CN117913644A - 光纤捆绑合束装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种光纤捆绑合束装置，包括：激光模块，包括多个激光单元，用于产生多个激光光束；透镜模块，包括单个透镜(20)，或者，包括第一柱面镜(50)和第二柱面镜(60)，设于多个激光光束的光路上，用于聚焦多个激光光束；光纤束，包括多根光纤(30)，多根光纤(30)的一端捆绑在一起，端面对准透镜模块的聚焦方向。该光纤捆绑合束装置的结构简单，可以实现功率和亮度的提升。

Description

光纤捆绑合束装置

技术领域

本公开涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一光纤捆绑合束装置。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、寿命长、能直接调制以及易与其他半导体器件集成等优点，广泛用于固体和光纤激光器泵浦、光纤通信、激光加工、超连续谱光源等领域。大部分半导体激光器的发散角和发射光斑是不对称的，当然通过引入一些特殊结构或者垂直腔面发射激光器的光斑可以做成对称的，使用尾纤输出半导体激光器可以更好地普适解决光斑的不对称性导致应用受限的问题。

目前的光纤耦合模块根据激光芯片的类型，主要分为两种。对于激光器单管的光纤耦合：分别将多个激光器单管进行整形，然后通过光束切割、重排等耦合进光纤的；或者以一个激光器单管进行整形、耦合进光纤的结构为一个单元，将多个这样的单元组合在一起，通过将尾纤进行捆绑实现大功率输出。这两种方案的空间利用率较低，装置体积较大，成本无法进一步下降。对于激光阵列的光纤耦合：一般是将激光阵列的光束进行整形后，直接耦合进较大芯径的光纤中，但这样尾纤输出的光束质量较差，在一些应用中可能会由于不满足光束质量或亮度等要求而受到限制。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种光纤捆绑合束装置，以解决上述问题。

本公开的一个方面提供了一种光纤捆绑合束装置，包括：激光模块，包括多个激光单元，用于产生多个激光光束；透镜模块，包括单个透镜，或者，包括第一柱面镜和第二柱面镜，设于所述多个激光光束的光路上，用于聚焦所述多个激光光束；光纤束，包括多根光纤，所述多根光纤的一端捆绑在一起，端面对准所述透镜模块的聚焦方向。

可选地，当所述透镜模块为单个透镜时，所述多根光纤的端面的位置和角度与所述透镜不同聚焦方向的位置和角度对应。

可选地，当所述透镜模块包括第一柱面镜和第二柱面镜时，所述第一柱面镜和第二柱面镜分别用于对所述多个激光光束的快轴和慢轴进行聚焦，所述多根光纤的端面分别对准所述多个激光光束的聚焦焦点。

可选地，所述多个激光单元为多个激光芯片，所述多个激光芯片顺序排列。

可选地，所述多个激光单元为一个激光阵列。

可选地，所述激光单元的出光面镀有增透膜或者特定透过率的膜层，所述激光单元远离所述透镜模块的一侧镀有高反膜。

可选地，所述透镜模块、光纤的端面镀有增透膜或防反膜。

可选地，所述多根光纤的端面包括平面、斜切面、球面或楔面。

在本公开实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本公开实施例提供的光纤捆绑合束装置可以用于光纤捆绑形式的合束结构相对于常规的激光器单管和激光阵列的光纤耦合模块，结构更加简单，使用单个聚焦镜或者两个柱面镜即可实现，对激光单元的间距没有限制，光学元件的数量更少，优化了光学元件的调整流程，简化了光路设计，提高了工作效率，减小了模块体积，并且节约了成本。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1示意性示出了本公开一实施例提供的一种光纤捆绑合束装置；

图2示意性示出了本公开一实施例提供的另一种光纤捆绑合束装置；

图3示意性示出了本公开一实施例提供的另一种光纤捆绑合束装置；

图4示意性示出了本公开一实施例提供的另一种光纤捆绑合束装置。

附图标记说明：

10-激光芯片；20-透镜；30-光纤；40-激光阵列；50-第一柱面镜；60-第二柱面镜。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

