CN110932076A - 大功率泵浦激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种大功率泵浦激光器，包括：若干级联的激光二极管，与这些激光二极管一一对应的若干准直反射透镜和与这些准直反射透镜对应的聚焦透镜；每个该激光二极管的出射光束经对应的该准直反射透镜进行准直处理和全反射后，经该聚焦透镜进行聚焦处理，送达与该聚集透镜相配合的出射光纤出射；其中，该准直反射透镜包括：作为进光面的双曲面透镜，其在快慢轴方向具有不同的曲率及圆锥常数；和作为出光面的反射斜面，用于使经该双曲面透镜准直后的光束发生全反射，并使光束传播方向改变90度。结构紧凑，有利于提高可靠性以及减少功率损失。

Description

大功率泵浦激光器
技术领域
本发明涉及光学部件，尤其涉及光纤激光器。
背景技术
目前，用于光纤激光器的大功率泵源多采用多路LD(Laser Diode，激光二极管)芯片级联的方式设计。大功率的LD芯片在快慢轴方向的发光长度及发光角度差异较大，即LD芯片在快慢轴方向存在不可忽略的像散。针对这种现象，目前常用的方法是使用两个柱透镜分别准直快轴和慢轴光束，然后经反射镜改变光束方向，最终使多路LD准直光束由同一个聚焦透镜聚焦到光纤。现有的这种方式存在一些问题：所用光学元件较多，会导致泵源可靠性变差；另外，光束需在多个光学界面反射，致使功率损失较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种大功率泵浦激光器，结构紧凑，有利于提高可靠性以及减少功率损失。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：提供一种大功率泵浦激光器，包括：若干级联的激光二极管，与这些激光二极管一一对应的若干准直反射透镜和与这些准直反射透镜对应的聚焦透镜；每个该激光二极管的出射光束经对应的该准直反射透镜进行准直处理和全反射后，经该聚焦透镜进行聚焦处理，送达与该聚集透镜相配合的出射光纤出射；其中，该准直反射透镜包括：作为进光面的双曲面透镜，其在快慢轴方向具有不同的曲率及圆锥常数；和，作为出光面的反射斜面，用于使经该双曲面透镜准直后的光束发生全反射，并使光束传播方向改变90度。
在一些实施例中，这些激光二极管分为两列，每列具有等数量的激光二极管，每列中的激光二极管在高度方向上等差分布。
在一些实施例中，每列具有奇数路的激光二极管，每列中的居中的激光二极管与该聚焦透镜的中心同高。举例而言，每列具有七路的激光二极管。
在一些实施例中，该准直反射透镜的双曲面透镜的厚度尺寸与每列中的激光二极管在高度方向上的等差尺寸相对应。举例而言，该准直反射透镜的双曲面透镜厚度，也即该等差尺寸，为0.6mm。
在一些实施例中，在同一列中，两两相邻的激光二极管的横向间距是相等的。举例而言，该横向间距为6mm。
在一些实施例中，该两列激光二极管平行设置，具有设定的间距。举例而言，该设定的间距为8.4mm。
在一些实施例中，每个该激光二极管与对应的准直反射透镜的双曲面透镜之间具有设定的间距。该设定的间距为0.5mm。
在一些实施例中，该出射光纤与该聚焦透镜的出光面相距设定的距离。举例而言，该出射光纤的纤芯直径为106μm，数值孔径为0.2，该设定的距离为13mm。
在一些实施例中，该聚焦透镜包括：作为进光面的非球面透镜；和，作为出光面的非球面透镜。
在一些实施例中，还包括：输入线缆以及封装壳体；其中，这些激光二极管、这些准直反射透镜和该聚集透镜装设在该封装壳体的收容腔中，该封装壳体呈长方体，这些输入线缆和该出射光纤分别固定装设在该封装壳体的两端。
