CN113532637A - 一种可监控光斑数值孔径和功率的适配器及其制作使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可监控光斑数值孔径和功率的适配器及其制作使用方法，属于半导体光电子技术领域，包括用于连接积分球的固定座，用于连接光纤连接头的光纤连接头底座，以及位于固定座和光纤连接头底座之间的连接块；所述固定座、连接块与光纤连接头之间固定连接，固定块的上表面设置有凹槽，凹槽内嵌有偏振分光棱镜；光纤连接头、偏振分光棱镜、固定座和积分球的中心线同轴设置，光纤输出光通过偏振分光棱镜分为两束互相垂直的线偏光，即P偏光和S偏光，P偏光入射至积分球，用于监控光的功率，S偏光入射至光屏或光束质量分析仪，用于反馈光束质量。本发明可以在耦合过程中，同时兼顾光斑数值孔径和功率，保证产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种可监控光斑数值孔径和功率的适配器及其制作使用方法，属于半导体光电子技术领域。
背景技术
由于半导体激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、寿命长、波长覆盖范围广等优点，广泛应用于军事、医疗、通讯和工业等领域，逐步取代了传统气体和固体激光器。近年来，随着工业加工、医疗、激光打印等领域的发展，对高功率半导体激光器的需求也在逐年增加。
目前，在反射镜耦合过程中，激光器的功率是主要的依据条件，但是在只关注功率时很难保证产品光斑的好坏，可能会导致激光器光斑较差、数值孔径较大的问题，因此在此基础上我们提出一种可监控光斑数值孔径和功率的适配器，可以利用在耦合过程中，同时兼顾光斑数值孔径和功率，保证产品质量。该适配器适用于积分球和功率计，还可与光束质量分析仪搭配使用。
中国专利文献CN 208458975U公开了一种“光学模组检测装置”，该装置包括分光镜以及一些光学检测设备用于光束质量检测，但是其使用多个分光镜后光功率损耗较大，且装置与积分球也无法配合严密，导致功率检测不准确。
发明内容
针对现有技术中存在反射镜耦合时无法观察光斑的不足，本发明提出了一种可监控光斑数值孔径和功率的适配器及其制作使用方法，可以在耦合过程中，同时兼顾光斑数值孔径和功率，保证产品质量。
术语解释：
积分球：是一个内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体，又称光度球，光通球等。球壁上开一个或几个窗孔，用作进光孔、采样口和放置光接收器件的接收孔。积分球的内壁应是良好的球面，通常要求它相对于理想球面的偏差应不大于内径的0.2％。球内壁上涂以理想的漫反射材料，也就是漫反射系数接近于1的材料。常用的材料是氧化镁或硫酸钡，将它和胶质粘合剂混合均匀后，喷涂在内壁上。氧化镁涂层在可见光谱范围内的光谱反射比都在99％以上，这样，进入积分球的光经过内壁涂层多次反射，在内壁上形成均匀照度。为获得较高的测量准确度，积分球的开孔比应尽可能小。开孔比定义为积分球开孔处的球面积与整个球内壁面积之比。
偏振分光棱镜(PBS)：偏振分光棱镜能把入射的非偏振光分成两束垂直的线偏光。其中P偏光完全通过，而S偏光以45度角被反射，出射方向与P偏光成90度角。此偏振分光棱镜由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜边上镀有偏振分光介质膜。
本发明采用以下技术方案：
一种可监控光斑数值孔径和功率的适配器，包括用于连接积分球的固定座，用于连接光纤连接头的光纤连接头底座，以及位于固定座和光纤连接头底座之间的连接块；
所述固定座、连接块与光纤连接头之间固定连接，固定块的上表面设置有凹槽，凹槽内嵌有偏振分光棱镜，固定块上的凹槽与偏振分光棱镜的底部尺寸相适应，固定时直接嵌入即可实现固定；
光纤连接头、偏振分光棱镜、固定座和积分球的中心线同轴设置，光纤输出光通过偏振分光棱镜分为两束互相垂直的线偏光，即P偏光和S偏光，P偏光入射至积分球，用于监控光的功率，S偏光入射至光屏或光束质量分析仪，用于反馈光束质量。
优选的，偏振分光棱镜上镀有偏振分光介质膜，光纤输出光的波长包含在该偏振分光介质膜的波长范围内。
