CN1584653A - 用于耦合大功率半导体激光器的热扩展芯径微透镜光纤 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于耦合大功率半导体激光器的热扩展芯径微透镜光纤。它是在多模光纤端头部分热扩展芯径，热扩展芯径部分端头具有楔形光纤端面以及圆弧面与楔形光纤端面相切的圆柱状光纤微透镜。其优点是：对多模光纤进行比较简便的芯径热扩展和光纤研磨工艺处理，可制作出耦合效率高且耦合容忍度高的用于耦合大功率半导体激光器的微透镜光纤。通过针对不同发光区域的半导体激光器，选择不同芯径的热扩展芯径微透镜光纤，可以获得结构紧凑、高耦合效率、高亮度的光纤耦合大功率半导体激光器。此外，由于此热扩展芯径微透镜光纤的加工简单，以及较高耦合容忍度所带来的简便封装，使整体激光器耦合器件的成本降低。可以广泛用于固体激光器泵浦、工业激光加工、光纤激光器等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于耦合大功率半导体激光器的热扩展芯径微透镜光纤。特别适用于固体激光器的泵浦源、光纤激光器泵浦源、光纤放大器的泵浦源以及工业加工的激光光源中关键技术光纤耦合的重要组成部分：用于耦合大功率(1～10瓦)宽发光面(发射域尺寸50～500μm×1μm)半导体激光器、激光器阵列的热扩展芯径微透镜多模光纤。
背景技术
高亮度、大功率的光纤耦合半导体激光器可以广泛地用在固体激光器的泵浦、工业激光加工等领域：通过高效的耦合，可以提供低数值孔径、高输出功率的出射激光；而且，通过光纤的耦合，可以有效扩大半导体激光器的利用场合，如直接与光纤激光器耦合等。
要提高光纤输出的激光功率，就必须提高所耦合的半导体激光器的功率；目前，具有宽发射域的半导体激光器，单发光区域可以出射最高达8瓦的激光，而且通过采用激光器阵列和堆的方法，可以获得最大数百瓦的出射功率。但是，宽发射域的半导体激光器出射光束的发散角比较大，而且在慢轴和快轴两方向发散角相差也比较大，分别为10度×40度左右，所以比较难以耦合进数值孔径较小的光纤内。
目前，常用的高亮度高功率半导体激光器的光纤耦合方法是在激光器与光纤之间采用分立光学器件，对大功率，宽发射域半导体激光器的出射光束进行整形后耦合到光纤里。这种方法可以比较有效的耦合激光。但是，由于采用了分立的光学元件，使激光在耦合过程中的损耗加大，制约了耦合效率的提高。而且，分立元件的使用，也使器件的对准容忍度降低，从而使装配校准的成本提高。另外，独立光学元件本身的制作成本，也进一步提高了整体耦合器件的成本。
微透镜光纤技术近年来发展比较迅速。通过熔融、拉锥和研磨等方法，可以在光纤端头加工出微透镜，进而提高光纤的耦合数值孔径，使激光最高耦合效率达到90％以上。这种方法抛弃了分立的光学器件，减少了激光的损失。但是，对于一般的微透镜光纤，光纤芯径必须与激光发光区域相匹配，无法提高耦合亮度。另外，由于微透镜的采用，大幅度降低了耦合容忍度。使装配和校准的难度也比较大，所以成本也比较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于耦合大功率半导体激光器的热扩展芯径微透镜光纤。
它是在多模光纤端头部分将芯径进行热扩展，热扩展芯径部分的端头具有楔形光纤端面以及圆弧面与楔形光纤端面相切的圆柱状光纤微透镜。
本发明的优点是：通过对多模光纤进行比较简便的芯径热扩展和光纤研磨工艺处理，可以制作出耦合效率高(＞90％)、容忍度高的用于耦合大功率半导体激光器的微透镜光纤。通过针对不同发光区域尺寸的半导体激光器，选择不同芯径的热扩展芯径光纤微透镜，可以获得结构紧凑、高耦合效率、高亮度的光纤耦合激光器件。另外，由于此热扩展芯径透镜光纤的加工简单，以及由于耦合容忍度的提高所带来的封装简便，使整体激光耦合器件的成本降低。可以广泛用于固体激光器泵浦、工业激光加工、光纤激光器等领域。
