CN114967001A - 一种矩形光斑耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器耦合器技术领域，尤其涉及一种矩形光斑耦合器；该耦合器包括壳体组件，壳体组件围合形成具有容置空间的腔室，壳体组件的一侧为光束的入射端，另一侧用于连接光纤插杆座，所述壳体组件内还设置有准直镜组件和内中空的固定板，固定板穿过壳体组件与激光器连接，准直镜组件和固定板之间设置有精调机构，入射端的光束为矩形光斑并依次经过准直镜组件和光纤插杆座，壳体组件还包括用于耦合光路调节的初调机构。本发明的耦合器用于矩形光斑的耦合，通过柱面凸镜将圆形光束变成矩形光束，然后入射至耦合器内部进行耦合，矩形光斑耦合后形成线形激光，减小激光能量密度，避免对光纤插杆座内的光纤造成损伤。

Description

一种矩形光斑耦合器

技术领域

本发明涉及激光器耦合器技术领域，尤其涉及一种矩形光斑耦合器。

背景技术

光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电-光-电转换器件，由发光源和受光器两部分组成。随着激光器在民用和军用的广泛应用，因其具有体积小、重量轻、效率高、可靠性好等优点，不仅广泛应用于打标、划片、雕刻、医疗等民用领域，在激光指引、光电对抗等军用领域也发挥出越来越重要的作用。耦合器用于将半导体激光或光纤激光器的输出光耦合聚焦到增益晶体内，其位置的稳定性、定位精度直接关系到整个激光器的稳定性和可靠性。

目前，耦合器多用于圆形光斑的耦合，耦合对激光的最大功率密度有要求，不能超过光纤的最大损伤阈值，超过光纤的最大损伤阈值会把光纤端面打坏，烧毁耦合头，影响设备使用；现有的耦合器只能二维调节，不能进行前后三维调整，影响激光器的耦合效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种矩形光斑耦合器，包括壳体组件，所述壳体组件的一侧为光束的入射端，另一侧用于连接光纤插杆座，所述壳体组件内还设置有准直镜组件和内中空的固定板，所述固定板穿过所述壳体组件与激光器连接，所述准直镜组件和所述固定板活动连接，所述入射端的光束为矩形光斑并依次经过所述准直镜组件和光纤插杆座，所述壳体组件上还设置有用于耦合光路调节的初调机构，所述准直镜组件和所述固定板之间设置有用于耦合光路调节的精调机构。

进一步地，所述入射端的前端设置有柱面凸镜，光经过所述柱面凸镜后呈矩形光斑入射所述入射端。

进一步地，所述入射端的前端的光路上设置有至少一个反射镜。

进一步地，所述准直镜组件包括设置在所述固定板内部的准直镜和与所述固定板活动连接的活动板，所述活动板上还设置有密封件，所述密封件内设置有所述准直镜。

进一步地，所述精调机构包括设置在所述固定板和活动板之间的弹簧，穿过所述活动板且均匀分布的三个调节杆，所述调节杆的一端与固定板活动连接，另一端设置有调节孔，所述调节杆和所述活动板螺纹连接。

进一步地，所述密封件包括容纳所述准直镜的腔体，以及设置在腔体开口处的盖板。

进一步地，所述壳体组件包括位于一侧的第一端板、位于另一侧的第二端板以及第一端板和第二端板之间围合形成腔室的顶板、底板、前侧板和后侧板，所述第一端板和第二端板与所述前、后侧板连接，所述初调机构包括设置在所述第一端板上的多个横向腰型孔，所述第一端板通过所述横向腰型孔与激光器连接。

进一步地，所述初调机构还包括设置在所述第二端板上的多个第二纵向腰型孔，所述第二端板通过所述第二纵向腰型孔与所述前、后侧板连接。

进一步地，所述第二端板包括拼接的可容纳所述光纤插杆座的上板和下板，所述上板和下板之间通过连接板固定。

进一步地，所述第一端板上还设置有多个第一纵向腰型孔，所述第一端板通过所述第一纵向腰型孔与所述前、后侧板连接。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本发明提供的矩形光斑耦合器，用于矩形光斑的耦合，通过柱面凸镜将圆形光束变成矩形光斑，然后入射至耦合器内部进行耦合，矩形光斑耦合后形成线形激光，减小激光能量密度，避免对光纤插杆座内的光纤造成损伤；相较于传统的用于圆形光斑的耦合器，圆形光斑有高斯光束，耦合后能量高，有较高的能量密度，超过了光纤的最大损伤阈值，存在损伤光纤的风险；

