CN207020349U - 一种高功率半导体激光器光纤耦合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高功率半导体激光器光纤耦合装置，包括若干呈线性排列BAR条、FAC镜、光学整形透镜组件，若干个BAR条作为激光器的发光单元在激光束发射的快轴方向上呈基模高斯分布阵列；若干个FAC镜分别对应若干个BAR条设于其出光端面，并且用于对激光束进行准直以输出准平行光束；光学整形透镜组件包括在激光束方向上依次呈直线排列的聚焦柱面镜、凹柱面镜、双凸球面镜以及凹球面镜，光学整形透镜组件用于在快轴和慢轴方向上分别调整光束方向，通过在光路快轴，慢轴方向上分开调整，降低调整难度，所用器件数量少，耦合效率高，器件加工难度小，降低成本。

Description

一种高功率半导体激光器光纤耦合装置

技术领域

本实用新型涉及激光耦合技术领域，更具体的说是涉及一种高功率半导体激光器光纤耦合装置。

背景技术

半导体激光器作为高可靠光源，具有功耗低、重量轻、寿命长、体积小、价格低廉等特点，经过光学整形，实现半导体激光器功率和亮度大大提高，可广泛用于切割、焊接、熔覆、淬火等领域，使用半导体激光有很多优势，比如，光斑尺寸一般为矩形，且容易获得尺寸较大的光斑，电光效率高，成本低，稳定性和可靠性高等，所以激光表面处理首选半导体激光做光源，但也还存在不尽如人意的地方，一般半导体激光阵列由多个发光点构成，半导体激光器的激光发生装置的多个发光点需要进行光学整形后将激光耦合进光纤，现有的耦合装置一般的采用一块非球面镜耦合，但针对光束较宽，口径大的非球面镜就不适合了，采用这种分离方式整型像差，可以适合较宽光束的光纤耦合，另一种采用波长复用技术整型耦合，其会增加波长带宽，也会降低效率等缺陷。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种高功率半导体激光器光纤耦合装置，通过在光路快轴，慢轴方向上分开调整，降低调整难度，所用器件数量少，耦合效率高，器件加工难度小，降低成本。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种高功率半导体激光器光纤耦合装置，包括若干呈线性排列的BAR条、FAC镜、光学整形透镜组件，若干个所述BAR条作为激光器的发光单元在激光束发射的快轴方向上呈基模高斯分布阵列；若干个所述FAC镜分别对应若干个BAR条设于其出光端面，并且用于对激光束进行准直以输出准平行光束；所述光学整形透镜组件包括在激光束方向上依次呈直线排列的聚焦柱面镜、凹柱面镜、双凸球面镜以及凹球面镜，所述光学整形透镜组件用于在快轴和慢轴方向上分别调整光束方向。

作为本实用新型的进一步改进，所述聚焦柱面镜靠近BAR条端在快轴方向上呈凸面，在快轴方向上将若干个BAR条经FAC镜射出的子光束调整成不同倾角的子光束入射到凹柱面镜，所述聚焦柱面镜靠近BAR条端在慢轴方向上呈平面，用于保持BAR条经FAC镜射出的子光束在慢轴方向上的光线方向。

作为本实用新型的进一步改进，所述凹柱面镜背向BAR条端在快轴方向上呈凹面，用于在快轴方向上对经由聚焦柱面镜的光束进行扩束并增加一定量的光斑；所述凹柱面镜背向BAR条端在慢轴方向上呈平面，用于保持子光束在慢轴方向上的光线方向。

作为本实用新型的进一步改进，所述双凸球面镜以及凹球面镜组成成像透镜组，若干个BAR条发射的子光束在快轴和慢轴方向上进入双凸球面镜时发射角度近似，用于对快轴、慢轴各光束像点校正聚焦以获得最佳像点进入光纤。

作为本实用新型的进一步改进，所述FAC镜为柱型非球面凸镜，该FAC镜在靠近BAR条端呈平面状，所述FAC镜在背向BAR条端呈柱面，所述FAC镜柱面的母线与激光束方向平行。

本实用新型的有益效果为：通过将多个BAR条发射的子光束经过FAC镜准直在快轴方向上水平射出，通过以聚焦柱面镜、凹柱面镜、双凸球面镜以及凹球面镜的组合方式设置光学整形透镜组件在光路前方，实现激光束能够在快轴方向和慢轴方向同时整形校准，使得光束快轴和慢轴方向上在等效焦面上聚焦为最佳像点，进入光纤端面，完成耦合，大大提高耦合效率，并且提高了耦合后的光线质量。

