第一表面和第二表面位于光轴上并沿光轴分开，使得平行于光轴传播并从光轴移位到透射光学基板的入射光束由透射光学基板透射，以便平行于光轴传播并且从光轴移位一定距离，所述距离基于入射光束从光轴的移位、第一曲率和第二曲率。根据代表性示例，第一曲率是球形曲率，并且第二曲率是球形曲率，或者第一曲率是柱形曲率，并且第二曲率是柱形曲率。在代表性实施方案中，第一曲率和第二曲率与相应的球形或柱形曲率半径R1和R2相关联，基板折射率为n，并且中心厚度
在一些示例中，第一曲率和第二曲率与相应的焦距f1和f2相关联，其中f2<0，基板折射率是n，并且中心厚度TC＝n(f1+f2)。在其他实施方案中，第一曲率和第二曲率与相应的曲率半径R1和R2相关联，并且光束压缩比M＝|R2/R1|，或者第一曲率和第二曲率与各自的焦距f1和f2相关联，并且光束压缩比M＝|f2/f1|。
在典型的示例中，光束压缩比在0.25和2.0、0.5和1.2或者0.65和0.92之间。在一些替代方案中，第一表面与对应于第一曲率的菲涅耳透镜相关联，并且第二表面与对应于第二曲率的菲涅耳透镜相关联。在其他替代方案中，第一曲率和第二曲率是柱形曲率并且定位成使得相应的曲率轴在共享平面中，并且基板包括基本上平行于曲率轴的边缘表面。
激光二极管组件包括多个激光二极管，所述多个激光二极管被定位成沿着彼此移位并且彼此平行的相应的光束轴引导多个激光束，以便在多个激光束之间建立初始光束移位。一体式光束压缩器定位成接收具有初始光束位移的激光束，并且产生具有减小的位移的激光输出光束。在一些实施方案中，物镜被定位成接收来自一体式光束压缩器的激光束并将该激光束引导到光束焦点。在其他示例中，具有输入表面的光波导位于光束焦点处。根据一些替代方案，多个快轴准直仪和慢轴准直仪被定位成接收多个激光束，并且沿着相应的光束轴将多个激光束引导到一体式光束压缩器。在代表性实施方案中，一体式光束压缩器包括光学透明基板，该光学透明基板定位成使得光束入射表面具有第一曲率半径，并且光束出射表面具有第二曲率半径，其中第一曲率半径、第二曲率半径以及光束出射表面和光束入射表面的分离使得压缩比对应于第二曲率半径与第一曲率半径的幅值比。在典型的实施方案中，光学透明基板是玻璃，并且第一曲率半径和第二曲率半径是具有平行曲率轴的柱形曲率。在其他示例中，多个激光二极管中的激光二极管被定位成使得相关联的光束彼此移位并且沿共享平面中的平行轴传播，并且一体式光束压缩器的曲率轴垂直于该共享平面。在另外的代表性实施方案中，一体式光束压缩器是轴向柱形透镜(on-axiscylindrical lens)，其具有半径R1的凸面和半径R2的凹面，并且具有中心厚度，使得凸面和凹面具有对应于差值|R1|-|R2|的光学分离。在一些示例中，轴向柱形透镜具有约的中心厚度TC，其中n是中心柱形透镜的折射率。
代表性方法包括相对于彼此固定多个激光二极管，以便产生包括来自多个激光二极管的光束的光束堆叠。一体式光束压缩器相对于光束堆叠定位，以便改变光束堆叠中的光束间隔。在典型示例中，一体式光束压缩器包括具有参考表面的透明光学基板，并且一体式光束堆叠相对于具有参考表面的光束堆叠定位。在其他示例中，一体式光束压缩器相对于参考表面处的光束堆叠固定。在另外的示例中，一体式光束压缩器是弯月形快轴望远镜，并且参考表面平行于弯月形表面的曲率轴。
附图说明
图1A至图1B示出了实施为单透镜的代表性光束压缩器。
图1C至图1D示出了沿单个轴的光束压缩。
图2示出了实施为双胶透镜的代表性光束压缩器。
图3示出了基于间隔开的全息或菲涅耳透镜的代表性光束压缩器。
图4是单体光束压缩器和物镜的比例图，示出了多个光束的光束轴。
图5A至图5D示出了代表性的柱形单透镜光束压缩器。
图6A示出了代表性的激光二极管组件，其中用光束压缩器压缩三激光束的堆叠。
图6B至图6C示出了图6A的激光二极管组件中的单轴光束压缩。
