CN203377482U - 合束器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种合束器，该合束器包括光源模块、合束模块和输出模块，光源模块输出至少二束激光到合束模块，合束模块输出合束激光到输出模块，光源模块包括至少二个激光单元，合束模块包括至少一个波分复用器，输出模块包括输出准直器，其中，激光单元内在沿光路方向依次上设置激光器、聚焦透镜和输入准直器，激光器与功率控制模块电连接，波分复用器为熔融拉锥型波分复用器。通过该合束器实现了对不同波长的激光束功率连续可调，同时还具备色差低、光损耗低且稳定性高等特点，通过光电探测器对光功率进行实时监控，有助于使用人员更好对合束器进行调控。

Description

合束器

技术领域

本实用新型涉及光学领域，尤其涉及一种可使不同波长的激光合束的合束器。

背景技术

在激光领域，经常需要将红、绿、蓝和其他不同波长的激光束进行合束，如公告号为CN201017148Y的中国实用新型专利公开了名为“一种合束光学结构”的发明创造，该合束光学结构包括多个具有可以发射不同波长的激光器或激光准直器，一个激光器或激光准直器对应一组波分复用膜片和光学平行块，激光器或激光准直器发出的激光经过波分复用膜片成为相互平行光束，光学平行平块插置在激光器或激光准直器与波分复用膜片之间，使相互平行光束的中心线重合，产生合束激光。这样波分复用膜片可对不同波长的光束进行调节，可保证不同波长的激光经过透射和反射后输出时光方向相互平行，而光斑中心尽可能重叠或接近。光学平行平块则不改变激光的光学方向，只移动光束的中心线，使所有光束的中心线重合，从而实现不同波长的激光束有效重叠合束成为一束激光束。

然而，上述的合束光学结构对不同的波长存在色差，且准直器耦合的损耗较大，同时由于是在外部空间进行合束，所以容易受到由于温度的变化而带来的振动，使得合束效果大受影响，严重影响其工作的稳定性。此外，该合束光学结构不可对其激光器发射的激光功率实现连续可调，也缺乏对激光器发射激光功率的监控，不便于使用人员在不同环境的使用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种实现功率连续可调、光损耗低且稳定性高的合束器。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种合束器，包括光源模块、合束模块和输出模块，光源模块输出至少二束激光到合束模块，合束模块输出合束激光到输出模块，光源模块包括至少二个激光单元，合束模块包括至少一个波分复用器，输出模块包括输出准直器，其中，激光单元内在沿光路方向依次上设置激光器、聚焦透镜和输入准直器，激光器与功率控制模块电连接，波分复用器为熔融拉锥型波分复用器。

由上述方案可见，通过全光纤结构的熔融拉锥型波分复用器对激光进行合束，再通过调节功率控制模块对激光器输出的电流，可实现对合束光的光功率连续可调，且无色差，损耗低，稳定性高。

更进一步的方案是，激光单元还包括分光镜和光电探测器，分光镜设置在聚焦透镜与输入准直器之间，光电探测器接收由分光镜反射的反射光。

由上可见，利用分光镜将一部分的激光反射到光电探测器中，可通过光电探测器来监测反射部分的激光的功率来计算透射部分的激光的功率，使得使用人员可方便了解到输出的激光功率，并根据不同使用环境调节其输出功率。

更进一步的方案是，激光单元还包括开关，开关设置在分光镜和输入准直器之间。

由上可见，利用开关可使使用人员更加方便地对激光的进行闭合控制。

更进一步的方案是，开关为继电器开关。

由上可见，继电器开关可通过电路进行智能化的开启或关闭。

更进一步的方案是，输出模块还包括偏振分光棱镜，偏振分光棱镜接收输出准直器输出的激光。

由上可见，利用偏振分光棱镜可有效地提高输出线偏振激光的消光比。

更进一步的方案是，激光单元的数量为两个以上，至少一个波分复用器接收分别由两个激光单元输出的激光。

由上可见，一个波分复用器将两束激光进行合束，通过对两束激光分别进行功率调节，可实现对不同功率的两束激光进行合束。

更进一步的方案是，波分复用器的数量为两个以上，多个波分复用器采用级联方式连接。

由上可见，采用级联的方式将多束激光进行合束，方便使用人员操作切换光路。

更进一步的方案是，级联的级数为两级以上，每一个第一级波分复用器接收分别由两个激光单元输出的激光，每一个下一级的波分复用器接收分别由两个上一级波分复用器输出的激光。