附图说明

图1为本实用新型在慢轴以及快轴方向上的结构示意图。

1、BAR条；2、FAC镜；3、聚焦柱面镜；4、凹柱面镜；5、双凸球面镜；6、凹球面镜；7、光纤；8、光学整形透镜组件。

具体实施方式

下面将结合附图所给出的实施例对本实用新型做进一步的详述。

参照图1所示，本实施例公开的一种高功率半导体激光器光纤耦合装置，包括若干呈线性排列的BAR条1、FAC镜2、光学整形透镜组件8，若干个所述BAR条1作为激光器的发光单元在激光束发射的快轴方向上呈基模高斯分布阵列；若干个所述FAC镜2分别对应若干个BAR条1设于其出光端面，并且用于对激光束进行准直以输出准平行光束；所述光学整形透镜组件8包括在激光束方向上依次呈直线排列的聚焦柱面镜3、凹柱面镜4、双凸球面镜5以及凹球面镜6，所述光学整形透镜组件8用于在快轴和慢轴方向上分别调整光束方向。

本实用新型的若干个BAR条1组合为高功率的半导体激光器，再耦合到光纤7后，应用到切割、焊接、熔覆、淬火等领域，通过将BAR条呈线性排列，BAR条相互贴合，在单位面积内增加激光的功率，通过光学整形将多个BAR条1发射的激光耦合成小光斑，FAC镜作为一种准直镜固定在BAR条1的发光端面，在立体空间内BAR条1的排列方向为x轴，其排列方向与激光束的快轴方向相同，BAR条1的激光发射方向为y轴，光学整形透镜组件8的排列方向同为y轴方向，激光束的慢轴方向为z轴方向，其x、y、z轴方向在空间上呈三维分布，各个BAR条1射出的子光束在快轴方向保持平行，各个子光束呈一定角度在z轴方向上扩散，激光光束在快轴和慢轴方向上宽度不同，在通过光学整形透镜组件8整形后在等效焦面上聚焦为最佳像点，将多个子光束在快轴和慢轴方向上耦合至一个高密度的光束，现有技术中，非球面透镜相对球面镜的耦合效率较高，但是非球面镜的耦合质量不高，本实用新型通过设置多个球面镜阵列的光学整形透镜组件，在保证耦合质量的同时大大提高了激光的耦合效率，并对光斑具有均质效果，多个光斑直径为100um的光束可以通过光学整形透镜组件8整形后形成一个弥撒斑直径为135um的光斑，在耦合进直径为200um光纤7时，其效率为99％。

作为改进的一种具体实施方式，所述聚焦柱面镜3靠近BAR条1端在快轴方向上呈凸面，在快轴方向上将若干个BAR条1经FAC镜2射出的子光束调整成不同倾角的子光束入射到凹柱面镜4，所述聚焦柱面镜3靠近BAR条1端在慢轴方向上呈平面，用于保持BAR条1经FAC镜2射出的子光束在慢轴方向上的光线方向。

聚焦柱面镜3在靠近BAR条1方向侧为柱面，其柱面的母线与z轴方向平行，聚焦柱面镜3背向BAR条1方向为平面，激光束在经过聚焦柱面镜3后，在快轴方向上进行缩束，其多个子光束的组成的光斑直径在经过聚焦柱面镜3后在快轴方向上变小，在慢轴方向上光束保持方向不变，由于光束在经过FAC镜2后在慢轴方向上呈一定发散角出射，在慢轴方向上多个子光束组成的光斑直径经过聚焦柱面镜3不变，缩小光束在快轴和慢轴方向上的光斑直径差距，快轴方向上说束后的光斑直径与慢轴上近似相等。

作为改进的一种具体实施方式，所述凹柱面镜4背向BAR条1端在快轴方向上呈凹面，用于在快轴方向上对经由聚焦柱面镜3的光束进行扩束并增加一定量的光斑；所述凹柱面镜4背向BAR条1端在慢轴方向上呈平面，用于保持子光束在慢轴方向上的光线方向。