2)本发明提供的矩形光斑耦合器，通过壳体组件上的初调机构对耦合光路进行初步调节，使的矩形光斑从准直镜的中心穿过并与光纤插杆座对齐，完成耦合光路的初步调节，三个调节杆相互独立设置，通过旋转对应的调节杆，可以实现准直镜的转动，保证耦合后的光路穿过光纤插杆座，完成激光耦合，可以更精准的对耦合光路进行调节，提高耦合效率。

附图说明

图1为本发明矩形光斑耦合器的结构示意图；

图2为本发明矩形光斑耦合器的部分结构示意图；

图3为本发明矩形光斑耦合器中图2的剖视示意图；

图4为本发明矩形光斑耦合器中图3的局部放大示意图；

图5为本发明矩形光斑耦合器中精调机构的结构示意图；

图6为本发明矩形光斑耦合器的第一端板的结构示意图；

图7为本发明矩形光斑耦合器的第二端板的结构示意图。

附图标识说明：

1-壳体组件；101-第一端板；102-的第二端板；103-圆形通孔；104-横向腰型孔；105-第二纵向腰型孔；106-连接板；107-第一纵向腰型孔；2-光纤插杆座；3-准直镜组件；301-准直镜；302-活动板；303-腔体；304-盖板；4-固定板；401-调节杆；402-连接孔；403-滚珠；404-调节孔；405-固定孔；5-柱面凸镜；6-反射镜；7-镜片压块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。附图中，为清晰可见，可能放大了某部分的尺寸及相对尺寸。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义解释，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通的技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分。

如说明书附图1-2所示，本发明提供了一种矩形光斑耦合器，包括壳体组件1，所述壳体组件的一侧为光束的入射端，另一侧用于连接光纤插杆座2，所述壳体组件1包括位于一侧的第一端板101、位于另一侧的第二端板102以及第一端板101和第二端板102之间围合形成腔室的顶板、底板、前侧板和后侧板(图中示出，未标识)，壳体组件围合形成有容置空间的腔室，顶板和底板与前、后侧板可拆卸连接，可通过螺纹、卡扣或铰链实现连接，所述第一端板101中间设置有圆形通孔103，所述第一端板101和第二端板102与所述前、后侧板连接，前、后侧板靠近第一端板101和第二端板102的侧壁上设置有连接孔；所述壳体组件1的腔室内还设置有准直镜组件3和内中空的固定板4，所述固定板4穿过所述壳体组件1与激光器连接，固定板4可以穿过所述第一端板101的圆形通孔103，具体的，所述固定板4可以通过基板实现与激光器的连接，所述固定板4和所述第一端板101的圆形通孔103之间存在间隙，使得第一端板101可以相对固定板4移动，所述准直镜组件3和所述固定板4活动连接，所述入射端的光束为矩形光斑并依次经过所述准直镜组件3和光纤插杆座2，实现耦合，所述壳体组件1还包括用于耦合光路调节的初调机构，所述准直镜组件3和所述固定板4之间设置有用于耦合光路调节的精调机构，本发明的耦合器主要适用于微秒、纳秒、皮秒激光器的光纤耦合，传统的耦合器是对圆形光束进行耦合，圆形光束呈高斯分布，中间能量强，耦合后的能量密度大，会损伤石英光纤端面，高能Q开关的激光无法耦合进光纤，本实施例中，圆形光束经过柱面凸镜后变成矩形光斑后入射，矩形光斑耦合后成线形，去除了高斯分布，减小能量密度，避免激光能量过高对光纤造成损坏，将圆形光束变成矩形光斑后，增加了耦合面积，减小了入射激光的能量密度，本实施例中，耦合器通过初调机构对耦合光路进行初步调节，再通过精调机构对耦合光路进行进一步的精调，可使矩形光斑耦合后经过光纤插杆座，完成耦合。

细化实施方式，所述入射端的前端设置有柱面凸镜5，圆形光束经过所述柱面凸镜5后呈矩形光斑入射所述入射端，根据光路走向，可以在所述入射端的前端的光路上设置改变光路方向的反射镜6，本实施例中，沿光路入射方向依次设置反射镜6、柱面凸镜5和反射镜6，具体的，所述反射镜6和柱面凸镜5通过镜架底座设置在安装板上，所述柱面凸镜5上方还设置有镜片压块7，反射镜6的数量以及位置是根据光路的需求进行设置的，在一些实施例中，如果矩形光斑可以直接入射所述入射端，也可以无需设置所述反射镜6。