由上可见，通过多级级联的方式将多束激光最后合束成为一束激光，由于采用了全光纤结构的合束方式，使得多束激光合成一束激光时有效地避免了色差、温度和损耗带来的影响，提高稳定性。

更进一步的方案是，级联的级数为两级以上，每一个第一级波分复用器接收分别由两个激光单元输出的激光，每一个下一级的波分复用器接收分别由一个上一级波分复用器和一个激光单元输出的激光。

由上可见，当激光单元的个数出现奇数的情况下，还可将激光输出到下一级的波分复用器中，同样可实现激光合束，使合束器更具有通用性。

更进一步的方案是，波分复用器与输入准直器通过保偏光纤连接，波分复用器之间通过保偏光纤连接。

由上可见，通过保偏光纤来传输激光，使得光路避免受到温度变化带来的振动的影响，且光损耗低，使得光路传输过程稳定高效。

附图说明

图1是本实用新型合束器实施例的结构图。

图2是本实用新型合束器实施例的第一通道光谱图。

图3是本实用新型合束器实施例的第二通道光谱图。

图4是本实用新型合束器实施例的第三通道光谱图。

图5是本实用新型合束器实施例的第四通道光谱图。

图6是本实用新型合束器实施例的第五通道光谱图。

图7是本实用新型合束器实施例的第六通道光谱图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

参照图1，图1是本实用新型合束器实施例的结构图。合束器包括光源模块、合束模块和输出模块，其中，光源模块包括激光单元1、激光单元2、激光单元3、激光单元4，合束模块包括波分复用器51、波分复用器52、波分复用器53，输出模块包括输出准直器6和偏振分光棱镜7，波分复用器51、波分复用器52和波分复用器53均为熔融拉锥型波分复用器。

激光单元1包括激光器11、聚焦透镜12、分光镜13、继电器开关14、输入准直器15、功率控制模块16和光电探测器17。功率控制模块16与激光器11电连接，通过调节功率控制模块16向激光器11输出的电流大小，使得激光器11可输出不同功率波长为λ₁的线偏振激光束。

激光器11输出波长为λ₁的线偏振激光束后经过聚焦透镜12的聚焦准直处理后入射到分光镜13，分光镜13是一个可以将一束光分成两束的光学装置，通过改变分光镜13的透反比例，则可以使入射的激光束按照所设定的透反比例，从分光镜13反射一部分激光入射到光电探测器17中，根据光电探测器17所测量出反射激光束的功率和分光镜13的透反比例可计算出从分光镜13透射的激光束的功率，即可获知激光单元的输出功率。

从分光镜13透射出来的透射线偏振激光束入射到输入准直器15，经过输入准直器15将入射的线偏振激光束经准直调整后输出到激光单元外。继电器开关14设置在分光镜13与输入准直器15之间，继电器开关14可通过控制其开启或闭合来导通或遮断由分光镜13透射出的线偏振激光入射到输入准直器15的光路。 

同样的，激光单元2与激光单元1具有同样的构造，激光单元2包括激光器21、聚焦透镜22、分光镜23、继电器开关24、输入准直器25、功率控制模块26和光电探测器27。功率控制模块26与激光器21电连接，通过调节功率控制模块26向激光器21输出的电流大小，使得激光器21可输出不同功率波长为λ₂的线偏振激光束。激光器2将波长为λ₂的线偏振激光束发射至聚焦透镜22后，线偏振激光束入射到分光镜23，光电探测器27接收由分光镜23反射的激光束。输入准直器25接收由分光镜23透射的线偏振激光束后输出到激光单元2外，继电器开关24设置在分光镜23与输入准直器25之间，通过控制继电器开关24以实现导通或遮断由分光镜23透射的线偏振激光入射到输入准直器25的光路。

同样的，激光单元3与激光单元1具有同样的构造，激光单元3包括激光器31、聚焦透镜32、分光镜33、继电器开关34、输入准直器35、功率控制模块36和光电探测器37。功率控制模块36与激光器31电连接，通过调节功率控制模块36向激光器31输出的电流大小，使得激光器31可输出不同功率波长为λ₃的线偏振激光束。激光器3将波长为λ₃的线偏振激光束发射至聚焦透镜32后，线偏振激光束入射到分光镜33，光电探测器37接收由分光镜33反射的激光束。输入准直器35接收由分光镜33透射的线偏振激光束后输出到激光单元3外。继电器开关34设置在分光镜33与输入准直器35之间，通过控制继电器开关34以实现导通或遮断由分光镜33透射的线偏振激光入射到输入准直器35的光路。