图7A示出了激光二极管组件，其中使用偏振复用形成两个光束堆叠，并且使用光束压缩器压缩两个光束堆叠。
图7B至图7C示出了压缩之前和之后的光束堆叠。
图7D示出了代表性的阶梯式激光二极管安装座。
图8A至8B示出了固定到安装框架的光束压缩器。
图9示出了制造激光二极管组件的代表性方法。
图10是包括弯月形快轴望远镜的激光二极管组件的一部分的透视图。
图11示出了从中可获得多个快轴望远镜的模制杆。
具体实施方式
如在本申请和权利要求书中所使用的，除非上下文另有明确指出，否则单数形式的词语“一个”、“一种”和“该”包括复数形式。此外，术语“包括”表示“包含”。
在此描述的系统、装置和方法不应被解释为以任何方式进行限制。相反，本公开涉及各种公开的实施方案的所有新颖的和非显而易见的特征和方面，单独地以及彼此的各种组合和子组合。所公开的系统、方法和装置不限于任何特定方面或特征或其组合，所公开的系统、方法和装置也不要求存在任何一个或多个特定优点或解决问题。
尽管为了便于表示，以特定的先后顺序描述了某些公开的方法的操作，但是应该理解的是，除非在下文中通过特定语言要求特定的顺序，否则这种描述的方式包含重新安排。例如，顺序描述的操作在一些情况下可以被重新安排或同时执行。而且，为了简单起见，附图可能没有示出所公开的系统、方法和装置可与其他系统、方法和装置结合使用的各种方式。此外，该描述有时使用术语诸如“产生”和“提供”来描述所公开的方法。这些术语是对所执行的实际操作的高度抽象。对应于这些术语的实际操作将根据具体实施而有所不同，并且容易被本领域的普通技术人员识别。
本文提供的关于本公开的装置或方法的操作理论、科学原理或其他理论描述是出于更好理解的目的而提供的，并非旨在限制范围。所附权利要求书中的装置和方法不限于以这种操作理论描述的方式起作用的那些装置和方法。
在以下描述中，激光束或其他传播光辐射被称为沿一个或多个轴传播。如本文所用，此类轴指的是可以使用光学组件诸如棱镜或反射镜弯曲或折叠的线性轴。在一些示例中，光学组件诸如柱形透镜或球形透镜被称为居中或轴向，以指示具有引导穿过表面曲率中心的中心轴的透镜。在其他示例中，可以使用离轴透镜或透镜片段。透镜中心厚度是指沿着延伸穿过表面曲率中心的主轴测量的透镜厚度。在所公开的示例中，表面曲率通常对应于柱形或球形表面，但是可以使用更复杂的曲率。即使对于更复杂的表面诸如非球形表面，表面曲率半径通常基于轴向曲率来定义，尽管离轴表面形状不遵循该曲率。光学表面可以具有抗反射或其他涂层，但是这些涂层从所公开的示例中省略。如果在大约1度、2度或5度内，则光束、表面和轴通常被称为平行的。
本文公开了可用于改变堆叠光束诸如由激光二极管阵列产生的堆叠光束的间隔的光学系统。为方便起见，此类光学系统在本文中称为光束压缩器，但是这种光学系统是根据取向产生光束扩展或光束压缩的。在一些情况下，光束压缩器使用具有球形曲率的光学表面沿着两个轴改变光束间隔，或者使用具有柱形曲率的光学表面沿着单个轴改变光束间隔。如本文所用，表面曲率(或简称“曲率”)定义为曲率半径的倒数。如上所述，在一些情况下，表面曲率可以改变并且不限于球形或柱形形状。
所公开的光束压缩器通常具有会聚光学组件或表面(即具有正光学功率的组件)，接着是发散光学组件或表面(即具有负光学功率的组件)。这些光学表面或组件间隔开，使得输入光束或光束堆叠以及相关联的输出光束或光束堆叠沿着平行轴传播，而与输入光束入射到会聚光学组件的位置无关(或者，如果光学系统被反置，其中输入光束入射到发散光学组件，在这种情况下，光束压缩器用于扩展光束或光束堆叠)。在许多实践例中，多个激光束在光束堆叠中传播，其中激光束以规则的一维或二维阵列对准。然而，光束堆叠可包括沿一个或两个轴的多个不规则地布置的激光束。多个光束压缩器可以以不同的取向用于沿不同轴的光束压缩，并且这些轴不需要是正交的。
