CN110174775B - 一种转角可调光纤准直系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种转角可调光纤准直系统，激光光源连接光纤发出的激光经过所述光纤准直系统后出射准直光，所述光纤准直系统包括镜筒和依次设置在所述镜筒内的1/2波片、偏振分光棱镜、1/4波片、平凹透镜、反射镜和双胶合透镜，所述1/2波片用于旋转改变入射光偏振态，所述偏振分光棱镜用于改变出射光能量，所述1/4波片用于旋转改变出射光偏振态，经过所述的1/2波片、偏振分光棱镜和1/4波片之后的出射光经平凹透镜扩束后，由所述反射镜发射到双胶合透镜，然后由所述双胶合透镜进行准直。本发明还公开所述转角可调光纤准直系统的波前调试方法。

Description

一种转角可调光纤准直系统
技术领域
本发明涉及光学设备技术领域，尤其涉及一种高准直性、结构紧凑、光束质量优异且出射光斑能量和偏振态可调的光纤准直系统及其调试方法，具体为一种转角可调光纤准直系统。
背景技术
随着激光和光纤相关技术快速发展，激光器相关产品日渐成熟、商用化程度不断提高。由于光纤激光的光能量集中、方向性和单色性好等特点，光纤激光在各行各业中的应用越来越普遍，在工业生产和科学研究中，人们希望光纤激光经过准直后的光能量和偏振态可调，且机械结构能够更加紧凑，目前市场上现有的光纤激光准直器结构多为直筒的准直系统，系统中的光学镜片包含常见的不同光焦度的单透镜，不能满足人们对出射光不同偏振态和能量大小的多样需求，同时直筒式设计导致的系统总长过长也大大限制了准直系统在工业生产和科学研究中的应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种转角可调光纤准直系统，通过调节1/2波片、偏振分光棱镜及1/4波片可以调节出射光能量并使出射光为标准的圆偏光。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种转角可调光纤准直系统，激光光源连接光纤发出的激光经过所述光纤准直系统后出射准直光，所述光纤准直系统包括镜筒和依次设置在所述镜筒内的1/2波片、偏振分光棱镜、1/4波片、平凹透镜、反射镜和双胶合透镜，所述1/2波片用于旋转改变入射光偏振态，所述偏振分光棱镜用于改变出射光能量，所述1/4波片用于旋转改变出射光偏振态，经过所述的1/2波片、偏振分光棱镜和1/4波片之后的出射光经平凹透镜扩束后，由所述反射镜发射到双胶合透镜，然后由所述双胶合透镜进行准直。
优选地，所述1/2波片和1/4波片均为360°旋转可调。
优选地，所述反射镜为45°镀金反射镜。
优选地，所述光纤准直系统用于固定的螺丝均选用无磁性的钛螺丝。
一种转角可调光纤准直系统的波前调试方法，所述光纤准直系统出射的准直光束通过剪切干涉仪产生干涉条纹，通过观察干涉条纹的数量和弯曲程度来进行所述光纤准直系统的波前调试。
优选地，在进行所述光纤准直系统的波前调试时，通过调节系统内光学器件的相对位置关系，改变干涉条纹的数量和弯曲程度。
优选地，在进行所述光纤准直系统的波前调试时，通过调节光纤头与系统内偏振分光棱镜与平凹透镜之间的相对距离以及反射镜在镜筒中的角度，改变干涉条纹的数量和弯曲程度。
优选地，所述光纤准直系统的波前调试完成后，通过ZYGO干涉仪进行确认，使所述光纤准直系统的波前满足λ/4以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明满足技术人员对出射光不同偏振态和能量的多样需求，且转角式设计大大减小了系统的横向尺寸，有助于准直系统在工业生产和科学研究中的应用。
(2)本发明通过旋转1/2波片改变入射光偏振态，通过偏振分光棱镜改变出射光能量，通过旋转1/4波片使出射光为标准的圆偏光，该系统结构简单实用，调节方便。
(3)本发明通过剪切干涉仪进行光纤准直系统的波前调试，通过调节光纤头与系统中的偏振分光棱镜和平凹透镜之间的相对距离以及反射镜在镜筒中的角度，改变剪切干涉仪观察到的干涉条纹的数量和弯曲程度，使得调试后的干涉条纹尽可能少且直，并通过ZYGO干涉仪进行检测确认，确保系统波前满足λ/4以上。
附图说明
图1为根据实施例的本发明光纤准直系统的结构示意图；
图2为根据实施例的本发明光纤准直系统的准直光路示意图；
图3为根据实施例的本发明利用剪切干涉仪调试系统波前的示意图；
图4为根据实施例的本发明剪切干涉仪的结构示意图。
图中：1、1/2波片；2、偏振分光棱镜；3、1/4波片；4、平凹透镜；5、反射镜；6、双胶合透镜；7、监测光出口；8、激光光源；9、光纤头；10、剪切干涉仪；11、干涉条纹；12、入射光探测器；13、出射光探测器。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考附图1至2，一种转角可调光纤准直系统，激光光源连接光纤发出的激光经过所述光纤准直系统后出射准直光，所述光纤准直系统包括镜筒和依次设置在所述镜筒内的1/2波片、偏振分光棱镜、1/4波片、平凹透镜、反射镜和双胶合透镜，所述1/2波片用于旋转改变入射光偏振态，所述偏振分光棱镜用于改变出射光能量，所述1/4波片用于旋转改变出射光偏振态，经过所述的1/2波片、偏振分光棱镜和1/4波片之后的出射光经平凹透镜扩束后，由所述反射镜发射到双胶合透镜，然后由所述双胶合透镜进行准直。