同样的，激光单元4与激光单元1具有同样的构造，激光单元4包括激光器41、聚焦透镜42、分光镜43、继电器开关44、输入准直器45、功率控制模块46和光电探测器47。功率控制模块46与激光器41电连接，通过调节功率控制模块46向激光器41输出的电流大小，使得激光器41可输出不同功率波长为λ₄的线偏振激光束，激光器4将波长为λ₄的线偏振激光束发射至聚焦透镜42后，线偏振激光束入射到分光镜43，光电探测器47接收由分光镜43反射的激光束。输入准直器45接收由分光镜43透射的线偏振激光束后输出到激光单元4外。继电器开关44设置在分光镜43与输入准直器45之间，通过控制继电器开关44以实现导通或遮断由分光镜43透射的线偏振激光入射到输入准直器45的光路。

合束模块的波分复用器51、波分复用器52和波分复用器53采用级联方式进行连接，本实施例中，级联的级数为二级。波分复用器51和波分复用器52为第一级波分复用器，波分复用器53为第二级波分复用器，第二级波分复用器为第一级波分复用器的下一级波分复用器，第一级波分复用器为第二级波分复用器的上一级波分复用器。

波分复用器51、52、53均包括两个输入端口和一个输出端口，输入准直器15和输入准直器35分别通过保偏光纤511和保偏光纤512与一级波分复用器51的两个输入端口分别相连接，输入准直器25和输入准直器45分别通过保偏光纤521和保偏光纤522与一级波分复用器52的两个输入端口分别相连接。波分复用器51的输出端口和波分复用器52的输出端口分别通过保偏光纤531和保偏光纤532与二级波分复用器53的两个输入端口分别相连接，波分复用器53的输出端口通过保偏光纤533与输出准直器6的输入端口相连。

熔融拉锥型的波分复用器是利用消逝波耦合原理进行光的合束，即将两根单模光纤通过熔融和拉锥使两根光纤的纤芯相互充分靠近，两个基模通过消逝波变为耦合模，因而光功率可互易地由一根光纤转移到另一根光纤，继而通过调节纤芯间距和耦合长度来对实现对功率转移的大小和输入激光波长的大小进行调节。

参照图2和图3，当激光单元1输出波长为405nm的紫光线偏振激光束L1，激光单元3输出波长为567nm的绿光线偏振激光束，通过调节波分复用器51纤芯间距和耦合长度，使得线偏振激光束L1在波分复用器51内传输的第一通道光谱图如图2所示，线偏振激光束L3在波分复用器51内传输的第二通道光谱图如图3所示。可见，在第一通道中波长为405nm的紫光对应的耦合比大于90%，在第二通道中波长为561nm的绿光对应的耦合比大于90%，所以线偏振激光束L1和线偏振激光束L3入射波分复用器51经耦合后输出线偏振激光束L13。

参照图4和图5，当激光单元2输出波长为488nm的蓝光线偏振激光束L2，激光单元4输出波长为638nm的红光线偏振激光束，通过调节波分复用器52纤芯间距和耦合长度，使得线偏振激光束L2在波分复用器52内传输的第三通道光谱图如图4所示，线偏振激光束L4在波分复用器52内传输的第四通道光谱图如图5所示，可见，在第三通道中波长为488nm的蓝光对应的耦合比大于90%，在第四通道中波长为561nm的红光对应的耦合比大于90%，所以线偏振激光束L2和线偏振激光束L4入射波分复用器52经耦合后输出线偏振激光束L24。

参照图6和图7，通过调节波分复用器53纤芯间距和耦合长度，使得线偏振激光束L13在波分复用器53内传输的第五通道光谱图如图6所示，使得线偏振激光束L24在波分复用器53内传输的第六通道光谱图如图7所示。可见， 在第五通道中波长为405nm的紫光和波长为561nm的绿光所对应的耦合比均大于90%，在第六通道中波长为488的蓝光和波长为638nm的红光所对应的耦合比均大于90%，所以线偏振激光束L13和线偏振激光束L24入射波分复用器53经耦合后输出线偏振激光束L5。

