CN205091489U - 光纤耦合激光器耦合光学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光纤耦合激光器耦合光学系统，包括与激光器间隔设置的聚焦透镜，其中还包括具有整形准直功能的光学元件，所述光学元件间隔设于聚集透镜与激光器之间。本实用新型光纤耦合激光器耦合光学系统可以大大提高光纤耦合效率，降低激光器长期工作的失效率，其热能损耗低，适用于高功率的光纤耦合激光器系统中。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学技术领域，具体涉及一种光纤耦合激光器耦合光学系统。
背景技术
通常光纤耦合激光器出射的光线是通过一个双胶合聚焦透镜耦合到光纤纤芯里，这样设计的光学系统结构简单，加工方便。但其存在光纤耦合效率低，热能损耗大，在高功率的光纤耦合激光器系统中散热性能较差，长期工作会增加该激光器失效率的缺点。所谓失效率是指工作到某一时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。现有的这种光学系统影响光纤耦合激光器的使用寿命，因此该种光学系统不能应用到高功率的光纤耦合激光器中进行光纤耦合。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种光纤耦合激光器耦合光学系统，其可以大大提高光纤耦合效率，降低激光器长期工作的失效率，使其热能损耗降低，可用于高功率的光纤耦合激光器系统中。
为了达到上述目的，本实用新型提供一种光纤耦合激光器耦合光学系统，包括聚焦透镜，其中还包括具有整形准直功能的光学元件，所述光学元件设于聚集透镜与激光器之间。
进一步地，所述光学元件为负透镜与正透镜组成的透镜组，所述负透镜与正透镜间隔设置，所述负透镜设于靠近所述激光器的位置，所述正透镜设于负透镜与聚焦透镜之间，所述负透镜与正透镜相邻侧的焦点重合。
进一步地，所述负透镜或正透镜的焦距f满足：
其中n为透镜的折射率，r1为透镜的左球面曲率半径，r2为透镜的右球面曲率半径，d为透镜左右中心顶点的距离。
进一步地，所述正透镜与聚焦透镜的距离大于聚焦透镜的曲率半径。
进一步地，所述负透镜为双凹透镜，所述正透镜为双凸透镜。
进一步地，所述负透镜与正透镜的放大倍数相同。
进一步地，所述聚焦透镜为非球面透镜。
进一步地，所述聚焦透镜为偶次非球面透镜。
进一步地，所述负透镜、正透镜均采用H-ZF2玻璃材料加工制成，所述聚焦透镜采用D-ZK3玻璃材料加工制成。
采用上述方案后，本实用新型具有以下有益效果：
1、通过在光纤耦合激光器与聚焦透镜之间设置具有整形准直功能的光学元件，从光纤耦合激光器发射的光束先经过光学元件进行质量校正，使光束形状由非圆形变圆形，之后再经聚焦透镜对光束进一步汇聚，使激光器发射的光束进入光纤纤芯，从而大大提高了光纤耦合效率，降低了激光器长期工作的失效率，使其热能损耗降低，并可用于高功率的光纤耦合激光器系统中；
2、光学元件设为由负透镜和正透镜组成的透镜组，使负透镜、正透镜相邻侧的焦点重合，这样设置结构简单，且能保证从该透镜组射出的是准直校正的圆形光束；
3、将负透镜、正透镜设为放大倍数相同，并且负透镜为双凹透镜，正透镜为双凸透镜，这样设置准直整形效果更佳；
4、将聚焦透镜设置为非球面透镜，这样设计使该光学系统在耦合效率高的基础上，聚焦的耦合效率进一步提高，且该光学系统结构简单紧凑，加工容易，可以采用模压加工，加工精度较高而且加工成本较低。
附图说明
图1是本实用新型光纤耦合激光器耦合光学系统的实施例一结构示意图；
图2是本实用新型光纤耦合激光器耦合光学系统的实施例二结构示意图；
图3是本实用新型光纤耦合激光器耦合光学系统的实施例三结构示意图；
图4是本实用新型的光纤耦合效率的模拟结果图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。
下面结合说明书附图对本实用新型做进一步的描述。
如图1所示本实用新型光纤耦合激光器耦合光学系统的实施例一结构示意图，包括设于光纤耦合激光器与光纤1之间的聚焦透镜2，还包括具有整形准直功能的光学元件，该光学元件为负透镜3与正透镜4组成的透镜组，负透镜3与正透镜4间隔设置，负透镜3设于靠近激光器的位置，正透镜4设于负透镜3与聚焦透镜1之间的位置，负透镜3与正透镜4相邻侧的焦点重合，该实施例中负透镜3的右侧焦点与正透镜4的左侧焦点重合。正透镜4与聚焦透镜2的距离大于聚焦透镜2的曲率半径。负透镜3、正透镜4均采用H-ZF2玻璃材料加工制成，聚焦透镜2采用D-ZK3玻璃材料加工制成。
上述负透镜3和正透镜4的焦距f均满足公式：
其中n为透镜的折射率，r1为透镜的左球面曲率半径，r2为透镜的右球面曲率半径，d为透镜左右中心顶点的距离。
工作时，光纤耦合激光器发射出光束，光束横截面一般是非圆形的，光束先经过负透镜3进行放大，之后再进入正透镜4使光束进行汇聚，其中负透镜3可为平凹透镜(即一面平、一面凹的透镜)、凸凹透镜(即一面凸、一面凹的透镜)或双凹透镜(即双面都凹的透镜)，此实施例选择用平凹透镜，正透镜4可为平凸透镜(即一面平、一面凸的透镜)、凹凸透镜(即一面凹、一面凸的透镜)或双凸透镜(即双面都凸的透镜)，此实施例选择用平凸透镜。经负透镜3、正透镜4的质量较正后，光束的横截面由非圆形变成圆形，之后光束再经聚焦透镜2进行汇聚最终耦合进入光纤1的纤芯，其大大提高了光纤耦合效率，降低了光纤耦合激光器长期工作的失效率，使其热能损耗降低。
如图2所示本实用新型光纤耦合激光器耦合光学系统的实施例二结构示意图，其大部分结构与图1所述实施例结构相同，不同之处是：此实施例负透镜3选择用双凹透镜，正透镜4选择用双凸透镜。为了提高光纤耦合效率，将负透镜3和正透镜4选择为放大倍数相同，这样设计可以进一步提高光纤耦合的效率，降低光纤耦合激光器长期工作的失效率，并且光纤耦合激光器的热能损耗会降低。本实施例与图1所述实施例的工作过程一样，此处不再赘述。
