CN207882483U - 一种光纤及激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及光纤激光设备技术领域，公开了一种光纤及激光器。其中，所述光纤包括内包层和外包层，所述内包层的横截面为多边形，所述内包层设有收容腔，所述外包层套设于所述内包层；所述内包层的折射率大于所述外包层的折射率。通过以上方式，本实用新型实施例能够输出均匀光强，使整个视场范围内光亮度一致。

Description

一种光纤及激光器

技术领域

本实用新型涉及光纤激光设备技术领域，具体涉及一种光纤及激光器。

背景技术

主动红外技术是安防监控的重要手段之一。市场上的主动红外照明主要分为LED照明和激光照明两类，LED照明由于受光源亮度的限制，难以实现远距离的夜视监控，而激光照明的监控距离和照明亮度都远远超过LED照明，性能更加优越。

目前，激光照明通常采用光纤耦合半导体激光器。如图1所示，图1为一种典型的光纤耦合半导体激光器的结构示意图，该光纤耦合半导体激光器10包括若干激光单元1、聚焦透镜2和单包层光纤3。其中，每一激光单元1包括：半导体激光芯片11、快轴准直镜12、慢轴准直镜13和反射镜14。每一相邻激光单元1间保持一固定的高度差。各个半导体激光芯片11的输出激光分别经过快轴准直镜12、慢轴准直镜13和反射镜14，然后空间叠加成激光，经过聚焦透镜2聚焦后耦合进单包层光纤3。其中，如图2所示，单包层光纤3包括：纤芯31、包层32和涂覆层33。当激光被耦合进入纤芯31，由于纤芯31的折射率大于包层32的折射率，激光在纤芯31中传输。涂覆层33用于提高光纤的可弯曲特性和抗拉强度。该光纤耦合半导体激光器的强度分布如图3所示，呈中间强两边弱的高斯分布。当用高斯分布的光作为红外照明时照明光线也呈中间强两边弱，整个视场范围内亮度不一致，会缩短红外探测的距离，降低分辨率，用夜视仪观测的时候视场呈雪花状。

在实现本申请的过程中，发明人发现相关技术存在以上的技术问题：相关技术的激光器无法输出均匀光强。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种光纤及激光器，能够输出均匀光强。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种光纤，包括内包层和外包层，所述内包层的横截面为多边形，所述内包层设有收容腔，，所述外包层套设于所述内包层；所述内包层的折射率大于所述外包层的折射率；

在一些实施例中，所述内包层与所述外包层紧密贴合。

在一些实施例中，所述光纤还包括纤芯，所述纤芯收容于所述收容腔，所述纤芯的折射率小于所述内包层的折射率。

在一些实施例中，所述光纤还包括保护层，所述保护层涂覆设于所述外包层。

在一些实施例中，所述光纤还包括增透膜，所述增透膜设于所述光纤的入射端面。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例还提供一种激光器，包括：激光单元、聚焦透镜和上述的光纤；所述激光单元用于产生激光；所述聚焦透镜设于所述激光单元与所述光纤之间，所述聚焦透镜用于使所述激光会聚后进入所述光纤的内包层；所述光纤用于使所述激光输出均匀光强的激光。

在一些实施例中，所述激光单元的数量为若干，相邻所述激光单元之间的高度差相等。

在一些实施例中，所述激光单元包括激光芯片和光耦合阵列，所述激光芯片与所述光耦合阵列的位置相对应，所述光耦合阵列用于将所述激光芯片发出的光束耦合成所述激光。

在一些实施例中，所述光耦合阵列包括快轴准直透镜、慢轴准直透镜和反射镜，所述激光芯片发出的光束依次经过所述快轴准直透镜和所述慢轴准直透镜准直后，然后通过所述反射镜反射后形成所述激光。

在一些实施例中，所述激光器还包括滤波片，所述滤波片设于所述激光单元和所述聚焦透镜之间。

本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况下，本实用新型实施例通过提供一种光纤及激光器，该光纤通过设置内包层的横截面为多边形，在内包层设置收容腔，并且使内包层的折射率大于外包层的折射率，以使激光进入光纤后在内包层传输，并实现激光的传输模式混合，从而输出均匀光强。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为一种典型的光纤耦合半导体激光器结构示意图；

图2为图1所示的单包层光纤的结构示意图；

图3为图1所示的光纤耦合半导体激光器的强度分布示意图；

图4为本实用新型其中一实施例提供的光纤的结构示意图；

图5为本实用新型其中一实施例提供的光纤的另一角度结构示意图；

图6为图4所示的光纤的强度分布示意图；

图7为本实用新型另一实施例提供的激光器的结构示意图；

图8为本实用新型又一实施例提供的激光器的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图4，图4为本实用新型其中一实施例提供的光纤的结构示意图。如图4和图5所示，光纤10包括纤芯11、内包层12、外包层13、保护层14和增透膜15。