细化实施方式，如说明书附图3-4所示，本实施例中，所述固定板4为圆形，且为内中空的圆环结构，所述准直镜组件3包括设置在所述固定板4内部的准直镜301和可朝向所述固定板4移动的活动板302，所述活动板302上还设置有密封件，所述密封件内设置有所述准直镜301，所述活动板302也为内中空的圆环结构，在一些实施例中，固定板4和活动板302也可以是内中空的方形结构，光束从固定板4、活动板302的中心穿过，本实施例中，固定板4和活动板302的外径相同，所述活动板302的中空的直径小于固定板4的中空的直径，所述密封件包括容纳所述准直镜301的腔体303，以及设置在腔体303开口处的盖板304，所述腔体303设置在所述固定板4和所述活动板302的内部，且腔体303成锥形，靠近固定板4一侧的直径大于活动板302一侧的直径，腔体303和固定板4的内壁之间设有空隙，腔体303的两端为开口状，腔体303的两端分别可拆卸的设置有供光束穿过的盖板304，盖板304可以通过螺纹、卡扣或铰链的方式与腔体303连接，本实施例中，腔体303的两端设置有内螺纹，盖板304与腔体303螺纹连接，靠近活动板302一侧的盖板304与活动板302连接，可以将准直镜301设置在密封件内形成标准单元，然后将标准单元安装在活动板302上即可，可以方便快捷的对标准单元进行检修及更换，节省维修时间。

作为实施方式之一，如说明书附图5所示，所述准直镜组件3和所述固定板4之间设置有用于耦合光路调节的精调机构，所述精调机构包括弹簧和调节杆401，弹簧设置在所述固定板4和活动板302之间，用于活动板302与固定板4的连接，固定板4以及活动板302相对应的位置均匀设置有三个连接孔402，两个对应的连接孔402之间设置有弹簧，可使用拉簧，实现固定板4和活动板302的连接，所述固定板4上均匀设置有三个滚珠403，调节杆401为中空结构，一端与滚珠403接触，另一端穿过活动板302并延伸至活动板302外侧，调节杆401的另一端设置有调节孔404，可通过与调节孔404匹配的螺丝刀或旋钮进行旋转，活动板302和固定板4之间设置三个调节杆401，且均匀分布在活动板302上，可对活动板302进行三维调节，进而对准直镜301进行三维调节，三个调节杆401是相互独立设置的，可独立进行调节，同时同方向调整调节杆401，可以前后移动准直镜301进行耦合调节，调整对应的调节杆401，可以调整准直镜301的位置及角度进行耦合调节，可实现三维调节耦合，调节杆401和活动板302可以螺纹连接，旋转调节杆401时，可推动活动板302在调节杆401上移动，准直镜301通过密封件与活动板302连接，可在活动板302的带动下移动，三个调节杆401可实现准直镜301的三维调节，完成耦合光路的精准调节，矩形光斑可以经过准直镜301后与光纤插杆座2对齐，在完成耦合光路的初步调节后，只需较小幅度的旋转调节杆401即可完成精调，固定板4和活动板302相对应的位置处均匀设置有多个固定孔405，调节完成后，可通过固定孔405实现固定板4和活动板302之间的固定。

作为实施方式之一，如说明书附图6所示，所述初调机构包括设置在所述第一端板101上的多个横向腰型孔104，横向腰型孔104均匀分布在所述第一端板101上，所述第一端板101通过所述横向腰型孔104与激光器连接，在第一端板101的横向腰型孔104和激光器之间设置有螺栓，则可横向移动第一端板101，进而带动整个壳体组件1在横向上进行移动，调整光纤插杆座2的水平方向的位置调节耦合，所述调节机构还包括设置在所述第二端板102上的多个第二纵向腰型孔105，第二纵向腰型孔105在第二端板102上均匀设置，所述第二端板102通过螺栓实现所述第二纵向腰型孔105与所述前、后侧板的连接孔连接，可以通过纵向移动第二端板102带动光纤插杆座2在纵向上移动调节耦合，所述第一端板101上还设置有多个第一纵向腰型孔107，具体的，所述第一端板101通过所述第一纵向腰型孔107与所述前、后侧板连接，可以在第一纵向腰型孔107和前、后侧板的连接孔处设置螺栓，实现活动连接，可以调节矩形光斑的入射光正好落在准直镜的中间，初调机构的横向调节和纵向调节相互独立设置，可以单独进行横向或纵向的调节，也可以同时进行横向和纵向的调节，对耦合光路进行初调。