如图3所示本实用新型光纤耦合激光器耦合光学系统的实施例三结构示意图，其大部分结构与图2所述实施例结构相同，不同之处是：聚焦透镜2选择用非球面透镜。选择用非球面的聚焦透镜，这样设计使本实用新型的光学系统在耦合效率高的基础上，聚焦的耦合效率进一步提高，进一步优选偶次非球面透镜，这种聚焦透镜加工容易。
以下通过对图3所述实施例的各部件给予具体尺寸及位置数据来对本实用新型光纤耦合激光器耦合光学系统进行实验测试：光纤耦合激光器的束腰直径给定为0.113mm，光纤耦合激光器的束腰位置处到负透镜3的左顶点的距离给定为8.5mm，负透镜3的中心厚度给定为1mm，负透镜3的左、右两个面的曲率半径都为3.2mm，通光孔径(光束经过负透镜3的通光截面对应的直径)为6mm；负透镜3的右顶点到正透镜4的左顶点距离为13.3mm，正透镜4的中心厚度为1.8mm，正透镜4的左、右两个面的曲率半径分别为58.61mm和13.8mm，通光孔径(光束经过正透镜4的通光截面对应的直径)为6mm；正透镜4的右顶点到非球面的聚焦透镜2左顶点的距离为5mm，非球面的聚焦透镜2的中心厚度为2mm，通光孔径为3.5mm，非球面的聚焦透镜右顶点到光纤纤芯端面的距离是3.75mm，波长为532nm，对应的光纤模场直径为0.0033mm。如图4所示的光纤耦合效率的模拟结果。从图4可知光纤耦合效率为92.9829％。
本实用新型光纤耦合激光器耦合光学系统结构简单紧凑，加工容易，可以采用模压加工，加工精度较高而且加工成本较低。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (8)
1.一种光纤耦合激光器耦合光学系统，包括聚焦透镜，其特征在于，还包括具有整形准直功能的光学元件，所述光学元件设于聚集透镜与激光器之间；
所述光学元件为负透镜与正透镜组成的透镜组，所述负透镜与正透镜间隔设置，所述负透镜设于靠近所述激光器的位置，所述正透镜设于负透镜与聚焦透镜之间，所述负透镜与正透镜相邻侧的焦点重合。
2.如权利要求1所述的光纤耦合激光器耦合光学系统，其特征在于，所述负透镜或正透镜的焦距f满足：其中n为透镜的折射率，r1为透镜的左球面曲率半径，r2为透镜的右球面曲率半径，d为透镜左右中心顶点的距离。
3.如权利要求2所述的光纤耦合激光器耦合光学系统，其特征在于，所述正透镜与聚焦透镜的距离大于聚焦透镜的曲率半径。
4.如权利要求3所述的光纤耦合激光器耦合光学系统，其特征在于，所述负透镜为双凹透镜，所述正透镜为双凸透镜。
5.如权利要求4所述的光纤耦合激光器耦合光学系统，其特征在于，所述负透镜与正透镜的放大倍数相同。
6.如权利要求1-5之一所述的光纤耦合激光器耦合光学系统，其特征在于，所述聚焦透镜为非球面透镜。
7.如权利要求6所述的光纤耦合激光器耦合光学系统，其特征在于，所述聚焦透镜为偶次非球面透镜。
8.如权利要求7所述的光纤耦合激光器耦合光学系统，其特征在于，所述负透镜、正透镜均采用H-ZF2玻璃材料加工制成，所述聚焦透镜采用D-ZK3玻璃材料加工制成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201520642962.7U CN205091489U (zh) | 2015-08-24 | 2015-08-24 | 光纤耦合激光器耦合光学系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201520642962.7U CN205091489U (zh) | 2015-08-24 | 2015-08-24 | 光纤耦合激光器耦合光学系统 |
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| CN205091489U true CN205091489U (zh) | 2016-03-16 |
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Family Applications (1)
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| CN201520642962.7U Active CN205091489U (zh) | 2015-08-24 | 2015-08-24 | 光纤耦合激光器耦合光学系统 |
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| CN (1) | CN205091489U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112630893A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-09 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种非接触式高效光能量传输方法 |
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2015
- 2015-08-24 CN CN201520642962.7U patent/CN205091489U/zh active Active
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| CN112630893A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-09 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种非接触式高效光能量传输方法 |
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