CN112260053A

CN112260053A - 高效率的叠阵型半导体激光器

Info

Publication number: CN112260053A
Application number: CN202011146514.XA
Authority: CN
Inventors: 张贺; 王雍杰; 付文升; 朱尚典; 张希纯; 徐英添; 金亮; 邹永刚; 马晓辉
Original assignee: Changchun University of Science and Technology
Current assignee: Changchun University of Science and Technology
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2021-01-22
Anticipated expiration: 2040-10-23
Also published as: CN112260053B

Abstract

本发明涉及光纤耦合技术领域，尤其涉及一种高效率的叠阵型半导体激光器，包括激光源、光束整形组件、会聚透镜、鲍威尔棱镜组件和光纤；所述激光源发出的光束经过光束整形组件进行整形；整形后的光束经会聚透镜会聚，会聚后光束经过鲍威尔棱镜组件进行光束整形可以耦合进光纤的光束。本发明系统结构简单,便于操作,减少了操作步骤,光纤耦合效率达到84.3％。

Description

高效率的叠阵型半导体激光器

技术领域

本发明涉及光纤耦合技术领域，尤其涉及一种高效率的叠阵型半导体激光器。

背景技术

随着器件制备技术的成熟，半导体激光器的发展速度显著提高，尤其是对高功率、高效率和高光束质量的半导体激光器的研究逐渐增多。一般对于高功率激光的获得都需要通过巴条或叠阵来实现，由于巴条或叠阵快慢轴方向的光束质量差异很大，往往需要进行光束整形来匀化快慢轴方向的光束质量，然后通过聚焦镜耦合到光纤中。光纤耦合输出半导体激光器是目前的发展趋势，而叠阵更易于实现大功率的激光输出。所以，要提高高功率高效率半导体激光器的研究水平，对叠阵进行光束整形、光束合束和光纤耦合技术的研究非常重要。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种高效率的叠阵型半导体激光器，该系统以叠阵型半导体激光器作为光源产生光束，通过对光束进行准直和整形，用鲍威尔棱镜组将光束耦合进光纤，该系统简单高效，可以有效消除暗区，改善激光的光束质量，功率密度更大。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种高效率的叠阵型半导体激光器，其特殊之处在于：

包括激光源、光束整形组件、会聚透镜、鲍威尔棱镜组件和光纤；

所述激光源发出的光束经过光束整形组件进行整形；整形后的光经会聚透镜会聚，会聚后光束经过鲍威尔棱镜组件进行光束整形可以耦合进光纤的光束。

进一步地，上述所述鲍威尔棱镜组件包括第一鲍威尔棱镜和第二鲍威尔棱镜，第一鲍威尔棱镜和第二鲍威尔棱镜互为正交。

进一步地，上述所述光束整形组件包括沿光束入射方向依次设置的柱透镜组件和微柱透镜阵列。

进一步地，上述激光源为叠阵型半导体激光器。

进一步地，上述柱透镜组件中的柱透镜选取材料为S-TIH53，其前表面为平面，后表面为曲率半径为-0.91mm。

进一步地，上述微柱透镜阵列，其前表面为平面；其后表面径向高度0.25，宽度为0.75，厚度为0.55。

进一步地，上述所述会聚透镜，选取材料为BK7，第一个面为平面，第二个面为曲面，曲率半径为40mm。

进一步地，上述第一鲍威尔棱镜选取材料为BK7，前表面曲率半径为0.4，圆锥系数为-3.2，后表面为平面。

本发明的优点：

1)本发明基于鲍威尔棱镜组的光纤耦合系统，结构简单高效，便于操作；

2)本发明提出了通过两个正交的鲍威尔棱镜可将正方形光束整形为可以耦合进200光纤系统的圆形光束，通过两个正交的鲍威尔棱镜进行整形可以同时达到改变光束形状和缩小暗区形成紧密光束的效果，系统改善了激光的光束质量，功率密度更大；

3)本发明基于鲍威尔棱镜组的光学系统为光纤耦合技术的应用提出了新的思路，解决了现有光纤耦合系统的局限性。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构图；

图2为图1中单个bar条整形组件结构示意图；

图3为图1中一个叠阵的光源结构示意图；

图4为图1中会聚透镜结构示意图；

图5为图1中鲍威尔棱镜组件结构示意图。

其中，1-激光源；2-柱透镜组件；3-微柱透镜阵列；4-会聚透镜；5-第一鲍威尔棱镜；6-第二鲍威尔棱镜；7-200光纤。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

