CN201616584U - 一种可见光波段光纤耦合激光器功率监控结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种可见光波段光纤耦合激光器功率监控结构，这种结构包括双光纤头、微透镜、分光膜片和功率探测二极管，双光纤头由双光纤毛细管和设置在毛细管中的两根同一类型光纤制成，双光纤头与微透镜构成双光纤准直器。从双光纤头其中一端光纤输出的光通过微透镜准直后入射到分光膜片上，分光膜片的第一面镀部分反射膜，另一面镀有增透膜，被分光膜片反射的光再经过同一微透镜重新耦合进入双光纤头中另一根光纤内，剩余光则透过分光膜片入射到功率探测二极管上，通过功率探测二极管进而实现对光纤耦合激光器光纤输出功率的精确监测和控制。该实用新型具有结构工艺简单、体积小、可靠性高、成本低等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光领域，尤其涉及一种用于可见光波段的光纤耦合激光器功率监控结构。
背景技术
光纤耦合激光器是一种将激光器发射的激光光束经过光学系统变换后耦合进入光纤传输的器件，目前已被广泛应用于光纤通讯、激光显示、生物医疗、激光打印等方面。按照应用波段的不同，光纤耦合激光器可分为可见光波段光纤耦合激光器、红外波段光纤耦合激光器以及通讯波段光纤耦合激光器。随着可见光波段光纤耦合激光器在激光显示、生物医疗等诸多高端领域应用的日益增加，人们对可见光波段光纤耦合激光器的性能尤其是输出功率稳定性要求也越来越高。
通常情况下，影响光纤耦合激光器输出功率稳定性的因素主要有三个方面：
首先，光源的输出功率不稳定。光纤耦合激光器的光源主要包括激光二极管(Laser Diode)、发光二极管(Light Emitting Diode)、固体激光器、气体激光器等，这些光源有的会自带功率监控反馈，有的则没有功率监控反馈，多数光源存在输出功率受环境温度影响大、长时间功率稳定性差，这将会直接导致光纤耦合激光器输出功率的不稳定。
其次，光源输出光束的点稳定性(也称为光束指向角)较差。点稳定性包括激光随温度的点漂移和随时间的点漂移，在单模光纤耦合激光器中，要想实现高耦合效率，必须要满足经过光学系统后的光束与单模光纤模场相匹配。可见光波段单模光纤的模场直径一般只有3～4微米左右，与通讯波段单模光纤的模场直径9～11微米相比要小很多，光纤耦合效率随光源的指向角变化相比通讯波段则要敏感得多。光源点稳定性较差会直接影响耦合效率，导致耦合后输出功率的变化较大。
第三，光纤耦合激光器耦合系统的不稳定性。光纤耦合尤其是可见光波段的单模光纤耦合是对器件装配精度要求很高的一种工艺过程，装配过程中各个器件之间的连接通常采用焊接、粘胶、对称锁螺钉渐进等方法，这些过程常常会留下短期不能去掉的应力，导致光纤耦合激光器的耦合效率随着应力的逐渐释放会发生变化，从而造成功率随时间的变化。此外，如果耦合系统存在非对称性装配，当环境温度变化时，由于耦合系统各个部件热膨胀系数的不一致也会导致耦合效率随温度的变化。当然，耦合系统的不稳定性可以通过优化制作工艺和对器件进行高低温循环等方式退应力来减小或者消除。
综上所述，要实现可见光波段光纤耦合激光器输出功率的高稳定性，则必须要同时避开光源和耦合系统对光纤耦合输出功率的影响，最有效的方法就是在光纤耦合激光器输出功率的光纤中间增加一个功率监控结构，直接对光纤耦合激光器的光纤输出功率进行监控。
参阅图1所示，是一种最典型的光纤耦合激光器功率监控结构。其中，单光纤头101与微透镜102共同组成单光纤准直器103，其前面放置一个与之成近45度的分光膜片104，透过膜片的光被微透镜106重新耦合进入单光纤头107中，微透镜106与单光纤头107共同组成单光纤准直器108，被膜片反射的光则通过功率探测二极管105接收转化为监控电流，从而实现对光纤耦合激光器输出功率的监控。尽管这种结构可实现直接对光纤耦合激光器的光纤输出功率进行监控，但存在结构工艺复杂、体积大、成本高等缺点。
实用新型内容
因此，针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种用于对可见光波段光纤耦合激光器光纤输出功率进行精确监控、且结构工艺简单化的功率监控结构。
本实用新型的目的可通过下述的结构来实现：
本实用新型的可见光波段光纤耦合激光器功率监控结构，包括：依次设置于光路上的
一双光纤准直器，其是由双光纤头与微透镜构成，所述的微透镜设置于双光纤头的通光端面；
一分光膜片，设置于上述的双光纤准直器后的光路上；
一光功率探测器件，设置于上述的分光膜片后通光端面的光路上。
进一步的，所述的双光纤准直器、分光膜片和光功率探测器件固定于一个金属外套管内。
进一步的，所述的双光纤准直器的双光纤头与微透镜调整相宜位置后并固定于玻璃管或金属管中。
更进一步的，上述的固定方式是注入硅胶进行固定。
