CN206833037U - 一种光纤耦合光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光纤耦合光学系统，由排列在一个直角梯形的斜腰上的四片长条状平面反射镜和位于所述梯形的直角腰上的一片非球面聚焦透镜组合而成，其中反射镜尺寸为4×5×22mm，聚焦透镜孔径NA＜0.22，尺寸为22×22mm；本实用新型针对半导体激光器而设计，将多个激光头发出的激光光束耦合到单根400μm的光纤中，做成大功率的半导体光纤耦合激光器，采用梯形排列的反射镜压缩激光束之间的间距，大大减小了光源的光参数积BPP，再通过非球面聚焦透镜将光束耦合到光纤中，光纤耦合效率达到了85—90％。

Description

一种光纤耦合光学系统

技术领域

本实用新型属于投影机领域，尤其涉及一种光纤耦合光学系统。

背景技术

随着半导体激光器制造工艺的不断提高和改进，目前，单管激光器的功率已经由最初的几毫瓦提高到几瓦，但由于应用上的需要，人们对于激光器输出功率的要求越来越高，这促使了大功率激光器及光纤耦合技术的发展。

半导体激光器的光束经过光纤耦合光学系统的压缩整形、聚焦，进一步耦合到光纤中后，一方面从根本上改善了半导体激光器的输出光束，另一方面由于光纤柔软可弯曲，可将激光能量导到任一方向，极大的提高了实际应用范围。

半导体激光器光纤耦合中，通常使用光参数积（BPP）这个概念来评价光束质量，光参数积定义为

BPP=d0/2*θ

式中：d0/2—光斑束腰半径；θ—远场发散角。

其中，当半导体激光器的光参数积大于光纤的光参数积时，半导体激光器的光束无法完全耦合进光纤中，或者说耦合效率较低；当半导体激光器的光参数积小于光纤的光参数积时，半导体激光器的光束可以较好的耦合进光纤中。根据光参数积的定义及半导体激光器的参数和光纤的光学参数可以计算出半导体激光器的BPP大于光纤的BPP，半导体激光器的光束无法完全耦合进光纤中，或者说耦合效率较低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于梯形排列反射镜的光纤耦合光学系统，该系统压缩激光束之间的间距，大大减小了光源的光参数积BPP，再通过非球面聚焦透镜将光束耦合到光纤中，实现大功率输出。

本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的：一种光纤耦合光学系统，由排列在一个直角梯形的斜腰上的四片长条状平面反射镜和位于所述梯形的直角腰上的一片非球面聚焦透镜组合而成。

所述的一种光纤耦合光学系统，其反射镜尺寸为4×5×22mm，在440nm-480nm镀反射膜。

所述的一种光纤耦合光学系统，其聚焦透镜孔径NA＜0.22，尺寸为22×22mm。

本实用新型对比已有技术具有以下创新点：

1，采用梯形排列的反射镜压缩激光束之间的间距，从而大大减小了光源的光参数积BPP，再通过非球面聚焦透镜将光束耦合到光纤中，光纤耦合效率达到了85—90％。

2，系统聚焦光斑尺寸约为0.369mm＜光纤芯径0.4mm，像差极小。

3，系统反射镜材料为K9玻璃；非球面聚焦透镜材料为B270，可开模，均适合批量化生产。

4，系统将功率较小的激光器模块，耦合成了大功率的激光器光纤模块，该光纤模块更适合工业生产。

附图说明

图1 本实用新型的光学示意图；

图2 本实用新型应用的蓝光半导体激光器模块输出的光束；

图3 本实用新型反射镜的光纤耦合全系统示意图；

图4 本实用新型的聚焦系统光学设计二维图；

图5 本实用新型的点列图。

各附图标记为：1—反射镜，2—聚焦透镜。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

参照图1至图5所示，本实用新型公开了一种基于梯形反射镜的光纤耦合光学系统，该系统针对日亚的NUBM08阵列半导体激光器模块设计，由排列在一个直角梯形的斜腰上的四片长条状平面反射镜1和位于直角梯形的直角腰上的一片非球面聚焦透镜2组合而成，其中四个平面反射镜1具有与梯形的斜腰相同的夹角，聚焦透镜2的中心落在光纤上，本专利光学系统可将激光模块发出的33.8×15mm矩形光斑整形为15.8×15mm的近似正方形的光斑，等效圆光斑为21.3mm，采用梯形排列的反射镜1可压缩激光束之间的间距，从而大大减小了光源的光参数积BPP，再通过聚焦透镜2将光束耦合到光纤中，本专利光学系统所对应的光纤直径为400μm。

其中反射镜1尺寸为4×5×22mm，在440nm-480nm镀反射膜，反射率＞99％；聚焦透镜2孔径NA＜0.22，尺寸为22×22mm，材料为B270，适合开模生产。

所述的NUBM08蓝光模块由2×4个激光头组成，单个激光头为4.5W，每个激光头发出的光斑为4mm×0.8mm的椭圆光斑，短边方向发散角为±0.2°，长边方向为0°，相邻光束的中心间隔为11mm。

每个激光头后面封装了一个小准直透镜，因此激光器模块发出2×4束准直细光束，光纤耦合光学系统采用四个小反射镜将激光器模块长边方向压缩二分之一，从而减小2×4束准直细光束的光束合成孔径，再采用一片非球面准直透镜将压缩整形后的细光束聚焦到400μm的光纤中，光纤耦合效率达到了85—90％。

如果直接用非球面聚焦透镜2进行光纤耦合，半导体激光器的光参数积大于光纤的光参数积，半导体激光器的光束无法完全耦合进光纤中，或者说耦合效率较低。

半导体激光器模块发出的光束尺寸为33.8mm和15mm，由于长边过长，不利于光纤耦合，通过梯形设置的反射镜1可将长边光束间的间距压缩到5mm，从而长边长度变为15.8mm。经过压缩后半导体激光器的光参数积BPP小于光纤的光参数积BPP，光束可以较好的耦合进光纤中。

光束经过梯形反射镜整形压缩后，外接圆的直径为21.39mm，所以，光纤耦合光学系统的入瞳取D=22mm；光纤的芯径为400μm，数值孔径为0.22。光纤耦合光学系统的数值孔径取NA=0.2，入瞳D=22mm，可以计算出焦距f=55mm。

光纤耦合光学系统的设计结果实际光斑尺寸小于光纤的芯径，可以较好的满足光纤耦合要求。光纤耦合光学系统的聚焦光斑在0°视场点的有效弥散光斑半径为0.75μm，而艾里斑的半径为1.355μm，有效的弥散光斑半径范围小于艾里斑半径范围，这就说明光学耦合光学系统可以很好的满足聚焦耦合要求。

本实用新型可以应用于大功率激光照明光源、高亮度激光投影机等需要大功率激光光源的工业设备中。

本实用新型权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims (3)

1.一种光纤耦合光学系统，其特征在于：由排列在一个直角梯形的斜腰上的四片长条状平面反射镜（1）和位于所述梯形的直角腰上的一片非球面聚焦透镜（2）组合而成。

2.根据权利要求1所述的一种光纤耦合光学系统，其特征在于，所述的反射镜（1）尺寸为4×5×22mm，在440nm-480nm镀反射膜。

3.根据权利要求1所述的一种光纤耦合光学系统，其特征在于，所述的聚焦透镜（2）孔径NA＜0.22，尺寸为22×22mm。