CN109412021A - 一种基于准直再定向离轴抛物面反射镜的精密空间合束装置 - Google Patents

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吴华玲
郭林辉
蒋全伟
谭昊
王昭
高松信
武德勇
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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Abstract

本发明提供了一种基于准直再定向离轴抛物面反射镜的精密空间合束装置，该方案包括有两路子光源、两路子光源相互平行传输，一路子光源直接射入偏振合束镜PBS，另一路子光源经过反射镜反射90度后通过1/2λ波片后射入偏振合束镜PBS，偏振合束镜PBS输出的光束经过非球面聚焦镜后作为输出光输出；该方案能解决ＤＬ光纤耦合模块中结构复杂、集成度低、合束效率低下等问题。

Description

一种基于准直再定向离轴抛物面反射镜的精密空间合束装置
技术领域
本发明涉及的是激光技术应用领域，尤其是一种基于准直再定向离轴抛物面反射镜的精密空间合束装置。
背景技术
光纤耦合半导体激光器由于具有功率高、可靠性好、环境适应性强、体积小、成本低廉和寿命长等优点，近年来在材料加工、生物医疗、军事防御等领域得到广泛应用，尤其随着光纤激光/固体激光器的飞速发展，对作为泵浦光源的光纤耦合半导体激光器的需求也与日俱增。因此，研究高可靠性的高亮度光纤耦合输出半导体激光器对高能光纤激光器的发展具有重要意义。
在光纤耦合输出模块中，由于光纤的束参积非常小，对光源整形要求非常高，一般要求发散角在mrad量级。对于中低功率光纤耦合模块（200W以内），一般多采用单管LD激光器作为子光源，通过光束整形和空间合束实现各子光束的紧密空间拼接，进而使用耦合镜头耦合进目标光纤。
在常见光纤耦合模块中，一般采用的是台阶热沉封装配合45°平面反射镜合束方式，即将单管光源封装在台阶热沉上，通过快慢轴准直对快慢轴方向发散角进行压缩，再使用45°反射镜将多个子光束沿快轴方向拼接，实现精密空间合束。这种单独快慢轴准直再使用反射镜＋台阶合束的方式操作过程简单，但存在以下缺点：
合束步骤较多，不利于合束效率的提高，且模块中元件数量偏多，需要控制的过程量也随之增多，不易控制总体偏差，可靠性较差。结构相对固定，不利于结构的多样性变化。
因此，多单管子光源的合束问题是半导体激光光纤耦合模块实现高亮度、高可靠性输出的一个关键技术难点，研究合束步骤简洁，且结构相对灵活的合束方式具有重要现实意义。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种基于准直再定向离轴抛物面反射镜的精密空间合束装置的技术方案，该方案能解决ＤＬ光纤耦合模块中结构复杂、集成度低、合束效率低下等问题。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种基于准直再定向离轴抛物面反射镜的精密空间合束装置，包括有两路子光源、两路子光源相互平行传输，一路子光源直接射入偏振合束镜PBS，另一路子光源经过反射镜反射90度后通过1/2λ波片后射入偏振合束镜PBS，偏振合束镜PBS输出的光束经过非球面聚焦镜后作为输出光输出；每一路光源均包括有多个单管半导体激光器焊接在高度差相同的台阶热沉上；单管半导体激光器发出的光束经过快轴准直微透镜准直后，使用离轴抛物面反射镜压缩慢轴方向发散角并使其光轴旋转53°，多个单管半导体激光器发出的光束经过离轴抛物面反射镜后叠加合束为一路子光源。
作为本方案的优选：单管半导体激光器发出的光束经过快轴准直微透镜准直后发射出的带有发散角的光束经过离轴抛物面反射镜反射后转化为平行光束。
作为本方案的优选：两路子光源在空间上是分离排列的。
作为本方案的优选：两路子光源在空间上是交错排列的。
作为本方案的优选：每一路子光源包括有相同数量的单管半导体激光器，且单管半导体激光器的数量上限由目标光纤束参积限定，保证束参积匹配。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中采用离轴非球面反射式准直镜兼具准直和光束再定向功能，将光束再定向与慢轴准直一体化设计与集成，合束部分具有结构紧凑、集成度高、形状灵活的优点；此外，使用反射式非球面准直镜，用一个元件实现原本两个元件的功能，简化了光纤耦合模块结构，精简了装调工艺流程，对降低模块重量、缩小系统尺寸有重要意义；最后，该准直再定向方法是通过离轴量设计实现，而离轴量不同，光束再定向与原始方向的夹角也会因此不同，形成模块不同的长宽比。因此可根据模块的外形要求调整离轴量，获得更为灵活的结构设计。
为提高功率，要使用两路子光源进行偏振合束，这时合束光路可分为两路光路分离排列和交错排列两种情况。分离光路的两列子光束分别位于对称中线两侧，没有空间交叠，装调过程较为简单。但考虑到充分利用空间的必要性，将两列光束的合束光路设计为一部分重合，一部分分离，以提高模块的功率／重量比。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为离轴抛物面反射镜的准直原理示意图。
图2为本发明的合束光路示意图。
图3为本发明另一种合束光路示意图。
图中，1为半单管导体激光器，2为快轴准直微透镜，3为离轴抛物面反射镜，4为反射镜，5为1/2λ波片，6为偏振合束镜PBS，7为非球面聚焦镜，f为反射抛物面的焦距，D为准直后光束口径，θ为光轴偏转角，L为光学系统总长，W为光学系统宽度，n为单偏振空间合束子单元数量。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