组合光束可以被引导到各种目标。在典型的示例中，组合光束(在光束压缩之后)被引导到光纤诸如105μm纤芯直经的光纤中，但是也可以使用各种尺寸和类型的光纤或其他光波导。优选地，组合光束聚焦到光波导诸如光纤，以具有对应于光纤纤芯直经和数值孔径的聚焦光束直径和数值孔径。
激光二极管通常从某个小平面发射激光辐射，该小平面在一个方向上比在正交方向上长得多，使得发射的激光辐射在平行于较长小平面维度的方向上具有较小的发散，并且在平行于较小小平面维度的方向上具有较大的发散。平行于并沿着较长小平面维度的轴被称为“慢轴”；并且平行于并沿着较小小平面维度的轴被称为“快轴”。
光束压缩器的典型示例是具有适当间隔的凸面和凹面的透镜单体。这种光束压缩器通常用于沿着与光束快轴平行的方向压缩光束堆叠中的光束间隔；这种光束压缩器可以称为快轴望远镜。可以示出，使用近轴近似即透镜单体具有表面半径R1和R2和透镜中心厚度(其中n为透镜折射率，并且Δn＝n–1)可以产生由M＝|R2/R11|给出的光束压缩比。如本文所用，凸面输入表面与正曲率相关联，而凹面输出表面与负曲率相关联。因此，透镜中心厚度在一些情况下，表面半径指的是球形半径，而在其他示例中，表面半径指的是柱形半径。在利用激光二极管进行光束形成的典型应用中，考虑到相对于慢轴和快轴的不同激光束发散，使用具有柱形半径的柱形表面。
可以使用各种透镜材料，包括光学玻璃、塑料、熔融石英或其他透明的结晶或非结晶材料。也可以使用全息光学组件，并将其固定到具有合适厚度的共用光学透明窗口。可以如上选择窗口厚度，其中表面曲率半径是基于所使用的全息光学组件的特性的等效曲率。球形或柱形光学表面组合也可与一个或多个全息组件结合使用，通常形成在共享基板中或共享基板上。在其他示例中，一个或多个菲涅耳透镜可以固定到透明基板。
在一些应用中，经由一段较窄的激光二极管波长是感兴趣的，并且基板材料中的色散往往不太重要。对于这种应用，可以使用具有小阿贝数的光学玻璃或其他相对色散的材料。在一些应用中，光束压缩器将与一定范围的波长一起使用，并且选择材料以在所述波长范围内获得令人满意的性能。对于这样的应用，使用高折射率玻璃减少像差可能需要与玻璃色散进行平衡。
在所公开的示例中，关注的初级光学像差是球形像差。另外，通常优选使用适度的曲率以用于低成本制造。因此，通常选择用于光束压缩器的光学材料以具有相对高的折射率(通常在1.65和1.85之间)以减小球形像差并减小所需的曲率。如上所述，在一些应用中，将光束压缩器用于一定范围的波长，并且选择较大折射率但是考虑相关的阿贝数以减小波长依赖性。然而，通常为了方便起见可以使用任何光学玻璃。
虽然基于单个透明基板的一体式构造提供了坚固且相对便宜的光束压缩器，但是可以利用光学粘合剂将两种光学组件诸如平凸透镜和平凹透镜两者彼此固定以形成一体式光束压缩器。总中心厚度和表面曲率半径以与整体构造相同的方式指定，但是这种构造允许使用两种可用于减少色差的透镜材料。不需要平表面，并且可以使用适合形成双胶透镜的任何表面。类似地，菲涅耳透镜或全息光学组件可以通过透明基板间隔开并固定到透明基板上。
虽然未在任何公开的示例中使用，但是在光束压缩器中使用的光学表面不限于球形或柱形表面，而是可以使用非球形表面诸如椭圆体、抛物面或其他非球形表面。这些表面可以是径向对称或柱形对称的，这对于特定应用是优选的。关于特定坐标系描述了一些示例，但是选择这些坐标系是为了便于说明，并且不暗示任何特定取向。
参考图1A，光束压缩器100基于单透镜组件，该单透镜组件的折射率为n，并且分别在表面102、104处具有曲率半径为R1和R2的表面半径。如图1A所示，输入光束堆叠118具有沿右手笛卡尔坐标系150的y轴的总光束间隔Hin，并且平行于主轴106引导至光束压缩器100，使得光束压缩器产生具有高度Hout的输出光束堆叠119。最外光束108,110由光束压缩器100透射并分别作为输出光束112,114出射。需注意，半径R1>0并且半径R2<0。如图1B所示，压缩的光束堆叠119(包括最外输出光束112,114)被引导至用于将光束聚焦到光纤122中的物镜120。物镜120被示出为双凸透镜，但是可以使用各种透镜形状或多组件透镜。