优选的，所述固定座和光纤连接头底座均为圆形结构，光纤连接头设置于光纤连接头底座的中心，光纤连接头带有外螺纹，固定座中心设置有用于透光的通孔，光纤连接头与固定座上通孔的中心线同轴设置。
优选的，所述固定座包括底面和外侧面，通孔设置于底面中心，外侧面上设置有多个螺纹孔，积分球的采样口处设置有凸台，凸台的尺寸与固定座的外侧面尺寸相配合，固定座的尺寸可以根据积分球采样口处凸台尺寸进行设计，螺纹孔内采用顶丝将外侧面和凸台固定连接，外侧面和凸台对应后，采用顶丝在螺纹孔内拧紧即可，用于适配器与积分球之间的固定。
优选的，所述固定座、连接块与光纤连接头之间采用连接螺母固定连接；
所述光纤连接头通过外螺纹与光纤输出头一端螺纹连接，光纤输出头为SMA光纤头，为SMA905标准件，与光纤连接头可通过螺纹连接。
进一步优选的，光屏前方还设置有一CCD，CCD与光屏相对设置，搭配光屏进行光斑的监测，CCD距离光屏优选70-90cm，可以采集到光屏的光斑信息。
进一步优选的，光纤连接头出射的光纤输出光为激光器输出光经反射镜耦合得到，所述反射镜上设置有五维调节架，用于调节反射镜的左右、前后位置，以及俯仰、摆动角度。
五维调节架通常被作为光纤耦合调节架使用，主要用来调节反射镜的位置、俯仰及摆动角度，可采用任一普通市售产品，均不影响本发明的实施。
一种上述的可监控光斑数值孔径和功率的适配器的制作使用方法，包括：
步骤1：利用连接螺母将固定座、连接块和光纤连接头固定连接，在连接块的凹槽内放置与光纤输出光波长相对应的偏振分光棱镜，使得光纤连接头、偏振分光棱镜、固定座通孔的中心线同轴设置，进而保证光纤输出光通过偏振分光棱镜分为的光可通过偏振分光棱镜的中心，并从固定座的通孔进入积分球；
步骤2：将固定座固定在积分球上，具体为：积分球的凸台嵌入固定座的外侧面与底面处，利用顶丝拧入螺纹孔，将固定座与积分球的凸台固定连接；
步骤3：将光纤输出头与光纤连接头螺纹连接并拧紧，进行反射镜耦合；
步骤4：激光器的光经反射镜耦合后(反射镜光入射的一面镀有与激光相应的反射膜，镀膜的波段包含该激光的波长)，通过光纤输出头出射的光纤输出光经偏振分光棱镜，分为两束互相垂直的线偏光，即P偏光和S偏光，P偏光入射至积分球，用于监控光的功率，S偏光入射至光屏或光束质量分析仪，用于反馈光束质量。
优选的，步骤4中进一步为：通过五维调节架调节反射镜的左右、前后位置，将激光器的光耦合进光纤，然后观察光斑质量(由偏振分光棱镜漏出光一面，即S偏光的光斑形状)，光斑若有虚影，则通过五维调节架调节反射镜的俯仰、摆动角度，将光斑调节至无虚影状态。
本发明中，可通过大范围的调节反射镜的左右、前后位置，使得激光耦合光纤，耦合后的功率即为合适功率(耦合后功率即较大)，此时可在光屏上观察光斑，若光斑有虚影，可通过调节反射镜的俯仰、摆动角度，将光斑调节至无虚影状态，反射镜的俯仰、摆动角度改变不会影响功率。
当偏振分光棱镜右侧放置的为光束质量分析仪时，可通过光束质量分析仪分析接收到的光，并得到其数值孔径数值，可以有效监控光斑的数值孔径，并可通过调节反射镜的俯仰、摆动角度，使得光斑的数值孔径达到理想数值，即光束质量分仪可以用来反馈光斑的数值孔径，积分球可用来反馈光的功率。
值得注意的是，本发明的积分球处可更换为功率计，功率计代替积分球的作用，即本发明的适配器可以与功率机搭配使用，也可达到同时兼顾光斑数值孔径和功率的目的，保证产品质量。
本发明中所涉及的CCD、反射镜、五维调节架、光屏、光束质量分析仪等，均可采用现有产品，此处不再赘述。
本发明未详尽之处，均可采用现有技术。
本发明的有益效果为：
1)本发明的适配器与积分球配合时，可以利用固定座与积分球紧密配合，可以减少光功率的损耗；
2)本发明的可监控光斑数值孔径和功率的适配器，采用偏振分光棱镜将光纤输出光分为两束，一束进入积分球进行功率监测，另一束可通过光屏观察光斑状态，或者，通过光束质量分析仪，分析光斑的数值孔径，即本发明可以同时监控光斑质量和功率，使激光器反射镜耦合过程中，同时兼顾光斑数值孔径和功率。
综上，本发明的可监控光斑数值孔径和功率的适配器，可以在进行反射镜耦合时既保证激光器的功率合格，又可以观察光斑的优劣，以便进行手动干预调节光斑，保证产品质量。
