CN205643891U - 一种低散斑多模光纤耦合激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种低散斑多模光纤耦合激光器，其包括一激光器、多模光纤，第一耦合器，第二耦合器，所述激光器通过第一耦合器与所述多模光纤的输入端连接，所述多模光纤的输出端与所述第二耦合器连接，所述低散斑多模光纤耦合激光器还包括一散斑消除震动单元，所述散斑消除震动单元与所述多模光纤紧密贴合并驱动所述多模光纤震动。本实用新型能够有效的控制多模光纤耦合激光器的激光散斑，并且具有低成本、易组装调节、性能稳定等优点。

Description

一种低散斑多模光纤耦合激光器

技术领域

本实用新型涉及多模光纤耦合激光器技术领域，具体涉及一种低散斑多模光纤耦合激光器。

背景技术

激光由于其具有的高亮度、高相干性和高准直性等特点，在工业、通信、医学、科学研究及社会生活等领域发挥了独特且至关重要的作用。由于多模光线耦合激光器具有效率高、体积小、寿命长等优点，因此采用多模光纤耦合激光器的模块在激光医疗、激光检测与测量、仪器仪表等方面具有广泛的应用。激光具有高度相干性且振幅和位相不相同的光束，在空间各点形成无规则分布的颗粒状斑纹------激光散斑。激光散斑作为一种随机过程，是伴随激光器使用而必然存在的客观物理现象。激光散斑不仅造成了能量损失，同时也成为限制图像质量，降低图像分辨率和对比度的主要因素，如目前在研究和应用的激光投影显示和激光照明领域，激光散斑成为限制激光显示实现真正实用化的关键。

目前关于消除激光散斑的方法多种多样，总体而言可分为两类：其一是静态消散斑法；如降低激光器腔长或在光路中对入射光束分束后再合束，降低入射光束的相干性，但该方法操作复杂，光路连接稳定性低。CN102122081A公开的《激光光束匀光整形和消散斑装置》采用将纯相位衍射器件在电磁振动装置驱动下完成匀光整形和消散斑功能；CN101950087A公开的《一种消除激光散斑效应的方法》将入射光束通过振动的可通光的液体对光束相位进行破坏而消除激光散斑效应。

其二是动态散斑法。对激光散斑进行动态处理，利用时间平均抑制散斑，如旋转或振动散射体（毛玻璃、液晶装置、相位板）、超声波法等。使用动态散斑法时，散斑变化频率越快，散斑间相关性越小，在时间平均后散斑抑制效果越好，但是目前采取动态散斑法的结构复杂，系统的稳定性不好。目前散斑消除中，散斑频率控制范围有限，相位调节深度小使得散斑相关性较大，以上因素降低了散斑抑制效果，同时入射光束通过液晶装置和毛玻璃能量利用率较低，能量损失大，并且伴随着角度扩张现象，影响了系统的性能。

综上所述，现有技术中存在以下问题，静态消散斑法操作复杂，光路连接稳定性低；动态消散斑法散斑频率控制范围有限，相位调节深度小使得散斑相关性较大。因此需要设计一种简便可行、能量损失少，适用于激光散斑消除的一种激光器。

发明内容

本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供了

一种简便可行、能量损失少，适用于激光散斑消除的一种低散斑多模光纤耦合激光器。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种低散斑多模光纤耦合激光器，包括一激光器、多模光纤，第一耦合器，第二耦合器，所述激光器通过第一耦合器与所述多模光纤的输入端连接，所述多模光纤的输出端与所述第二耦合器连接，所述低散斑多模光纤耦合激光器还包括一散斑消除震动单元，所述散斑消除震动单元与所述多模光纤紧密贴合并驱动所述多模光纤震动。

优选地，所述震动单元包括一微型振动马达，弹片，所述微型振动马

达设置于所述弹片的上方，并带动所述弹片上下运动。

优选地，所述震动单元的下方还设置有用于减震的减震片。

优选地，所述减震片的下方还设置一底板。

优选地，所述激光器与所述第一耦合器之间设置有光纤固定装置。

本实用新型技术方案的优点主要体现在：本实用新型提出了一种低散斑多模光纤耦合激光器，能够有效的控制多模光纤耦合激光器的激光散斑，并且具有低成本、易组装调节、性能稳定等优点。