最外光束112,114限定了压缩光束数值孔径NAC，其大约是物镜120处光束高度的一半与物镜焦距之比。选择压缩光束数值孔径NAC以匹配(或小于)光纤数值孔径。图1C至图1D示出了压缩输入光束堆叠118以形成输出光束堆叠119。图1C示出了具有y轴高度Hin和z轴宽度Win的输入光束堆叠，从而向矩形区域128提供光学功率。沿y轴的未压缩光束数值孔径NAUC将为Hin/2fOBJ，如图1B所示。沿z轴的未压缩光束数值孔径为Win/2fOBJ。图1D示出了输出(压缩)光束堆叠119，其具有y轴高度Hout和z轴宽度Win，并且向正方形区域129提供光学功率。沿y轴的压缩光束数值孔径为Hout/2fOBJ；在该示例中，由于沿z轴没有光束压缩，使得沿z轴的压缩光束数值孔径为Win/2fOBJ。在一些应用中，光束堆叠被压缩，使得沿y轴和z轴两者的数值孔径大致相同，即使得Hout＝Win并且输出光束堆叠119近似为正方形。可以选择压缩比，使得Hout＝Win。
参考图2，光束压缩器200包括第一透镜202和第二透镜206。第一透镜202具有正光学功率，并且具有曲率半径为R1的输入表面204；第二透镜206具有负光学功率，并且具有曲率半径为R2的输出表面208。如图2所示，第一透镜202和第二透镜206也具有平表面212,216，但在其他示例中，这些表面可以具有其他形状。通常选择对应形状，使得第一透镜202和第二透镜206可以粘合在一起。第一透镜202和第二透镜206中的一者或两者可以是球形或柱形透镜。可以选择折射率n1；以及n2校正像差诸如色差。
如图3所示，示例性光束压缩器300包括第一光学组件302和固定到透明基板306的相对表面的第二光学组件304。第一光学组件302和第二光学组件304可以实施为全息光学组件、菲涅耳透镜或单组件或多组件透镜。选择第一光学组件302、第二光学组件304和厚度T，使得相对于光轴312以选定角度入射光束压缩器300的入射光束308,310基本上以所选择的角度离开光束压缩器300。在图3中，光束308,310平行于主轴312传播。分别与第一光学组件302和第二光学组件304相关联的焦距f1、f2以及厚度T之间的关系为T＝n(f1+f2)，其中n是基板折射率。需注意，f1>0，并且f2<0。
图4是平行于光束压缩器400的主轴传播以产生输出平行光线419(对应于压缩光束堆叠)的一组输入平行光线418(对应于输入光束堆叠)的光线轨迹。聚焦物镜402接收压缩的平行光线并在404处产生焦点，该焦点具有基于聚焦物镜402的焦距和输入平行光线418的压缩的数值孔径。
下表列出了两个代表性光束压缩器的设计值和一个可能与每个光束压缩器一起使用的物镜的焦距。表中所示的曲率半径可以与柱形或球形曲率相关联。
图5A至图5D示出了代表性的柱形单组件光束压缩器500。表面502,504具有各自的柱形曲率半径R1、R2，其具有在共享平面中的柱形轴。图5D示出了中心厚度TC和边缘厚度TE。轴514平行于柱面轴，并且压缩器边缘510,512中的一者平行于轴514，以便用于安装光束压缩器500。单组件光束压缩器500基于弯月形柱形透镜，并且是弯月形FAT的示例。
参照图6A至图6C，封装的二极管激光器组件600包括外壳602，为了方便说明，外壳被部分地移除。阶梯表面604包括多个阶梯表面部分606A至606C，一个或多个二极管激光器608A至608C分别固定在所述阶梯表面部分上以便位于不同的高度，通常为了单调下降或上升。通常，单个二极管激光器固定到每个台阶上，并且二极管激光器固定到台阶上以便沿基本上平行的轴发射激光辐射。如下所述，可以根据需要补偿与平行布置的偏差。在图6A中，激光二极管608A至608C的快轴垂直于附图的平面；慢轴位于附图的平面内。