线偏振激光束L5通过保偏光纤533输入到输出准直器6，经过输出准直器6耦合准直后入射到偏振分光棱镜7，偏振分光棱镜7可以将两个偏振方向正交的寻常光和非寻常光分开，通过选择偏振分光棱镜不同入射面，可使寻常光反射而非寻常光透射，或者寻常光透射而非寻常光反射，最后线偏振激光束L5经过偏振分光棱镜7提高消光比后输出线偏振激光束L6到合束器外使用。

当本实用新型的合束器包括七个激光单元和六个波分复用器时，其中三个波分复用器作为第一级波分复用器，两个波分复用器作为第二级波分复用器，最后一个波分复用器作为第三级波分复用器，第三级波分复用器为第二级波分复用器的下一级波分复用器，第二级波分复用器为第一级波分复用器的下一级波分复用器。

三个第一级波分复用器分别接收其中六个激光单元输出的激光，一个第二级波分复用器接收其中两个第一级波分复用器输出的激光，另一个第二级波分复用器接收另外一个第一级波分复用器输出的激光和另一个激光单元输出的激光，第三级波分复用器接收两个第二级波分复用器输出的激光，最后由第三级波分复用器输出经合束后的激光到输出准直器，输出准直器将激光入射到偏振分光镜，经偏振分光镜提高消光比后输出激光束到合束器外使用。

由上述方案可见，通过全光纤结构的波分复用器和可对功率进行连续可调的激光单元，通过对具有不同功率的激光束进行合束，最后输出到合束器供正常使用，实现了对不同波长的激光束功率连续可调，同时还具备色差低、光损耗低且稳定性高等特点。通过光电探测器对光功率进行实时监控，有助于使用人员更好对合束器进行调控。

最后需要强调的是，上述实施例只是本实用新型的较优实施例，本实用新型还可以增加激光单元和波分复用器，通过级联方式对激光单元和波分复用器进行连接，同样可以实现本实用新型的目的，又例如采用普通光纤来替代保偏光纤，同样可以实现本实用新型的目的，这些均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.合束器，包括光源模块、合束模块和输出模块，所述光源模块输出至少二束激光到所述合束模块，所述合束模块输出合束后的激光到所述输出模块，所述光源模块包括至少二个激光单元，所述合束模块包括至少一个波分复用器，所述输出模块包括输出准直器；

其特征在于：

所述激光单元内在沿光路方向依次上设置激光器、聚焦透镜和输入准直器，所述激光器与功率控制模块电连接；

所述波分复用器为熔融拉锥型波分复用器。

2.根据权利要求1所述的合束器，其特征在于：

所述激光单元还包括分光镜和光电探测器，所述分光镜设置在所述聚焦透镜与所述输入准直器之间，所述光电探测器接收由所述分光镜反射的反射光。

3.根据权利要求2所述的合束器，其特征在于：

所述激光单元还包括开关，所述开关设置在所述分光镜和所述输入准直器之间。

4.根据权利要求3所述的合束器，其特征在于：

所述开关为继电器开关。

5.根据权利要求1所述的合束器，其特征在于：

所述输出模块还包括偏振分光棱镜，所述偏振分光棱镜接收所述输出准直器输出的激光。

6.根据权利要求1至5任一项所述的合束器，其特征在于：

所述激光单元的数量为两个以上，至少一个所述波分复用器接收分别由两个所述激光单元输出的激光。

7.根据权利要求6所述的合束器，其特征在于：

所述波分复用器的数量为两个以上，多个波分复用器采用级联方式连接。

8.根据权利要求7所述的合束器，其特征在于：

所述级联的级数为两级以上，每一个第一级所述波分复用器接收分别由两个所述激光单元输出的激光，每一个下一级的所述波分复用器接收分别由两个上一级所述波分复用器输出的激光。

9.根据权利要求7所述的合束器，其特征在于：

所述级联的级数为两级以上，每一个第一级所述波分复用器接收分别由两个所述激光单元输出的激光，每一个下一级的所述波分复用器接收分别由一个上一级所述波分复用器和一个所述激光单元输出的激光。

10.根据权利要求7所述的合束器，其特征在于：

所述波分复用器与所述输入准直器通过保偏光纤连接，所述波分复用器之间通过所述保偏光纤连接。

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