与现有技术相比，本发明的大功率泵浦激光器，通过激光二极管、准直反射透镜、聚焦透镜和出射光纤的巧妙配合，能够很好地解决大功率泵源光学元件较多导致的可靠性及光学界面反射损失问题；另外，通过准直反射透镜单一光学元件功能集成现有技术中的快慢轴准直透镜和反射镜叁个元件，可使大功率泵源结构更为紧凑。
附图说明
图1和图2示意出本发明大功率泵浦激光器光路的两个不同视角。
图3和图4示意出本发明大功率泵浦激光器中准直反射透镜的两个不同视角。
图5和图6示意出本发明大功率泵浦激光器中聚焦透镜的两个不同视角。
图7和图8示意出本发明大功率泵浦激光器的两个不同视角。
其中，附图标记说明如下：10大功率泵浦激光器1激光二极管3准直反射透镜31双曲面透镜33反射斜面35基准面5聚焦透镜51进光面53出光面2输入线缆4出射光纤6封装壳体66收容腔。
具体实施方式
为了详细说明本发明的构造及特点所在，兹举以下较佳实施例并配合附图说明如下。
参见图1和图2，图1和图2示意出本发明大功率泵浦激光器光路的两个不同视角。本发明提出一种大功率泵浦激光器10的光路设计，其包括：若干级联的激光二极管1，与激光二极管1一一对应的若干准直反射透镜3以及与这些准直反射透镜3对应的聚焦透镜5。
该光路设计的核心在于准直反射透镜3的设计，将现有技术中的快慢轴准直透镜和反射镜叁个元件合为准直反射透镜3这一个光学元件，所有级联的激光二极管1经过各自的准直反射透镜3之后，直接打到聚焦透镜5。这种光路设计，减少了大功率泵源中光学元件的数量，提升了大功率泵源的稳定性并降低了功率损失。
参见图3和图4，图3和图4示意出本发明大功率泵浦激光器中准直反射透镜的两个不同视角。准直反射透镜3包含两个光学面，第一个光学面为双曲面透镜31，双曲面透镜31在快慢轴方向具有不同的曲率及圆锥常数，该特性使其在快慢轴方向具有不同的焦距。值得一提的是，图3顶面的曲面示意出了慢轴准直曲面；图4顶面的曲面示意出了快轴准直曲面。
激光二极管1的出光在快慢轴的方向具有不同的焦点。从而该双曲面透镜31能代替快慢轴柱透镜有效地准直激光二极管1的出光。第二个光学面为反射斜面33，反射斜面33与基准面35的夹角为45度(也可以说是135度)，反射斜面33的作用是使经双曲面透镜31准直后的光束发生全反射，并使光束传播方向改变90度。(
参见图5和图6，图5和图6示意出本发明大功率泵浦激光器中聚焦透镜的两个不同视角。激光二极管1的出光经过准直反射透镜3后，到达聚焦透镜5，该聚焦透镜5前后表面，也即进光面51和出光面53，皆为非球面透镜，以控制该聚焦透镜5较大孔径带来的球差，提升光纤耦合效率。
参见图7和图8，图7和图8示意出本发明大功率泵浦激光器的两个不同视角。该大功率泵浦激光器10还包括：输入线缆2，与聚集透镜5相配合的出射光纤4，以及封装壳体6。这些激光二极管1、准直反射透镜3和聚集透镜5装设在封装壳体6的收容腔66中。该封装壳体6呈长方体。这些输入线缆2和该出射光纤4分别固定装设在封装壳体6的两端。
该出射光纤4与该聚焦透镜5的出光面53相距设定的距离，例如：出射光纤4的纤芯直径为106μm，数值孔径为0.2，设在距聚焦透镜5的后表面(也即出光面53)13mm处。
共有14路激光二极管1相级联，分为两列，每列具有等数量，例如：七路，每列中的激光二极管在高度方向上等差分布。在同一列中，两两相邻的激光二极管1的横向间距是相等的，例如：6mm；两两相邻的激光二极管1的纵向高度差是相等的，也即高度方向上等差，例如：0.6mm；在两列中相对应的激光二极管1高度相同，其中居中的激光二极管1(也即图1中左数或者右数的第4路激光二极管1)与聚焦透镜5的中心同高。两列激光二极管1平行设置，具有设定的间距，例如：8.4mm。激光二极管1与对应的准直反射透镜3的双曲面透镜31之间具有设定的间距，例如：0.5mm。准直反射透镜3的长度设在2mm。