从激光二极管608A至608C发射的光束由快轴准直光学器件612和慢轴准直光学器件614接收和准直，以产生准直光束。可选的体布拉格光栅组件613可以位于快轴准直光学器件612和慢轴准直光学器件614之间，以提供激光二极管608A至608C的波长锁定。旋转反射镜616接收准直光束，该准直光束在准直之后大致彼此平行地传播。在图6A的示例中，旋转反射镜616定位成以直角反射准直光束，使得反射光束被引导至光束压缩器620。可以通过对应反射器的对应调节来调节每个激光二极管的传播方向。在光束压缩器620处，反射光束的快轴一个堆叠在另一个之上，以形成分别对应于二极管激光器608A至608C的堆叠光束622A至622C(图6B中所示)，并且具有基于阶梯表面部分606A至606C高度的分离。旋转反射镜616和慢轴准直光学器件614可以方便地固定到共享表面618。
每个准直光束的每个旋转反射镜616的最顶部分位于一定高度，使得反射光束不被后续旋转反射镜616削减。例如，在图6A中，图中最底部的反射镜具有最大高度，以对应于对应阶梯表面部分606A的最大台阶高度。利用光束压缩器620调节堆叠光束622A至622C的间隔，然后将压缩光束引导至物镜624，该物镜将压缩光束引导至光纤610中。在一些示例中，物镜624是单个平凸透镜，而在其他示例中，使用更复杂的多组件透镜，包括球形表面和非球形表面。
如图6B至图6C所示，堆叠光束622A至622C的输入光束堆叠由光束压缩器620输出，作为光束632A至632C的压缩光束堆叠。需注意，光束分离沿着压缩方向与光束直径一起被压缩。
参照图7A至图7D，参考右手xyz坐标系780描述二极管激光器组件700，其中z轴向上延伸出图7A的平面。二极管激光器组件700包括多组激光二极管702至705，它们被设置成将相应的激光束发射到对应的反射器组和快轴和慢轴准直仪712至715。例如，组702的激光二极管沿x轴方向发射光束，然后光束由组712的相应反射器重定向，以便沿y轴方向传播。每个组的激光二极管沿z轴从相同组的其他激光二极管移位或偏移，并且相关的反射器定位成使得来自该组的激光束不被反射器阻挡。如图7D所示，该组激光二极管702固定到阶梯式安装座720，以提供合适的z轴偏移；针对其余的激光二极管组提供类似的安装座。为方便起见，示出了每个组的最底部激光二极管的光束传播轴722至725；每组其余的激光二极管的光束传播轴类似，但沿z轴移位。
来自该组激光二极管702的激光束被引导至半波延迟器730，然后在偏振分束器732处与来自该组激光二极管703的激光束组合，从而形成垂直堆叠的一组光束736A(在图7B中示出)入射到光束压缩器740。来自该组激光二极管705的激光束被组715的反射器引导至半波延迟器734，然后与来自该组激光二极管704的激光束(在偏振分束器735处由组714的反射器重定向)组合，使得垂直堆叠的一组光束736B入射到光束压缩器740。
图7B示出了入射到光束压缩器740的堆叠光束736A,736B；图7C示出了离开光束压缩器740的堆叠光束756A,756B，其中光束间隔和单独光束高度两者通过压缩比M＝H2/H1改变。在该示例中，使用柱形光束压缩器，并且在z方向上但不在x方向上进行压缩。可以提供附加的压缩器用于在其他方向上进行压缩，或者可以使用具有球形表面的压缩器。
在图7A的示例中，分别针对激光二极管702,703提供安装表面760,761。来自激光二极管704,705的未压缩激光束由棱镜738引导至光束压缩器740。物镜764将压缩光束引导至光纤的输入表面766。偏振分束器732,735可包括在相应的光学组件755,756中，所述光学组件可包括使组合光束复位向的棱镜。
尽管可以使用基板边缘方便地安装柱形光束压缩器，但是可以使用压缩器安装座，并且光束压缩器在安装座内对准，如图8A至图8B所示。柱形光束压缩器802保持在框架804中，该框架可设置有适于安装而无需旋转对准的表面803。如图8B所示，压缩器具有凸面806和凹面808。