参见图1，图1为本发明一个实施例的高效率的叠阵型半导体激光器的整体结构示意图，包括激光源1、光束整形组件、会聚透镜4、鲍威尔棱镜组件和200光纤8。

所述激光源1可采用半导体激光器，在本实施例中，半导体激光器为976nm的连续激光器，单个bar条上包含19个发光单元，选取的半导体激光器慢轴方向发散角为10°，快轴方向发散角为40°。

参见图1和图2，所述光束整形组件包括沿光束入射方向依次设置的柱透镜组件2和微柱透镜阵列3。

所述的会聚透镜4将平行入射的正方形光束进行会聚。

所述鲍威尔棱镜组件将会聚后的光束进行整形，每个鲍威尔棱镜都可以将一个会聚的长方形光束整形成圆形的细小光束输出，故一个会聚的正方形光束分别通过两个相互正交的鲍威尔棱镜，每个鲍威尔棱镜分别对一个方向进行整形，使出射光束为圆形细小光束。

所述激光源1发出的光束经过光束整形组件进行整形，先用柱透镜组件2准直光束快轴，然后利用微柱透镜阵列3把慢轴方向准直，进而将椭圆光斑(沿光轴传播的光束的截面处)整形为圆光斑；整形后的光束通过会聚透镜4形成向一点会聚的光束，在会聚点之前放两个相互正交的第一鲍威尔棱镜5、第二鲍威尔棱镜6，经过鲍威尔棱镜组件后光束为可以耦合进200光纤7的圆形平行光束。

参见图1和图3，所述柱透镜组件2包括并排10个柱透镜，并排10个柱透镜的参数相同，柱透镜的一端为凸面，另一端为平面，所述微柱透镜阵列个数为21个，图3为一个叠阵的光源结构示意图和整形后的光斑图。

参见图4，图4为本发明实施例中光束会聚结构示意图。通过调控会聚透镜4的距离和尺寸，可以改变光束会聚的大小，便于提供适合入射进鲍威尔棱镜的发散角。

参见图5，图5为正方形光束通过两个相互正交的鲍威尔棱镜整形结构示意图，带有整形前后的光斑图。

本发明提供的实施例中，具体地，柱透镜组件2、微柱透镜阵列3、会聚透镜4、两个相互正交的第一鲍威尔棱镜5、第二鲍威尔棱镜6和200光纤7的参数如下：

柱透镜组件2，选取材料为S-TIH53，其前表面为平面，后表面为曲率半径为-0.91mm；

微柱透镜阵列3，选取材料为S-TIH53，半径为-2.37，阵列个数为21。

会聚透镜4，选取材料为BK7，曲率半径为40mm。

第一鲍威尔棱镜5、第二鲍威尔棱镜6，选取材料为BK7，第一面曲率半径为0.4，第一面圆锥系数为-3.2，两棱镜相互正交。所述第一鲍威尔棱镜5的一端为平面，另一端为常规鲍威尔棱镜形状。

200光纤7，选取材料为BK7，前半径与后半径设为200。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种高效率的叠阵型半导体激光器，其特征在于：

包括激光源(1)、光束整形组件、会聚透镜(4)、鲍威尔棱镜组件和光纤；

所述激光源(1)发出的光束经过光束整形组件进行整形；整形后的光束经会聚透镜(4)会聚，会聚后光束经过鲍威尔棱镜组件进行光束整形形成可以耦合进光纤的光束。

2.根据权利要求1所述的高效率的叠阵型半导体激光器，其特征在于：

所述鲍威尔棱镜组件包括第一鲍威尔棱镜(5)和第二鲍威尔棱镜(6)，第一鲍威尔棱镜(5)和第二鲍威尔棱镜(6)互为正交。

3.根据权利要求2所述的高效率的叠阵型半导体激光器，其特征在于：

所述光束整形组件包括沿光束入射方向依次设置的柱透镜组件(2)和微柱透镜阵列(3)。

4.根据权利1-3任一所述的高效率的叠阵型半导体激光器，其特征在于：

所述激光源(1)为半导体激光器。

5.根据权利要求3所述的高效率的叠阵型半导体激光器，其特征在于：

所述柱透镜组件(2)中的柱透镜选取材料为S-TIH53，其前表面为平面，后表面为曲率半径为-0.91mm。

6.根据权利要求5所述的高效率的叠阵型半导体激光器，其特征在于：

所述会聚透镜(4)，选取材料为BK7，曲率半径为40mm。

7.根据权利要求6所述的高效率的叠阵型半导体激光器，其特征在于：

所述第一鲍威尔棱镜(5)选取材料为BK7，第一面曲率半径为0.4，第一面圆锥系数为-3.2。