附图说明
图1为本发明的可监控光斑数值孔径和功率的适配器的结构示意图；
图2为本发明的光纤输出光的路径示意图；
图中，1-螺纹孔，2-固定座，3-连接块，4-凹槽，5-光纤连接头，6-连接螺母，7-光纤连接头底座，8-偏振分光棱镜，9-积分球，10-通孔，11-底面，12-外侧面。
具体实施方式：
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。
实施例1：
一种可监控光斑数值孔径和功率的适配器，如图1-2所示，包括用于连接积分球9的固定座2，用于连接光纤连接头5的光纤连接头底座7，以及位于固定座2和光纤连接头底座7之间的连接块3；
固定座2、连接块3与光纤连接头5之间采用连接螺母6固定连接，固定块2的上表面设置有凹槽4，凹槽4内嵌有偏振分光棱镜8，固定块2上的凹槽4与偏振分光棱镜8的底部尺寸相适应，固定时直接嵌入即可实现固定；
光纤连接头5、偏振分光棱镜8、固定座2和积分球9的中心线同轴设置，如图2所示，光纤输出光通过偏振分光棱镜8分为两束互相垂直的线偏光，即P偏光和S偏光，P偏光入射至积分球9，用于监控光的功率，S偏光入射至光屏或光束质量分析仪，用于反馈光束质量。
实施例2：
一种可监控光斑数值孔径和功率的适配器，结构如实施例1所述，所不同的是，偏振分光棱镜8上镀有偏振分光介质膜，光纤输出光的波长包含在该偏振分光介质膜的波长范围内。
实施例3：
一种可监控光斑数值孔径和功率的适配器，结构如实施例2所述，所不同的是，固定座2和光纤连接头底座7均为圆形结构，光纤连接头5设置于光纤连接头底座7的中心，光纤连接头5带有外螺纹，固定座2中心设置有用于透光的通孔10，光纤连接头5与固定座2上通孔10的中心线同轴设置。
实施例4：
一种可监控光斑数值孔径和功率的适配器，结构如实施例3所述，所不同的是，固定座2包括底面11和外侧面12，通孔10设置于底面11中心，外侧面12上设置有多个螺纹孔1，螺纹孔1优选均匀分布于外侧面外周，积分球9的采样口处设置有凸台，凸台的尺寸与固定座的外侧面12尺寸相配合，固定座2的尺寸可以根据积分球采样口处凸台尺寸进行设计，螺纹孔1内采用顶丝将外侧面12和凸台固定连接，外侧面12和凸台对应后，采用顶丝在螺纹孔1内拧紧即可，用于本发明的适配器与积分球9之间的固定。
实施例5：
一种可监控光斑数值孔径和功率的适配器，结构如实施例4所述，所不同的是，光纤连接头5通过外螺纹与光纤输出头一端螺纹连接，光纤输出头为SMA光纤头，为SMA905标准件，与光纤连接头5可通过螺纹连接。
实施例6：
一种可监控光斑数值孔径和功率的适配器，结构如实施例1所述，所不同的是，光屏前方还设置有一CCD，CCD与光屏相对设置，搭配光屏进行光斑的监测，CCD距离光屏优选70-90cm，可以采集到光屏的光斑信息。
实施例7：
一种可监控光斑数值孔径和功率的适配器，结构如实施例5所述，所不同的是，光纤连接头5出射的光纤输出光为激光器输出光经反射镜耦合得到，反射镜上设置有五维调节架，用于调节反射镜的左右、前后位置，以及俯仰、摆动角度。
五维调节架采用北京卓立汉光仪器有限公司的型号为OMUM52-2的OMUM系列五维万向调整架。
实施例8：
一种可监控光斑数值孔径和功率的适配器的制作使用方法，包括：
步骤1：利用连接螺母6将固定座2、连接块3和光纤连接头5固定连接，在连接块的凹槽4内放置与光纤输出光波长相对应的偏振分光棱镜8，使得光纤连接头5、偏振分光棱镜8、固定座的通孔10的中心线同轴设置，进而保证光纤输出光通过偏振分光棱镜8分为的光可通过偏振分光棱镜的中心，并从固定座的通孔10进入积分球9；
步骤2：将固定座2固定在积分球9上，具体为：积分球9的凸台嵌入固定座2的外侧面12与底面11处，利用顶丝拧入螺纹孔1，将固定座2与积分球的凸台固定连接；
步骤3：将光纤输出头与光纤连接头5螺纹连接并拧紧，进行反射镜耦合；
步骤4：激光器的光经反射镜耦合后(反射镜光入射的一面镀有与激光相应的反射膜，镀膜的波段包含该激光的波长)，通过光纤输出头出射的光纤输出光经偏振分光棱镜8，分为两束互相垂直的线偏光，即P偏光和S偏光，P偏光入射至积分球9，用于监控光的功率，S偏光入射至光屏或光束质量分析仪，用于反馈光束质量。