参照图9，制造用于将来自多个激光二极管的光束引导至光纤或其他波导中的激光二极管组件的方法包括在902处选择光束压缩器和压缩比，典型地将光束堆叠所限定的数值孔径与光纤数值孔径进行匹配。在904处，光束压缩器轴相对于激光二极管光束堆叠方向对准，并且在906处，光束压缩器相对于激光二极管固定。在一些情况下，在908处执行附加对准，对准与光束将组合的激光二极管的一些或全部相关联的反射器。在910处，光束被引导到光纤或其他波导中。
如图10所示，代表性激光二极管组件1000包括第一激光二极管子组件1002和第二激光二极管子组件1004，所述激光二极管子组件包括激光二极管、快轴和慢轴准直仪以及旋转反射镜。定位半波延迟板1006以接收来自子组件1002的光束，并且棱镜表面1008将光束反射到偏振分束器1010。偏振分束器1010还被定位成接收来自子组件1004的光束，并且使用来自第一激光二极管子组件1002和第二激光二极管子组件1004的光束产生光束堆叠。然后该光束堆叠由反射器1012引导至单体快轴望远镜(FAT)1014和物镜1016。光纤模块1018固定光纤的输入表面，以便从物镜1016接收光束堆叠。FAT 1014可以固定到基板1022，该基板具有选择用于使FAT 1014相对于光束堆叠居中的厚度。由于FAT 1014被布置为压缩光束堆叠，因此光纤模块的光纤的输入表面的图像保持可用于通过FAT1014进行检查。通过将观察光通量引导到光纤中，端面被照亮并且由物镜1016成像。通过透过反射器1012观察(如果使用二向色反射器)，通过在放置反射器1012之前观察，或者通过插入反射器以将观察通量引导出外壳1030，可以接近该图像。
快轴望远镜或其他光束压缩器可以使用传统的研磨和抛光操作由诸如光学玻璃的材料制成。或者，这些部件可以通过模制塑料光学材料形成。在某些情况下，可以从具有合适的内部和外部曲率和厚度的塑料杆切割单独的快轴望远镜。例如，图11示出了折射率为n的模制塑料杆1100，其上限定柱形表面曲率半径R1和R2。如上所述，选择中心厚度使得可以选择长度L，使得塑料杆1100可以切割成近似长度为L/N的N个快轴望远镜。类似地，模制玻璃杆可以分成多个快轴望远镜。模制光学组件通常允许使用非球形表面而几乎没有额外的复杂性。因此，如果需要，模制光学组件可以利用非球形表面来减少光学像差诸如球形像差。
已参照所示实施方案描述和图示所公开的技术的原理，应当认识到，可以在不背离这些原理的情况下对所示实施方案进行布置和细节上的修改。提供上述特定布置是为了便于说明，并且可以使用其他布置。我们要求保护所附权利要求书所包含的所有内容。

Claims (24)

1.一种光束压缩器，包括：
透射光学基板，所述透射光学基板具有第一表面和第二表面，所述第一表面具有第一曲率，所述第二表面具有第二曲率，所述第一表面和所述第二表面位于光轴上并沿光轴分开，使得平行于所述光轴传播并从所述光轴移位到所述透射光学基板的入射光束由所述透射光学基板透射，以便平行于所述光轴传播并且从所述光轴移位一距离，所述距离是基于所述入射光束从所述光轴的移位、所述第一曲率和所述第二曲率。
2.根据权利要求1所述的光束压缩器，其中所述第一曲率是球形曲率，并且所述第二曲率是球形曲率。
3.根据权利要求1所述的光束压缩器，其中所述第一曲率是柱形曲率，并且所述第二曲率是柱形曲率。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的光学压缩器，，其中所述第一曲率和所述第二曲率与相应的曲率半径R1和R2相关联，基板折射率为n，并且中心厚度
5.根据权利要求2或3中任一项所述的光束压缩器，，其中所述第一曲率和所述第二曲率与相应的焦距f1和f2相关联，其中f2<0，基板折射率是n，并且中心厚度TC＝n(f1+f2)。