凹柱面镜4在快轴方向上有曲率，在快轴方向上对光束进行扩束，增加一定量的光斑，使得光束的光斑在快轴与慢轴方向上呈一样的发射角，方便对光束做进一步调整，使得光束在分布上更加均匀。

作为改进的一种具体实施方式，所述双凸球面镜5以及凹球面镜6组成成像透镜组，若干个BAR条1发射的子光束在快轴和慢轴方向上进入双凸球面镜5时发射角度近似，用于对快轴、慢轴各光束像点校正聚焦以获得最佳像点进入光纤7。

成像透镜组使得光束进一步聚焦，将光束缩聚到合适的光斑之间，加大进入光纤7的耦合率。

作为改进的一种具体实施方式，所述FAC镜2为柱型非球面凸镜，该FAC镜2在靠近BAR条1端呈平面状，所述FAC镜2在背向BAR条1端呈柱面，所述FAC镜2柱面的母线与激光束方向平行。

保证FAC镜2以竖直方式固定在BAR条1发光面前端，使得FAC镜2与BAR条1的发光面紧密贴紧，对光束在未扩散前在快轴方向上矫正成准直方向，在慢轴方向上以准确的角度扩散，同时对光束进行匀化。

综上所述，本实用新型公开的一种高功率半导体激光器光纤7耦合装置，其结构简单，在快慢轴两个方向上光束的均衡，其光学整形步骤少，整形效率高，大大减少了所需要的透镜组合，降低透镜组合配合的难度，间接减少了整形的误差度，叠阵通常在快轴方向，慢轴经过波谱合束后光束质量与单发光点的相同，经过慢轴柱面镜准直，输出准平行光，而快轴方向多个BAR条1先经过一快轴聚焦后，进入一组球面镜像差，同时慢轴光束也同样进入该镜组合，在等效焦面上聚焦为最佳像点，进入光纤7端面，完成耦合。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种高功率半导体激光器光纤耦合装置，其特征在于，包括若干呈线性排列的BAR条(1)、FAC镜(2)、光学整形透镜组件(8)，

若干个所述BAR条(1)作为激光器的发光单元在激光束发射的快轴方向上呈基模高斯分布阵列；

若干个所述FAC镜(2)分别对应若干个BAR条(1)设于其出光端面，并且用于对激光束进行准直以输出准平行光束；

所述光学整形透镜组件(8)包括在激光束方向上依次呈直线排列的聚焦柱面镜(3)、凹柱面镜(4)、双凸球面镜(5)以及凹球面镜(6)，所述光学整形透镜组件(8)用于在快轴和慢轴方向上分别调整光束方向。

2.根据权利要求1所述的一种高功率半导体激光器光纤耦合装置，其特征在于：所述聚焦柱面镜(3)靠近BAR条(1)端在快轴方向上呈凸面，在快轴方向上将若干个BAR条(1)经FAC镜(2)射出的子光束调整成不同倾角的子光束入射到凹柱面镜(4)，所述聚焦柱面镜(3)靠近BAR条(1)端在慢轴方向上呈平面，用于保持BAR条(1)经FAC镜(2)射出的子光束在慢轴方向上的光线方向。

3.根据权利要求2所述的一种高功率半导体激光器光纤耦合装置，其特征在于：所述凹柱面镜(4)背向BAR条(1)端在快轴方向上呈凹面，用于在快轴方向上对经由聚焦柱面镜(3)的光束进行扩束并增加一定量的光斑；所述凹柱面镜(4)背向BAR条(1)端在慢轴方向上呈平面，用于保持子光束在慢轴方向上的光线方向。

4.根据权利要求3所述的一种高功率半导体激光器光纤耦合装置，其特征在于：所述双凸球面镜(5)以及凹球面镜(6)组成成像透镜组，若干个BAR条(1)发射的子光束在快轴和慢轴方向上进入双凸球面镜(5)时发射角度近似，用于对快轴、慢轴各光束像点校正聚焦以获得最佳像点进入光纤(7)。

5.根据权利要求4所述的一种高功率半导体激光器光纤耦合装置，其特征在于：所述FAC镜(2)为柱型非球面凸镜，该FAC镜(2)在靠近BAR条(1)端呈平面状，所述FAC镜(2)在背向BAR条(1)端呈柱面，所述FAC镜(2)柱面的母线与激光束方向平行。