纤芯11为圆柱体形状，由玻璃材料制备而成，例如二氧化硅、氟玻璃等等。纤芯11可以掺杂增益介质，增益介质是指能够产生光场、并能够使光场受激放大的粒子或元素，例如：铒、镱、铥、钬、镨、铷、铋等，增益介质能够通过吸收泵浦光，在特定两个能级之间实现粒子数反转，并利用粒子在这两个能级之间的受激跃迁过程产生激光，在产生激光的同时，能够基于量子亏损效应产生热量。同时，可以根据需要选择掺杂的增益介质使得纤芯11对特定波段的激光无吸收作用。纤芯11的直径可以为10-25微米，当然，在一些其他实施例中，纤芯11的直径也可以小于10微米或者大于25微米，可以根据需求进行选择。纤芯11收容于内包层12，与内包层12紧密贴合。纤芯11的折射率小于内包层12的折射率，使得激光不进入纤芯11。

内包层12的横截面为多边形，由玻璃材料制备而成，例如二氧化硅、氟玻璃等等。内包层12的最大直径可以为250-450微米，当然，在一些其他实施例中，内包层12的最大直径也可以小于250微米或者大于450微米，可以根据实际需求进行选择。内包层12设有收容腔(未标示)，收容腔的横截面为圆形，纤芯11收容于收容腔，并且纤芯11与收容腔的内壁紧密贴合。

可以理解的是，在一些其他实施例中，内包层12的横截面还可以为D型、椭圆形等等，只要能够使光纤10中传输的光的传输模式被充分混合即可。

可以理解的是，在一些其他实施例中，内包层12的收容腔的横截面还可为椭圆形、多边形等形状。

外包层13由玻璃材料制备而成，例如二氧化硅、氟玻璃等等。外包层13的外径可以为300-500微米，当然，在一些其他实施例中，外包层13的外径也可以小于300微米或者大于500微米，可以根据实际需求进行选择。外包层13套设于内包层12，并且与内包层12紧密贴合。外包层13的折射率小于内包层12的折射率，使得入射激光进入内包层12后，在内包层12和外包层13的界面处被反射，从而使激光在内包层12中传输。

保护层14为聚合物材料制备而成，例如由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙等组成的弹性涂料。保护层14涂覆设于外包层13，用于保护光纤10不受外力伤害，使光纤10能够弯曲而不至于断裂。

请一并参阅图5，增透膜15的材料可以为氟化镁、氧化钛、硫化铅、硒化铅以及陶瓷红外光红外增透膜、乙烯基倍半硅氧烷杂化膜等。增透膜15通过干涉原理，使膜的前表面和膜的后表面的光发生干涉，以减少反射光的强度，增加透射光的强度。在本实施例中，增透膜15设于光纤11的入射端面，其中，入射端面为激光进入光纤的横截面，增透膜15用于使特定波段的激光进入光纤10。

传统的光纤内包层的截面为圆形，纤芯的折射率大于内包层的折射率，内包层的折射率大于外包层的折射率。当激光入射到光纤时，激光在光纤中传输过程中角度基本不发生改变，即激光的入射角度与出射角度基本相同。在本实施例中，请再参阅图4，由于纤芯11的折射率小于内包层12的折射率，外包层13的折射率小于内包层12的折射率，使得激光只能在内包层12中传输，激光在内包层12和外包层13的界面处被全反射，又因为内包层12的多边形结构，使激光入射到内包层12的激光反射角被打乱，从而激光的传输模式被混合，激光在内包层12均匀分布，从而输出均匀光强。最终输出的激光的强度分布示意图如图6所示。

在本实施例中，光纤10的参数可以为：纤芯11的直径为20微米，纤芯11中掺杂有镱离子，使得纤芯11在808纳米波段无吸收。内包层12的横截面为正六边形，其直径为250微米。外包层13的直径为395微米。增透膜15为808纳米增透膜，使得808纳米波段的光进入光纤10中。光纤10的长度约为5米。

可以理解的是，在一些其他实施例中，纤芯11可以省略，内包层12的收容腔中可以为空气，由于空气的折射率小于内包层12的折射率，因此当纤芯11省略时，仍能够使激光在内包层12中传输。

可以理解的是，在一些其他实施例中，保护层14可以省略，当光纤11应用于不容易损坏的特定场合时，可以省略保护层14。

可以理解的是，在一些其他实施例中，当入射光的波长一定时，增透膜15可以省略。或者，增透膜15可以用其他装置代替，例如在光纤10前加装能够筛选出特定波段光的装置。

本实用新型实施例中的光纤10包括纤芯11、内包层12、外包层13、保护层14和增透膜15，通过设置内包层12的横截面为多边形，在内包层12设置收容腔，并且使内包层12的折射率大于外包层13的折射率，以使激光进入光纤10后在内包层12传输，并实现激光的传输模式混合，从而输出均匀光强。