6.根据权利要求1所述的光束压缩器，其中所述第一曲率和所述第二曲率与相应的曲率半径R1和R2相关联，并且光束压缩比M＝|R2/R1|。
7.根据权利要求1所述的光束压缩器，其中所述第一曲率和所述第二曲率与相应的焦距f1和f2相关联，并且光束压缩比M是|f2/f1|。
8.根据权利要求4所述的光束压缩器，其中所述光束压缩比是在0.5和1.2之间。
9.根据权利要求4所述的光束压缩器，其中所述光束压缩比是在0.65和0.92之间。
10.根据权利要求1所述的光束压缩器，其中所述第一表面与对应于所述第一曲率的菲涅耳透镜相关联，并且所述第二表面与对应于所述第二曲率的菲涅耳透镜相关联。
11.根据权利要求1所述的光束压缩器，其中所述第一曲率和所述第二曲率是柱形曲率并且被定位成使得相应的曲率轴在共享平面中，并且所述基板包括基本上平行于所述曲率轴的边缘表面。
12.一种激光二极管组件，包括：
多个激光二极管，所述多个激光二极管被定位成沿着彼此移位并且彼此平行的相应的光束轴引导多个激光束，以便在所述多个激光束中建立初始光束移位；和
一体式光束压缩器，所述一体式光束压缩器定位成接收具有所述初始光束位移的所述激光束，并且产生具有减小的位移的激光输出光束。
13.根据权利要求12所述的激光二极管组件，还包括：
物镜，所述物镜被定位成接收来自所述一体式光束压缩器的所述激光束并将所述激光束引导到光束焦点。
14.根据权利要求13所述的激光二极管组件，还包括光波导，所述光波导具有位于所述光束焦点处的输入表面。
15.根据权利要求14所述的激光二极管组件，还包括多个快轴准直仪和慢轴准直仪，所述多个快轴准直仪和慢轴准直仪被定位成接收所述多个激光束，并且沿着所述相应的光束轴将所述多个激光束引导到所述一体式光束压缩器。
16.根据权利要求15所述的激光二极管组件，其中所述一体式光束压缩器包括光学透明基板，所述光学透明基板定位成使得光束入射表面具有第一曲率半径，并且光束出射表面具有第二曲率半径，其中所述第一曲率半径、所述第二曲率半径以及所述光束出射表面和所述光束入射表面的分离使得压缩比对应于所述第二曲率半径与所述第一曲率半径之比。
17.根据权利要求16所述的激光二极管组件，其中所述光学透明基板是玻璃，并且所述第一曲率半径和所述第二曲率半径是具有平行曲率轴的柱形曲率。
18.根据权利要求17所述的激光二极管组件，其中所述多个激光二极管中的所述激光二极管被定位成使得相关联的光束彼此移位并且沿共享平面中的平行轴传播，并且所述一体式光束压缩器的曲率轴垂直于所述共享平面。
19.根据权利要求12所述的激光二极管组件，其中所述一体式光束压缩器是轴向柱形透镜，所述轴向柱形透镜具有半径R1的凸面和半径R2的凹面，并且具有中心厚度，使得所述凸面和凹面具有基于差值|R1|-|R2|的光学分离。
20.根据权利要求12所述的激光二极管组件，其中所述轴向柱形透镜具有约的中心厚度TC，其中n是所述中心柱形透镜的折射率。
21.一种方法，包括：
相对于彼此固定多个激光二极管，以便产生包括来自所述多个激光二极管的光束的光束堆叠；以及
相对于所述光束堆叠定位一体式光束压缩器，以便改变所述光束堆叠中的光束间隔。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述一体式光束压缩器包括具有参考表面的透明光学基板，并且所述一体式光束堆叠利用所述参考表面相对于所述光束堆叠定位。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括在所述参考表面处相对于所述光束堆叠固定所述一体式光束压缩器。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述一体式光束压缩器是弯月形快轴望远镜，并且所述参考表面平行于弯月形表面的曲率轴。
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