通过附图能够看出：本方案包括有两路子光源、两路子光源相互平行传输，一路子光源直接射入偏振合束镜PBS，另一路子光源经过反射镜反射90度后通过1/2λ波片后射入偏振合束镜PBS，偏振合束镜PBS输出的光束经过非球面聚焦镜后作为输出光输出；每一路光源均包括有多个单管半导体激光器焊接在高度差相同的台阶热沉上；单管半导体激光器发出的光束经过快轴准直微透镜准直后，使用离轴抛物面反射镜压缩慢轴方向发散角并使其光轴旋转53°，多个单管半导体激光器发出的光束经过离轴抛物面反射镜后叠加合束为一路子光源。单管半导体激光器发出的光束经过快轴准直微透镜准直后发射出的带有发散角的光束经过离轴抛物面反射镜反射后转化为平行光束。每一路子光源包括有相同数量的单管半导体激光器，且单管半导体激光器的数量上限由目标光纤束参积限定，保证束参积匹配。
实施例1：结合图1、图2能够看出该模块由两路子光源组成，每一路n个单管半导体激光器单元焊接在高度差为d的铜台阶热沉上，每个单管经快轴准直后，使用非球面离轴抛物面反射镜压缩慢轴方向发散角并使其光轴旋转53°，反射镜高度与光束高度严格匹配，以便n个单元的光束沿垂直方向合为一束作为一路子光束，后续通过偏振合束器件对两路子光束进行偏振合束，用于作为光纤耦合光源。该方式使系统结构更加紧凑、简单。
实施例2：
结合图1、图3能够看出，该实施方式与实施例1的不同之处在于，本实施例中两路合束光路在空间上是交叉的，这种排列使得空间利用率大幅度提高，可将宽度方向尺寸缩小约1/3，有利于缩减模块体积，减轻模块重量。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种基于准直再定向离轴抛物面反射镜的精密空间合束装置，其特征是：包括有两路子光源、两路子光源相互平行传输，一路子光源直接射入偏振合束镜PBS，另一路子光源经过反射镜反射90度后通过1/2λ波片后射入偏振合束镜PBS，偏振合束镜PBS输出的光束经过非球面聚焦镜后作为输出光输出；每一路光源均包括有多个单管半导体激光器焊接在高度差相同的台阶热沉上；单管半导体激光器发出的光束经过快轴准直微透镜准直后，使用离轴抛物面反射镜压缩慢轴方向发散角并使其光轴旋转53°，多个单管半导体激光器发出的光束经过离轴抛物面反射镜后叠加合束为一路子光源。
2.根据权利要求1所述的一种基于准直再定向离轴抛物面反射镜的精密空间合束装置，其特征是：所述单管半导体激光器发出的光束经过快轴准直微透镜准直后发射出的带有发散角的光束经过离轴抛物面反射镜反射后转化为平行光束。
3.根据权利要求1所述的一种基于准直再定向离轴抛物面反射镜的精密空间合束装置，其特征是：两路子光源在空间上是分离排列的。
4.根据权利要求1所述的一种基于准直再定向离轴抛物面反射镜的精密空间合束装置，其特征是：两路子光源在空间上是交错排列的。
5.根据权利要求1所述的一种基于准直再定向离轴抛物面反射镜的精密空间合束装置，其特征是：每一路所述子光源包括有相同数量的单管半导体激光器，且单管半导体激光器的数量上限由目标光纤束参积限定，保证束参积匹配。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112260063A (zh) * 2020-10-20 2021-01-22 北京凯普林光电科技股份有限公司 一种半导体激光器单管空间合束装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120002395A1 (en) * 2010-06-30 2012-01-05 Jds Uniphase Corporation Beam combining light source
CN102589440A (zh) * 2012-01-11 2012-07-18 西安交通大学 连续变角度数字全息干涉测量的方法和装置
CN102854633A (zh) * 2012-08-29 2013-01-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种用于多波段激光合束对准的装置
CN108319033A (zh) * 2018-01-23 2018-07-24 武汉维莱特光电技术有限公司 一种阵列式光纤准直器
CN108680251A (zh) * 2018-03-15 2018-10-19 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于超连续激光和单色仪的细分光谱扫描定标装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120002395A1 (en) * 2010-06-30 2012-01-05 Jds Uniphase Corporation Beam combining light source
CN102589440A (zh) * 2012-01-11 2012-07-18 西安交通大学 连续变角度数字全息干涉测量的方法和装置
CN102854633A (zh) * 2012-08-29 2013-01-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种用于多波段激光合束对准的装置
CN108319033A (zh) * 2018-01-23 2018-07-24 武汉维莱特光电技术有限公司 一种阵列式光纤准直器
CN108680251A (zh) * 2018-03-15 2018-10-19 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于超连续激光和单色仪的细分光谱扫描定标装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112260063A (zh) * 2020-10-20 2021-01-22 北京凯普林光电科技股份有限公司 一种半导体激光器单管空间合束装置
CN112260063B (zh) * 2020-10-20 2023-05-30 北京凯普林光电科技股份有限公司 一种半导体激光器单管空间合束装置

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