优化实施方式，如说明书附图7所示，所述第二端板102包括拼接的可容纳所述光纤插杆座2的上板和下板，所述上板和下板之间通过连接板106固定，其中，上板和下板之间设置有可容纳光纤插杆座2的通孔，且上板和下板的内侧设置有支架，可用于安装或固定其他的零部件，第二端板102上还设置有光纤插杆座2与内侧零部件连接的插接件，方便光纤插杆座2的连接，上板和下板上分别设置有第二纵向腰型孔105，可用于调节耦合。

在一些实施例中，第二端板102也可以是一块整板，在整板上设置插接件用于光纤插杆座2的连接。

综上所述，本发明提供了一种矩形光斑耦合器，可用于矩形光斑的耦合，其工作原理是，圆形光束经过柱面凸镜后变成矩形光斑，通过反射镜将矩形光斑引入入射端，壳体组件上的初调机构进行横向和纵向的调节，实现耦合光路的初步耦合调节，准直镜组件和固定板之间设置有用于耦合光路进一步精准调节的精调机构，通过调节杆使得准直镜进行三维转动，可实现耦合光路的精确调节，多维方向的调节，提高耦合效率；准直镜设置在密封件内，可形成一个标准单元，在安装和拆卸过程中，可以直接将密封件取下即可，避免对准直镜造成损伤。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神和范围。尽管已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为此实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (10)

1.一种矩形光斑耦合器，其特征在于，包括壳体组件，所述壳体组件的一侧为光束的入射端，另一侧用于连接光纤插杆座，所述壳体组件内还设置有准直镜组件和内中空的固定板，所述固定板穿过所述壳体组件与激光器连接，所述准直镜组件和所述固定板活动连接，所述入射端的光束为矩形光斑并依次经过所述准直镜组件和光纤插杆座，所述壳体组件上还设置有用于耦合光路调节的初调机构，所述准直镜组件和所述固定板之间设置有用于耦合光路调节的精调机构。

2.根据权利要求1所述的矩形光斑耦合器，其特征在于，所述入射端的前端设置有柱面凸镜，光经过所述柱面凸镜后呈矩形光斑入射所述入射端。

3.根据权利要求2所述的矩形光斑耦合器，其特征在于，所述入射端的前端的光路上设置有至少一个反射镜。

4.根据权利要求1所述的矩形光斑耦合器，其特征在于，所述准直镜组件包括设置在所述固定板内部的准直镜和与所述固定板活动连接的活动板，所述活动板上还设置有密封件，所述密封件内设置有所述准直镜。

5.根据权利要求4所述的矩形光斑耦合器，其特征在于，所述精调机构包括设置在所述固定板和活动板之间的弹簧，穿过所述活动板且均匀分布的三个调节杆，所述调节杆的一端与固定板活动连接，另一端设置有调节孔，所述调节杆和所述活动板螺纹连接。

6.根据权利要求4所述的矩形光斑耦合器，其特征在于，所述密封件包括容纳所述准直镜的腔体，以及设置在腔体开口处的盖板。

7.根据权利要求1所述的矩形光斑耦合器，其特征在于，所述壳体组件包括位于一侧的第一端板、位于另一侧的第二端板以及第一端板和第二端板之间围合形成腔室的顶板、底板、前侧板和后侧板，所述第一端板和第二端板与所述前、后侧板连接，所述初调机构包括设置在所述第一端板上的多个横向腰型孔，所述第一端板通过所述横向腰型孔与激光器连接。

8.根据权利要求7所述的矩形光斑耦合器，其特征在于，所述初调机构还包括设置在所述第二端板上的多个第二纵向腰型孔，所述第二端板通过所述第二纵向腰型孔与所述前、后侧板连接。

9.根据权利要求7所述的矩形光斑耦合器，其特征在于，所述第二端板包括拼接的可容纳所述光纤插杆座的上板和下板，所述上板和下板之间通过连接板固定。

10.根据权利要求7所述的矩形光斑耦合器，其特征在于，所述第一端板上还设置有多个第一纵向腰型孔，所述第一端板通过所述第一纵向腰型孔与所述前、后侧板连接。

Images