具体地，所述光纤准直系统中包含1/2波片，偏振分光棱镜以及1/4波片，波片均可360°旋转调节，通过旋转1/2波片，改变入射光偏振态然后通过偏振分光棱镜，可以改变出射光能量，通过旋转1/4波片可以改变出射光偏振态，使出射的光为标准的圆偏光。
具体地，所述光纤准直系统通过平凹透镜将光纤出射的激光发散扩束，再通过双胶合透镜进行准直。相比于传统的单透镜组合准直系统，系统中包含双胶合透镜能够使出射光斑色差更小。
作为一种实施方案，系统本身设计波长为780nm，而准直系统波前等光学指标的定量测试需要通过ZYGO等干涉仪来测量，但ZYGO干涉仪的光源为相干性较好的633nm激光，因此采用消色差设计可以利用ZYGO干涉仪来测试系统的准直性。
具体地，消色差设计主要是基于系统中的双胶合透镜，双胶合透镜采用一种低折射率、低色散的冕牌玻璃和一种高折射率、高色散的重火石玻璃利用光学胶水胶合形成。双胶合透镜设计用于减小系统色差。
为了减小系统的横向尺寸，有利于工业生产和科研应用，本实施的光纤准直系统采用45°反射镜实现转角式设计，通过45°反射镜将系统光路转折，大大减小系统的横向尺寸。其中，反射镜选用为镀金反射镜，镀金反射膜为金属膜，且金属膜反射率在介质膜和金属膜中反射率最高，反射率可达到98％以上，能够最大程度上传播光能量以及降低圆偏光由于经过反射镜导致的退偏效应。
具体地，所述光纤准直系统具有两条光路，一条光路可用于检测入射光功率，一条光路可用于检测出射光功率。如图1所示，监测光出口和监测光探测器用于检测入射光功率，另外在双胶合透镜后接出射光探测器用于检测出射光功率。
具体地，所述光纤准直系统用于固定的螺丝均选用无磁性的钛螺丝，可以消除螺丝磁性对系统光路的干扰，从而使系统出射准直光斑效果更好。
具体地，所述光纤准直系统光纤接口为通用的FC-APC，为标准件，方便更换。
请参考附图3至4，作为一种实施方案，转角可调光纤准直系统的波前调试方法为：所述光纤准直系统出射的准直光束通过剪切干涉仪产生干涉条纹，可以通过干涉条纹的数量和弯曲程度来定性的检测准直系统的波前效果，因此在系统调试时，调节系统内光学器件的相对位置关系可以观察干涉条纹实时变化，从而达到调试系统波前的目的。
具体地，系统进行波前调试时，通过调节光纤头与系统中光学元件偏振分光棱镜、平凹透镜之间的相对距离以及镀金反射镜在光路中的翻转、倾斜可以观察干涉条纹的实时变化，从而达到调试系统波前的目的。
具体地，由于系统设计波长为780nm，市场上780nm激光功率普遍较低，在实验检测时不易观察，而本实施的转角可调光纤准直系统优良的消色差效果使得可以利用能量较强的650红光光源代替780nm光源进行检测。650激光光源连接光纤发出的激光经过转角准直系统后出射准直光，使准直出射光经过剪切干涉仪，观察干涉条纹,通过调节光纤头与系统中光学元件偏振分光棱镜、平凹透镜之间的相对距离以及镀金反射镜在镜筒中的角度达到剪切干涉仪观测到的干涉条纹尽可能少且直，调整完成后利用ZYGO干涉仪进行检测确认，确保系统波前满足λ/4以上。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种转角可调光纤准直系统，激光光源连接光纤发出的激光经过所述光纤准直系统后出射准直光，其特征在于，所述光纤准直系统包括镜筒和依次设置在所述镜筒内的1/2波片、偏振分光棱镜、1/4波片、平凹透镜、反射镜和双胶合透镜，所述1/2波片用于旋转改变入射光偏振态，所述偏振分光棱镜用于改变出射光能量，所述1/4波片用于旋转改变出射光偏振态，使出射的光为标准的圆偏光；经过所述的1/2波片、偏振分光棱镜和1/4波片之后的出射光经平凹透镜扩束后，由所述反射镜发射到双胶合透镜，然后由所述双胶合透镜进行准直；所述1/2波片和1/4波片均为360°旋转可调；
所述光纤准直系统具有两条光路，一条光路用于检测入射光功率，一条光路用于检测出射光功率，监测光出口和监测光探测器用于检测入射光功率，另外在双胶合透镜后接出射光探测器用于检测出射光功率。
2.根据权利要求1所述的一种转角可调光纤准直系统，其特征在于，所述反射镜为45°镀金反射镜。
3.根据权利要求1所述的一种转角可调光纤准直系统，其特征在于，所述光纤准直系统用于固定的螺丝均选用无磁性的钛螺丝。
4.一种根据权利要求1所述的一种转角可调光纤准直系统的波前调试方法，其特征在于，所述光纤准直系统出射的准直光束通过剪切干涉仪产生干涉条纹，通过观察干涉条纹的数量和弯曲程度来进行所述光纤准直系统的波前调试。
5.根据权利要求4所述的一种转角可调光纤准直系统的波前调试方法，其特征在于，在进行所述光纤准直系统的波前调试时，通过调节系统内光学器件的相对位置关系，改变干涉条纹的数量和弯曲程度。
6.根据权利要求5所述的一种转角可调光纤准直系统的波前调试方法，其特征在于，在进行所述光纤准直系统的波前调试时，通过调节光纤头与系统内偏振分光棱镜与平凹透镜之间的相对距离以及反射镜在镜筒中的角度，改变干涉条纹的数量和弯曲程度。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的一种转角可调光纤准直系统的波前调试方法，其特征在于，所述光纤准直系统的波前调试完成后，通过ZYGO干涉仪进行确认，使所述光纤准直系统的波前满足λ/4以上。
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