值得一提的是，双曲面透镜31的限制条件主要在厚度及长度上。在上述实施例，双曲面透镜31的厚度控制在0.6mm，双曲面透镜31的长度控制在2mm。双曲面透镜31的厚度决定了相邻激光二极管1之间的高度差(与厚度相当，在示例中为0.6mm)，厚度过大会导致相邻激光二极管1的高度差增加，对聚焦透镜5消球差、慧差的性能要求急剧增加。双曲面透镜3的长度决定了封装壳体6的大小，长度过小要求封装壳体6很窄才能满足要求，不利于散热。
聚焦透镜5的限制条件主要在外形尺寸及前后面曲率上。在上述实施例，由于采用单边七路激光二极管1依次增高的设计，会导致光束在聚焦透镜5上占据较大的区域，聚焦透镜5的尺寸必须完全覆盖所有光束。为了尽量减小不同孔径区域带光束的像差，前后面(也即进光面51和出光面53)的曲率半径都要尽量大，在这个前提下优化设计双面非球面来满足激光器性能要求。
可以理解的是，上述是以每列七路激光二极管1为例，进行说明。在其他实施例中，每列可以具有七路之外的个数个激光二极管1，例如：五路、六路等等。
与现有技术相比，本发明的大功率泵浦激光器10所具有的有益效果，包括但不限于：通过激光二极管1、准直反射透镜3、聚焦透镜5和出射光纤4的巧妙配合，能够很好地解决大功率泵源光学元件较多导致的可靠性及光学界面反射损失问题；另外，通过准直反射透镜3单一光学元件功能集成现有技术中的快慢轴准直透镜和反射镜叁个元件，可使大功率泵源结构更为紧凑。
以上，仅为本发明之较佳实施例，意在进一步说明本发明，而非对其进行限定。凡根据上述之文字和附图所公开的内容进行的简单的替换，都在本专利的权利保护范围之列。

Claims (10)

1.一种大功率泵浦激光器，其特征在于，包括：若干级联的激光二极管，与这些激光二极管一一对应的若干准直反射透镜和与这些准直反射透镜对应的聚焦透镜；每个该激光二极管的出射光束经对应的该准直反射透镜进行准直处理和全反射后，经该聚焦透镜进行聚焦处理，送达与该聚集透镜相配合的出射光纤出射；其中，该准直反射透镜包括：作为进光面的双曲面透镜，其在快慢轴方向具有不同的曲率及圆锥常数；和，作为出光面的反射斜面，用于使经该双曲面透镜准直后的光束发生全反射，并使光束传播方向改变90度。
2.根据权利要求1所述的大功率泵浦激光器，其特征在于，这些激光二极管分为两列，每列具有等数量的激光二极管，每列中的激光二极管在高度方向上等差分布。
3.根据权利要求2所述的大功率泵浦激光器，其特征在于，每列具有奇数路的激光二极管，每列中的居中的激光二极管与该聚焦透镜的中心同高。
4.根据权利要求2所述的大功率泵浦激光器，其特征在于，该准直反射透镜的双曲面透镜的厚度尺寸与每列中的激光二极管在高度方向上的等差尺寸相对应。
5.根据权利要求2所述的大功率泵浦激光器，其特征在于，在同一列中，两两相邻的激光二极管的横向间距是相等的。
6.根据权利要求2所述的大功率泵浦激光器，其特征在于，该两列激光二极管平行设置，具有设定的间距。
7.根据权利要求2所述的大功率泵浦激光器，其特征在于，每个该激光二极管与对应的准直反射透镜的双曲面透镜之间具有设定的间距。
8.根据权利要求1所述的大功率泵浦激光器，其特征在于，该出射光纤与该聚焦透镜的出光面相距设定的距离。
9.根据权利要求1所述的大功率泵浦激光器，其特征在于，该聚焦透镜包括：作为进光面的非球面透镜；和作为出光面的非球面透镜。
10.根据权利要求1至9任一项所述的大功率泵浦激光器，其特征在于，还包括：输入线缆以及封装壳体；其中，这些激光二极管、这些准直反射透镜和该聚集透镜装设在该封装壳体的收容腔中，该封装壳体呈长方体，这些输入线缆和该出射光纤分别固定装设在该封装壳体的两端。
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