附图说明

图1是本实用新型的一种低散斑多模光纤耦合激光器的示意图；

图2是本实用新型的一种低散斑多模光纤耦合激光器的示意图；

图3是本实用新型的一种低散斑多模光纤耦合激光器实施前散斑示意图；

图4是本实用新型的一种低散斑多模光纤耦合激光器实施后散斑示意图。

具体实施方式

本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。

如图1所示，一种低散斑多模光纤耦合激光器，包括一激光器1、多模光纤2，第一耦合器3，第二耦合器4，所述激光器1通过所述第一耦合器（3）与所述多模光纤2的输入端连接，通过所述第一耦合器3将激光耦合进所述多模光纤2。所述激光器1与所述第一耦合器3之间设置有光纤固定装置5，在本技术方案中，所述激光器1优选为半导体激光器。所述多模光纤2的输出端与所述第二耦合器4连接；所述低散斑多模光纤耦合激光器还包括一散斑消除震动单元6，所述散斑消除震动单元6与所述多模光纤2紧密贴合并驱动所述多模光纤2震动。

所述散斑消除震动单元6包括一微型振动马达61，弹片62，所述微型振动马达61设置于所述弹片62的上方，并带动所述弹片62上下运动，在本实施例中，所述微型振动马达61和多模光纤2固定在所述弹片62上。所述弹片3可以是柔性材质或硅胶材质，例如：柔性塑料片、金属片和震动簧片等，在本实施例中，所述弹片3优选为震动簧片。

所述的震动单元6与所述多模光纤2紧密贴合有多种形式，可以是所述多模光纤2穿过所述震动簧片3，也可以是所述震动簧片3包围所述多模光纤2，即只要所述微型振动马达运动带动所述震动簧片运动进而带动所述多模光纤发生抖动即可，在本实施例中优选为所述多模光纤2穿过所述震动簧片3。

如图1所示，所述散斑消除震动单元6的下方还设置有用于减震的减震片7，所述减震片7的下方还设置一底板8。当所述微型振动马达61在工作时，设置在所述底板8和所述弹片62之间的减震片7具有较好的抗震、缓冲效果，且还可减少所述微型振动马达工作时产生的振动噪音。

所述震动簧片62在所述微型震动马达61的驱动下在一定的幅度内进行上下运动；所述微型震动马达61启动后，该所述震动簧片62的震动为连续且不间断地震动，随着所述震动簧片62的受力弯曲变形，所述多模光纤2发生抖动。如图1所示，107 是指震动簧片的运动方向，在工作过程中，所述震动簧片62的震动区域只能在一个区域动，即所述震动簧片62与所述多模光纤2相接触的区域；在本实施例中，对所述震动簧片62的长度、形状均无特殊要求，只要在工作过程中能实现上下运动即可。

如图1所示，打开所述激光器，启动所述微型震动马达61，所述激光器1发出激光通过所述第一耦合器3耦合进所述多模光纤2，耦合器是可使激光耦合到光纤中的一种器件，该多模光纤可传输多种模式的光；激光在所述多模光纤2里传输一段距离后，所述微型震动马达61驱动所述震动簧片62震动进而带动所述多模光纤2发生抖动；在该过程中，所述震动簧片62有效的将所述微型震动马达61的震动能转化到所述多模光纤2的一个或多个纬度的震动，使得激光的低阶模式和高阶模式发生扰动和相互转化，转化成低相干的激光，低相干的激光通过耦合器4输出。

在震动过程中将震动能充分叠加到所述多模光纤2的整体，而非所述多模光纤2的局部，震动能充分叠加到多模光纤的整体不会损坏多模光纤，如果震动能叠加到多模光纤的局部会损坏该多模光纤。

在所述激光器1与所述多模光纤2的输入端设置有一光纤固定装置5，整个多模光纤通过所述光纤固定装置5固定到所述底板8上，该设置可保证整个震动过程仅仅是限制在光纤上而非整个系统的振动，保证了该系统的稳定性。

当相干光从粗糙表面反射或从含有散射物质的介质内部后向散射或透射时，会形成不规则的强度分布，出现随机分布的斑点。粗糙表面和介质中散射子可以看作是由不规则分布的大量面元构成，相干光照射时，不同的面元对入射相干光的反射或散射会引起不同的光程差，反射或散射的光波动在空间相遇时会发生干涉现象。当数目很多的面元不规则分布时，可以观察到随机分布的颗粒状结构的图案，这就是光通过散射介质和自由空间传播时形成的散斑，即带有颗粒状结构的斑点。

如图3为一种低散斑多模光纤耦合激光器实施前激光散斑分布示意图，从该图3激光散斑分布图中可以看出散斑图像由明暗相间的单个散斑组成；图4为一种低散斑多模光纤耦合激光器实施后消散斑的示意图；对比附图3和附图4可以看出，激光散斑已经消失，在附图4的示意图里看不到颗粒状结构的斑点了，通过该装置能够有效的控制所述多模光纤耦合激光器的激光散斑，且该装置具有成本低、易组装调节、性能稳定等优点。