本公开实施例提供了一种光纤捆绑合束装置，包括激光模块、透镜模块和光纤束。其中，激光模块包括多个激光单元，用于产生多个激光光束；透镜模块包括单个透镜20，或者，包括第一柱面镜50和第二柱面镜60，设于多个激光光束的光路上，用于聚焦多个激光光束；光纤束包括多根光纤30，多根光纤30的一端捆绑在一起，端面对准透镜模块的聚焦方向。

在本公开提供的一种光纤捆绑合束装置中，激光模块中的多个激光单元可以是多个激光芯片10或者多个激光芯片10集成的激光阵列40，各个激光单元的光束分别聚焦耦合至多根光纤30中，最后将模块光纤30的出光端面进行捆绑，拧成一股光纤30，以实现功率和亮度的提升。此种方案可以根据应用需求，自由选择捆绑的光纤30数量以及排布方式。所有激光单元的光束可以通过单个透镜20或者第一柱面镜50和第二柱面镜60即可实现，激光单元的间距不受限制，可以尽可能缩小，以此缩小体积。在实际应用中，本公开方案的自由度和拓展性比较强。

下面将通过具体实施例对本公开提供的一种光纤捆绑合束装置进行详细说明。

图1示意性示出了本公开一实施例提供的一种光纤捆绑合束装置。

如图1所示，在本公开实施例提供的一种光纤捆绑合束装置中，透镜模块为单个透镜20，激光单元为单个激光芯片10，将多个激光芯片10依顺序放置，通过透镜20对光束进行聚焦，使多芯片的光束分别汇聚在光纤30的前端面上，多根光纤30前端面并不一定平行，其放置位置和旋转角度根据光束的汇聚情况做出调整，最后各光束耦合后沿着光纤尾端出射。

在本实施例中，多根光纤的端面的位置和角度与透镜模块不同聚焦方向的位置和角度对应，使各个激光芯片10的光束能够尽可能多的耦合进光纤，提升光束的耦合质量和效率。多根光纤尾端可以进行捆绑，最终实现高功率、高亮度的激光输出。

图2示意性示出了本公开一实施例提供的另一种光纤捆绑合束装置。

如图2所示，本公开实施例提供的一种光纤捆绑合束装置与图1所示的光纤捆绑合束装置相比，区别在于图1是采用多个激光芯片10排列的方式进行耦合，图2是采用激光阵列40进行耦合的。

图3示意性示出了本公开一实施例提供的另一种光纤捆绑合束装置。

如图3所示，在本公开实施例提供的一种光纤捆绑合束装置中，多个激光芯片10依顺序放置，透镜模块包括第一柱面镜50和第二柱面镜60，分别用于对多个激光光束的快轴和慢轴进行聚焦，使多芯片的光束分别汇聚在光纤30的前端面上，最后各光束耦合后沿着光纤尾端出射。

在本实施例中，多根光纤30的端面分别对准多个激光光束的聚焦焦点，多根光纤30的位置根据光束的汇聚情况做出调整。多根光纤30尾端可以进行捆绑，最终实现高功率、高亮度的激光输出。

图4示意性示出了本公开一实施例提供的另一种光纤捆绑合束装置。

如图4所示，本公开实施例提供的一种光纤捆绑合束装置与图3所示的光纤捆绑合束装置相比，区别在于图3是采用多个激光芯片10排列的方式进行耦合，图4是采用激光阵列40进行耦合的。

除上述实施例外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

可选地，一个激光芯片10上不一定只包含一个激光单元。

可选地，本公开实施例提供的一种光纤捆绑合束装置不仅适用于边发射激光器，还适用于垂直腔面发射激光器等。

可选地，激光单元可以是半导体激光芯片，还可以是半导体光放大器、J型波导激光芯片或光子晶体激光芯片等。

在本实施例中，所述透镜20应尽量采用聚焦度较好且对光束质量影响较小的透镜，包括但不限于如下透镜形式，比如球面镜、非球面镜、自聚焦镜、球面反射镜、非球面反射镜、球面镜阵列、非球面镜阵列等。

在本实施例中，第一柱面镜50和第二柱面镜60应尽量采用聚焦度较好且对光束质量影响较小的透镜，包括但不限于如下柱面镜形式，比如柱面镜、非球面柱面镜、自聚焦镜、柱面反射镜、非球面柱面反射镜、柱面镜阵列、非球面柱面镜阵列等。