附图说明
图1是用于耦合大功率半导体激光器的热扩展芯径微透镜光纤立体结构示意图；
图2是用于耦合大功率半导体激光器的热扩展芯径微透镜光纤俯视图；
图3是用于耦合大功率半导体激光器的热扩展芯径微透镜光纤侧向剖视图；
图4是大功率半导体激光器与本发明构成耦合系统示意图。
具体实施方法
用于耦合大功率半导体激光器的热扩展芯径微透镜光纤是在多模光纤101端头上具有热扩展芯径204，热扩展芯径具有楔形光纤端面102、306以及圆弧面与楔形光纤端面102、306相切的圆柱状光纤微透镜103。热扩展后的芯径为扩展前芯径的1.02～2倍。热扩展芯径部分的长度为0.2～20mm。楔形光纤端面102具有关于光纤弧矢平面对称的楔角，其上下倾斜端面102、306的夹角为10～160°。圆柱状微透镜103与楔形光纤端面102、306相切，其圆柱面垂直于子午平面，圆柱面半径小于多模光纤101的芯半径。楔形光纤端面102、306以及圆柱状微透镜103表面镀有增透膜。
本发明首先，通过对多模光纤101的端头部分进行芯径热扩展的加工，有效扩展多模光纤101芯径。多模光纤热扩展芯径的加工，主要特点是对已切割的多模光纤，利用激光或其它局部热源，使热量集中于光纤端面光纤芯范围内，热量由光纤芯端面向内部扩散。通过热效应，有效扩展热扩展芯径204。
其次，通过光纤研磨和熔融的方法，在经过芯径热扩展加工后的多模光纤101端头加工出楔形光纤端面102、306和圆柱状光纤微透镜103，由于楔形光纤端面102、306为平面，圆柱状光纤微透镜103的轮廓为圆柱形，所以加工过程比较简单和容易操作。
耦合系统包括大功率半导体激光器407，以及所说的用于耦合大功率半导体激光器的热扩展微透镜光纤。由于所说的用于耦合大功率半导体激光器的热扩展微透镜光纤有效地提高了耦合容忍度，所以激光和光纤之间的对准要求相对降低，可以通过比较简单的调整达到良好的耦合效率，从而达到降低成本的目的。另外，也可通过让经过热扩展后的芯径与激光发光区域匹配，提高整体光纤耦合激光器件的光亮度。
Claims (6)
1.一种用于耦合大功率半导体激光器的热扩展芯径微透镜光纤，其特征在于：在多模光纤(101)端头上具有热扩展芯径部分(204)，热扩展芯径部分的端头具有楔形光纤端面(102)、(306)以及圆弧面与楔形光纤端面(102)、(306)相切的圆柱状光纤微透镜(103)。
2.根据权利要求1所述的一种用于耦合大功率半导体激光器的热扩展芯径微透镜光纤，其特征在于所说的热扩展芯径为扩展前芯径的1.02～2倍。
3.根据权利要求1所述的一种用于耦合大功率半导体激光器的热扩展芯径微透镜光纤，其特征在于所说的热扩展芯径长度为0.2～20mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于耦合大功率半导体激光器的热扩展芯径微透镜光纤，其特征在于在所说的楔形光纤端面(102)具有关于光纤弧矢平面对称的楔角，其上下倾斜端面(102)、(306)的夹角为10～160°。
5.根据权利要求1所述的一种用于耦合大功率半导体激光器的热扩展芯径微透镜光纤，其特征在于在所说的圆柱状微透镜(103)与楔形光纤端面(102)、(306)相切，其圆柱面垂直于子午平面，圆柱面半径小于多模光纤(101)的芯半径。
6.根据权利要求1所述的一种用于耦合大功率半导体激光器的热扩展芯径微透镜光纤，其特征在于所说的楔形光纤端面(102)、(306)以及圆柱状微透镜(103)表面镀有增透膜。
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