在实际应用过程中，激光散斑图的变化速度取决于监测区域内目标移动速度；目标移动速度越快，散斑图变化越明显。如果被测目标静止，激光散斑图保持不变。如果被测物体发生移动，例如组织中的红细胞运动，则激光散斑图会随之变化而发生波动。

所述多模光纤与所述震动簧片的接触形式为：多模光纤小，震动簧片长，这样的设置使得所述多模光纤与所述震动簧片接触面积大，所述震动簧片可有效的将所述微型震动马达的震动能转化到所述多模光纤的一个或多个纬度的震动；另一种形式是如附图1所述的这种接触形式，所述多模光纤长，所述震动簧片小，该设置使得光纤抖动的区域集中在所述微型振动马达和所述震动簧片的两侧，这一区域类似波峰分布。

在实际使用过程中，各个部件的位置和排列关系不仅限于附图1中的这种位置和排列关系，耦合器的位置可以相调换，驱动机构和弹片的位置关系不限于附图中的这一种形式。之所以选用多模光纤不选用单模光纤的原因是因为多模光纤和单模光纤主要在于光的传输方式不同，当然带宽容量也不一样。多模光纤直径较大，不同波长和相位的光束沿光纤壁不停地反射着向前传输，造成色散，限制了两个中继器之间的传输距离和带宽，多模光纤的带宽约为2.5Gbps。而单模光纤只能传输单模信号，多模光纤可以传输多模信号，多模光纤即能够传播多种模式电磁波（光波）的光纤，即多模光纤可传多种模式（频率）的光，多模光纤纤芯较大，一般为50um，数值孔径为0.2左右；多模光纤适用于小容量，短距离的系统。

实施例2：所述多模光纤设置在类似于硅胶类的材质里，所述微型振动马达设置在所述硅胶材质上，当所述微型震动马达开始工作时，所述硅胶在所述微型振动马达的驱动下产生震动进而带动所述多模光纤发生抖动。

所述硅胶有效的将微型振动马达的震动能转化到多模光纤的一个主要纬度的震动，在该过程中通过多模光纤激光的低阶模式和高阶模式达到充分的扰动和相互作用，从而改变激光本身在所述多模光纤中传输的模式分布形式。

所述震动簧片有效的将所述驱动机构的震动能通过直接或通过弹片传递到所述多模光纤上，使所述多模光纤沿至少一个纬度震动，使得激光的低阶模式和高阶模式达到充分的扰动和相互转化，转化成低相干的激光，从而改变激光本身在所述多模光纤中传输的模式分布形式，低相干的激光通过耦合器输出，获得理想的激光光束。

没有微型震动马达的震动能转化到多模光纤的一个主要纬度的震动的情况下低阶模式和高阶模式有稳定的模式分布；但是当多模光纤中添加一个纬度的变量时候，高阶模式和低阶模式会相互扰动转化，在扰动和相互转化过程中降低了模式本身以及模式与模式之间相位的稳定性，从而降低了模式本身以及模式与模式之间的光束的相干性，结果使得模式本身以及模式与模式之间因为干涉（或者广义上的干涉）而形成的激光散斑的程度。

本实用新型提出了一种低散斑多模光纤耦合激光器，该装置能够有效的控制多模光纤耦合激光器的激光散斑，并且具有低成本、易组装调节、性能稳定等优点。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种低散斑多模光纤耦合激光器，包括一激光器（1）、多模光纤（2），第一耦合器（3），第二耦合器（4），所述激光器（1）通过第一耦合器（3）与所述多模光纤（2）的输入端连接，所述多模光纤（2）的输出端与所述第二耦合器（4）连接，其特征在于：所述低散斑多模光纤耦合激光器还包括一散斑消除震动单元（6），所述散斑消除震动单元（6）与所述多模光纤（2）紧密贴合并驱动所述多模光纤（2）震动。

2.根据权利要求1所述的一种低散斑多模光纤耦合激光器，其特征在于：所述震动单元（6）包括一微型振动马达（61），弹片（62），所述微型振动马达（61）设置于所述弹片（62）的上方，并带动所述弹片（62）上下运动。

3.根据权利要求2所述的一种低散斑多模光纤耦合激光器，其特征在于：所述震动单元（6）的下方还设置有用于减震的减震片（7）。

4.根据权利要求3所述的一种低散斑多模光纤耦合激光器，其特征在于：所述减震片（7）的下方还设置一底板（8）。

5.根据权利要求1所述的一种低散斑多模光纤耦合激光器，其特征在于：所述激光器（1）与所述第一耦合器（3）之间设置有光纤固定装置（5）。