在本实施例中，每个激光芯片10或激光阵列40靠近聚焦镜20或者柱面镜50的一侧镀有增透膜或者特定透过率的膜层，相应的，透镜20、柱面镜50、柱面镜60均镀有增透膜；光纤30的前、后端面均可以镀有增透膜或者防反膜，而且除了平切之外，还可以对其端面做一些特殊的加工处理，比如斜切、柱面、球面、楔面等。

在有些情况下，为了提高耦合效率或者达到某些特殊目的，可能会对光纤端面做处理，比如镀增透膜、镀防反膜、熔接光纤球透镜、研磨成斜面或者斜楔面等。本公开的示意图中皆是以光纤端面为平面所示的光路结构，如若实际应用中需要对光纤端面的形状做特殊处理，则可根据激光器的光斑和发散角等输出特性，更有针对性地选择光学元件和设计光路结构。

本发明的结构对于激光器的种类也没有特殊要求，固体激光、光纤激光等都适用。只是由于泵浦光源一般都是以半导体激光器来实现的，所以我们以半导体激光器作为说明，解释本发明的合束方式。

本公开实施例提供的一种光纤捆绑合束装置不止适用于光纤耦合的应用，还可以应用于有特定需求的应用，比如需要将某个激光阵列的光进行聚焦、或者转换成发散的空间光束等。

本公开的结构中还可以添加一些其他光学元件，实现不同的功能。比如加入体布拉格光栅，可以实现缩窄谱宽、波长锁定的效果等。

根据本公开实施例提供的一种光纤捆绑合束装置，可以针对半导体激光单元的发散角和光斑特性在垂直方向和水平方向对称或非对称的特点，更有针对性地进行光纤耦合；该光纤捆绑合束装置相对于常规的激光器单管和激光阵列的光纤耦合模块，结构更加简单，使用单个聚焦进或者两个柱面镜即可实现，对激光单元的间距没有限制，光学元件的数量更少，优化了光学元件的调整流程，简化了光路设计，提高了工作效率，减小了模块体积，并且节约了成本；该光纤捆绑合束装置不仅适用于边发射激光器，还适用于垂直腔面发射激光器。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。

Claims (8)

1.一种光纤捆绑合束装置，其特征在于，包括：

激光模块，包括多个激光单元，用于产生多个激光光束；

透镜模块，包括单个透镜(20)，或者，包括第一柱面镜(50)和第二柱面镜(60)，设于所述多个激光光束的光路上，用于聚焦所述多个激光光束；

光纤束，包括多根光纤(30)，所述多根光纤(30)的一端捆绑在一起，端面对准所述透镜模块的聚焦方向。

2.根据权利要求1所述的光纤捆绑合束装置，其特征在于，当所述透镜模块为单个透镜(20)时，所述多根光纤(30)的端面的位置和角度与所述透镜(20)不同聚焦方向的位置和角度对应。

3.根据权利要求1所述的光纤捆绑合束装置，其特征在于，当所述透镜模块包括第一柱面镜(50)和第二柱面镜(60)时，所述第一柱面镜(50)和第二柱面镜(60)分别用于对所述多个激光光束的快轴和慢轴进行聚焦，所述多根光纤(30)的端面分别对准所述多个激光光束的聚焦焦点。

4.根据权利要求1所述的光纤捆绑合束装置，其特征在于，所述多个激光单元为多个激光芯片(10)，所述多个激光芯片(10)顺序排列。

5.根据权利要求1所述的光纤捆绑合束装置，其特征在于，所述多个激光单元为一个激光阵列(40)。

6.根据权利要求1所述的光纤捆绑合束装置，其特征在于，所述激光单元的出光面镀有增透膜或者特定透过率的膜层，所述激光单元远离所述透镜模块的一侧镀有高反膜。

7.根据权利要求1所述的光纤捆绑合束装置，其特征在于，所述透镜模块、光纤(30)的端面镀有增透膜或防反膜。

8.根据权利要求1所述的光纤捆绑合束装置，其特征在于，所述多根光纤(30)的端面包括平面、斜切面、球面或楔面。