请参阅图7，图7为本实用新型另一实施例提供的激光器的结构示意图。如图7所示，该激光器200包括光纤10、激光单元20和聚焦透镜30。聚焦透镜30设于激光单元20和光纤10之间，激光单元20用于产生激光，聚焦透镜30用于使激光单元20产生的激光会聚后进入光纤10的内包层12，光纤10用于使该激光输出均匀光强的激光。

其中，光纤10与上述实施例中的光纤10结构相同，此处不再赘述。

激光单元20包括激光芯片21和光耦合阵列22，激光芯片21为半导体激光芯片，半导体激光芯片为用半导体材料产生激光的芯片，其效率高、体积小、重量轻且价格低。光耦合阵列22包括快轴准直透镜221、慢轴准直透镜222和反射镜223，快轴准直透镜221为非球面柱透镜，慢轴准直透镜222为球面柱透镜，反射镜223镀有高反射率介质膜(未标示)，能够提高对光的反射率。激光芯片21与光耦合阵列22的位置相对应，激光芯片21产生激光后，激光依次经过快轴准直透镜221和慢轴准直透镜222实现准直后，入射到反射镜223，经过反射镜223反射进入聚焦透镜30。其中，激光单元20的数量为若干，并且相邻激光单元20之间的高度差相等。

聚焦透镜30将激光单元20输出的激光聚焦成一路激光，并耦合进入光纤10的内包层12，从而输出均匀光强的激光。

在本实施例中，激光器200的参数可以为：激光单元20的数量为8，相邻激光单元20之间的高度差为0.35毫米。激光芯片21的输出功率为5瓦，输出波长为808纳米，慢轴方向发光区为100微米，发散角为8°，快轴方向发光区为1微米，发散角为28°。光耦合阵列22的快轴准直透镜221为焦距为0.3毫米的非球面柱透镜，慢轴准直透镜222为焦距为10毫米的球面柱透镜，反射镜223对808纳米的反射率大于99.5％。聚焦透镜30的焦距为11毫米。

在本实施例中，各个激光芯片21输出808纳米激光，激光依次经过相应的快轴准直透镜221和慢轴准直透镜222实现准直后，以入射角为45±3°的角度入射到反射镜223，反射镜223将8路激光叠加，并且确保各路激光的指向性一致，以使其入射到聚焦透镜30，聚焦透镜30将反射镜223反射的激光聚焦，然后耦合进光纤10的内包层12中，由于内包层12的多边形结构使激光的反射角被打乱，从而使激光模式被混合，激光在内包层12均匀分布传输，最终输出功率约为36瓦，强度均匀分布的激光束，从而能够满足激光照明中均匀照明的需求。

可以理解的是，在一些其他实施例中，请一并参阅图8，为避免输出至光纤10的激光返回，对激光单元20造成损伤，激光器200还包括滤波片40。滤波片40设于激光单元20和聚焦透镜30之间，具体地，滤波片40位于反射镜223和聚焦透镜30之间。可选地，滤波片40为防止808纳米激光穿透的滤波片，以避免泵浦时激发的808激光沿原路返回损伤激光芯片21。

本实用新型实施例中的激光器200包括光纤10、激光单元20和聚焦透镜30，激光单元20产生的激光准直后进入聚焦透镜30进行聚焦，并使其进入光纤30的内包层12，激光在内包层12实现模式混合传输，从而输出均匀光强的激光。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光纤，其特征在于，包括内包层和外包层，所述内包层的横截面为多边形，所述内包层设有收容腔，所述外包层套设于所述内包层；

所述内包层的折射率大于所述外包层的折射率。

2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述内包层与所述外包层紧密贴合。

3.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤还包括纤芯，所述纤芯收容于所述收容腔，所述纤芯的折射率小于所述内包层的折射率。

4.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤还包括保护层，所述保护层涂覆设于所述外包层。

5.根据权利要求1-4任一项所述的光纤，其特征在于，所述光纤还包括增透膜，所述增透膜设于所述光纤的入射端面。

6.一种激光器，其特征在于，包括：激光单元、聚焦透镜和权利要求1-5任一项所述的光纤；

所述激光单元用于产生激光；

所述聚焦透镜设于所述激光单元与所述光纤之间，所述聚焦透镜用于使所述激光会聚后进入所述光纤的内包层；

所述光纤用于使所述激光输出均匀光强的激光。

7.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述激光单元的数量为若干，相邻所述激光单元之间的高度差相等。

8.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述激光单元包括激光芯片和光耦合阵列，所述激光芯片与所述光耦合阵列的位置相对应，所述光耦合阵列用于将所述激光芯片发出的光束耦合成所述激光。

9.根据权利要求8所述的激光器，其特征在于，所述光耦合阵列包括快轴准直透镜、慢轴准直透镜和反射镜，所述激光芯片发出的光束依次经过所述快轴准直透镜和所述慢轴准直透镜准直后，然后通过所述反射镜反射后形成所述激光。

10.根据权利要求6-9任一项所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括滤波片，所述滤波片设于所述激光单元和所述聚焦透镜之间。