进一步的，所述双光纤头由双光纤毛细管和设置在毛细管中的两根相同类型光纤线构成，所述的双光纤头的通光端面是斜面或垂直端面。
更进一步的，所述的光纤线是单模光纤或者单模保偏光纤或者多模光纤。
进一步的，所述微透镜是自聚焦透镜或者球透镜或者非球面透镜。
进一步的，所述的分光膜片玻璃基底的前通光端面上镀相应波长的部分反射膜及后通光端面上镀增透膜构成。
进一步的，所述的光功率探测器件是探测可见光波段的光电二极管。
本实用新型从双光纤头其中一端光纤输出的光通过微透镜准直后入射到分光膜片上，分光膜片的第一面镀部分反射膜，另一面镀有增透膜，入射光中的部分光被膜片反射后再经过同一微透镜重新耦合进入双光纤头中另一端的光纤内，剩余光则透过分光膜片入射到功率探测二极管上，光功率探测二极管会把探测光信号转为电流信号反馈到激光驱动电源内部反馈电路，进而实现对光纤耦合激光器最终输出功率的精确监测和控制。
本实用新型的技术方案与图1所示中传统典型的光纤耦合激光器功率监控结构相比，其用一个双光纤准直器替代了两个单光纤准直器，既缩小了体积又降低了成本；此外，本实用新型的整个光路中各个元件：双光纤头、微透镜、分光膜片和功率探测二极管可以依次顺序放置于同一中心轴线上，这将会大大降低单模光纤耦合的调试难度、简化工艺过程，同时也缩小了装配体积。因此，本实用新型具有工艺简单、体积小、可靠性高、成本低等优点。
附图说明
图1是一种传统典型的光纤耦合激光器功率监控结构光路示意图；
图2是本实用新型光纤耦合激光器功率监控结构光路示意图；
图3是本实用新型光纤耦合激光器功率监控结构的一种装配示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图2所示，201a可以是单模光纤、保偏光纤或多模光纤其中的一种，201b是与201a同一类型的光纤，202为双光纤毛细管制成的双光纤头，203为微透镜如自聚焦透镜、球透镜或非球面透镜等，通过调节微透镜203与双光纤头之间的距离可以把从光纤201a出来的光进行准直，204为第一面镀部分反射膜、另一面镀有增透膜的分光膜片，准直光大部分被分光膜片204反射，反射光通过微透镜重新耦合进入光纤201b内以作为光纤耦合激光器的最终输出功率，通过分光膜片的透射光则入射到光功率探测二极管205上，从而实现直接对光纤耦合激光器的光纤输出功率进行监控。
本实用新型的一种具体的装配结构如图3所示。其中，1为光功率探测二极管，2为金属外壳，3为分光膜片，光功率探测二极管1和分光膜片3通过机械定位的方式用胶固定于金属外壳2上，金属外壳2的右端加工成镀金可焊接的焊接桥，微透镜4和双光纤头12用胶固定于镀金金属管9上，镀金金属管9通过焊锡焊接固定于金属外壳2的右端，13为光纤护套，5、6、10、11为硅胶，7、8为焊锡，利用焊锡7、8固定镀金金属管9和金属外壳2，利用硅胶5、6、10、11将镀金金属管9和金属外壳2和微透镜4和光纤护套13固定。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种可见光波段光纤耦合激光器功率监控结构，其特征在于：包括依次设置于光路上的
一双光纤准直器，其是由双光纤头与微透镜构成，所述的微透镜设置于双光纤头的通光端面；
一分光膜片，设置于上述的双光纤准直器后的光路上；
一光功率探测器件，设置于上述的分光膜片后通光端面的光路上。
2.根据权利要求1所述的可见光波段光纤耦合激光器功率监控结构，其特征在于：所述的双光纤准直器、分光膜片和光功率探测器件固定于一个金属外套管内。
3.根据权利要求1或2所述的可见光波段光纤耦合激光器功率监控结构，其特征在于：所述的双光纤准直器的双光纤头与微透镜调整相宜位置后并固定于玻璃管或金属管中。
4.根据权利要求3所述的可见光波段光纤耦合激光器功率监控结构，其特征在于：上述的固定方式是注入硅胶进行固定。
5.根据权利要求1所述的可见光波段光纤耦合激光器功率监控结构，其特征在于：所述双光纤头由双光纤毛细管和设置在毛细管中的两根相同类型光纤线构成，所述的双光纤头的通光端面是斜面或垂直端面。
6.根据权利要求5所述的可见光波段光纤耦合激光器功率监控结构，其特征在于：所述的光纤线是单模光纤或者单模保偏光纤或者多模光纤。
7.根据权利要求1所述的可见光波段光纤耦合激光器功率监控结构，其特征在于：所述微透镜是自聚焦透镜或者球透镜或者非球面透镜。
8.根据权利要求1所述的可见光波段光纤耦合激光器功率监控结构，其特征在于：所述的分光膜片玻璃基底的前通光端面上镀相应波长的部分反射膜及后通光端面上镀增透膜构成。
9.根据权利要求1所述的可见光波段光纤耦合激光器功率监控结构，其特征在于：所述的光功率探测器件是探测可见光波段的光电二极管。
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