步骤4中进一步为：通过五维调节架调节反射镜的左右、前后位置，将激光器的光耦合进光纤，然后观察光斑质量(由偏振分光棱镜漏出光一面，即S偏光的光斑形状)，光斑若有虚影，则通过五维调节架调节反射镜的俯仰、摆动角度，将光斑调节至无虚影状态。
本发明中，可通过大范围的调节反射镜的左右、前后位置，使得激光耦合光纤，耦合后的功率即为合适功率(耦合后功率即较大)，此时可在光屏上观察光斑，若光斑有虚影，可通过调节反射镜的俯仰、摆动角度，将光斑调节至无虚影状态，反射镜的俯仰、摆动角度改变不会影响功率。
当偏振分光棱镜右侧放置的为光束质量分析仪时，可通过光束质量分析仪分析接收到的光，并得到其数值孔径数值，可以有效监控光斑的数值孔径，并可通过调节反射镜的俯仰、摆动角度，使得光斑的数值孔径达到理想数值，即光束质量分仪可以用来反馈光斑的数值孔径，积分球可用来反馈光的功率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种可监控光斑数值孔径和功率的适配器，其特征在于，包括用于连接积分球的固定座，用于连接光纤连接头的光纤连接头底座，以及位于固定座和光纤连接头底座之间的连接块；
所述固定座、连接块与光纤连接头之间固定连接，固定块的上表面设置有凹槽，凹槽内嵌有偏振分光棱镜；
光纤连接头、偏振分光棱镜、固定座和积分球的中心线同轴设置，光纤输出光通过偏振分光棱镜分为两束互相垂直的线偏光，即P偏光和S偏光，P偏光入射至积分球，用于监控光的功率，S偏光入射至光屏或光束质量分析仪，用于反馈光束质量。
2.根据权利要求1所述的可监控光斑数值孔径和功率的适配器，其特征在于，偏振分光棱镜上镀有偏振分光介质膜，光纤输出光的波长包含在该偏振分光介质膜的波长范围内。
3.根据权利要求2所述的可监控光斑数值孔径和功率的适配器，其特征在于，所述固定座和光纤连接头底座均为圆形结构，光纤连接头设置于光纤连接头底座的中心，光纤连接头带有外螺纹，固定座中心设置有用于透光的通孔，光纤连接头与固定座上通孔的中心线同轴设置。
4.根据权利要求3所述的可监控光斑数值孔径和功率的适配器，其特征在于，所述固定座包括底面和外侧面，通孔设置于底面中心，外侧面上设置有多个螺纹孔，积分球的采样口处设置有凸台，凸台的尺寸与固定座的外侧面尺寸相配合，螺纹孔内采用顶丝将外侧面和凸台固定连接。
5.根据权利要求4所述的可监控光斑数值孔径和功率的适配器，其特征在于，所述固定座、连接块与光纤连接头之间采用连接螺母固定连接；
所述光纤连接头通过外螺纹与光纤输出头一端螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的可监控光斑数值孔径和功率的适配器，其特征在于，光屏前方还设置有一CCD，用于对光斑的监测，CCD距离光屏70-90cm。
7.根据权利要求5所述的可监控光斑数值孔径和功率的适配器，其特征在于，光纤连接头出射的光纤输出光为激光器输出光经反射镜耦合得到，所述反射镜上设置有五维调节架，用于调节反射镜的左右、前后位置，以及俯仰、摆动角度。
8.一种权利要求7所述的可监控光斑数值孔径和功率的适配器的制作使用方法，其特征在于，包括：
步骤1：利用连接螺母将固定座、连接块和光纤连接头固定连接，在连接块的凹槽内放置与光纤输出光波长相对应的偏振分光棱镜；
步骤2：将积分球的凸台嵌入固定座的外侧面与底面处，利用顶丝拧入螺纹孔，将固定座与积分球的凸台固定连接；
步骤3：将光纤输出头与光纤连接头螺纹连接并拧紧，进行反射镜耦合；
步骤4：激光器的光经反射镜耦合后，通过光纤输出头出射的光纤输出光经偏振分光棱镜，分为两束互相垂直的线偏光，即P偏光和S偏光，P偏光入射至积分球，用于监控光的功率，S偏光入射至光屏或光束质量分析仪，用于反馈光束质量。
9.根据权利要求8所述的可监控光斑数值孔径和功率的适配器的制作使用方法，其特征在于，步骤4中进一步为：通过五维调节架调节反射镜的左右、前后位置，将激光器的光耦合进光纤，然后观察光斑质量，光斑若有虚影，则通过五维调节架调节反射镜的俯仰、摆动角度，将光斑调节至无虚影状态。
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