CN208766318U - 一种像散补偿的衍射极限耦合透镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种像散补偿的衍射极限耦合透镜，包括激光二极管以及用于整合激光二极管所发射激光的耦合透镜，所述的耦合透镜为柱面镜，耦合透镜的尾端加工为曲面，经过耦合透镜整合后的光束能够耦合进入光纤。所述的耦合透镜采用梯度折射率材料加工而成。所述耦合透镜尾端的曲面在水平与垂直方向上的曲率不同。本实用新型将组合透镜与单透镜两种耦合系统的耦合优点集于一身，代替了传统透镜的耦合方法，设计巧妙合理，在不增加透镜数量的情况下，既解决了组合透镜难调整的缺点，改善了像散、球差等像差，又有效提高了透镜的耦合效率，提高了实用性，可靠性和稳定性。

Description

一种像散补偿的衍射极限耦合透镜

技术领域

本实用新型涉及光电耦合装置，具体涉及一种像散补偿的衍射极限耦合透镜。

背景技术

半导体激光二极管LD是光纤耦合系统中最重要的一种光源，但LD输出光的光束主要有以下缺陷：(1)近场分布不对称，平行于p-n结的结平面方向束宽大于垂直方向束宽；(2) 远场光斑并不是呈现标准圆形，而是椭圆形，垂直方向束宽大于平行方向；(3)具有很大的光束发散角度，平行方向半角θ∥有10°～20°，垂直方向半角θ⊥则达到30°～40°。因此LD 与光纤耦合的难度要比固体及气体激光器大得多。传统耦合方式采用各种透镜变换耦合系统来提高光纤耦合效率，一般的耦合方法有两种：一种是直接耦合，另一种是透镜耦合。

直接耦合的方法是将光纤直接和光源对准，在光纤后设置接收屏，直接探测接收到的光功率，这种耦合方法结构简单，成本低廉，但是这种方法获得的耦合效率，可以预见，一般是很低的。透镜耦合系统的方法，是在光源与光纤之间插入一种透镜系统，从而可以对光源发出的光束进行变换。例如变换数值孔径、校正光束波前，或光源发出光束的光斑尺寸，减小像差等，使得通过透镜后的光束能够和光纤的尺寸相匹配，耦合效率得到有效提升。

比较常用的透镜耦合变换的系统有：(1)单透镜。由一个单独的透镜来完成高斯光束的变换，目前己经广泛应用在半导体激光器到光纤耦合的有球透镜、自聚焦透镜和平凸透镜三种。自聚焦透镜数值孔径相对较大，对降低光束传播损耗非常有用。在安装调配上，相对于球透镜的固定，自聚焦透镜的固定更加简单，而且自聚焦透镜可以通过水平端面完成聚焦等对光束的汇聚作用，这是球透镜所不能达到的。一般的透镜在压缩束宽的时候，会增大发散角，由于自聚焦透镜的折射率沿半径方向按一定规律渐变，可使球差，像散等像差同时得到校正。并且同一般透镜相比，在减小束腰半径所引起的增大发散角，自聚焦透镜所引起的增大发散角程度要比透镜小得多。所以目前耦合透镜中，自聚焦透镜是非常热门的一种透镜，受到广泛关注。(2)组合透镜。由两个或多个透镜组合构成。组合透镜最大的优点在于可以按照系统需求，合理选择不同的透镜组合形式，但是多透镜组合的缺点在于调整要比单透镜困难的多，并且组合透镜对实验平台的精度要求很高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种像散补偿的衍射极限耦合透镜，将组合透镜与单透镜两种耦合系统的耦合优点集于一身，易于调整，耦合效率高。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

包括激光二极管以及用于整合激光二极管所发射激光的耦合透镜，所述的耦合透镜为柱面镜，耦合透镜的尾端加工为曲面，经过耦合透镜整合后的光束能够耦合进入光纤。

所述的耦合透镜采用梯度折射率材料加工而成。

所述耦合透镜尾端的曲面在水平与垂直方向上的曲率不同。

所述的光纤与激光二极管均采用标准件，光纤的直径为1.8mm。

激光二极管的出口设置第一探测器，光纤前后分别设有第二探测器与第三探测器。

所述的耦合透镜与激光二极管之间的距离为1.1m。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：激光二极管发出的激光经过耦合透镜整合光束后进入光纤，耦合透镜总体为柱面镜，尾端为一特殊曲面，特殊曲面能够有效处理二极管光源快轴与慢轴发散角不同的情况。本实用新型整合了上述两种耦合方式，将组合透镜与单透镜两种耦合系统的耦合优点集于一身，代替了传统透镜的耦合方法，设计巧妙合理，在不增加透镜数量的情况下，既解决了组合透镜难调整的缺点，改善了像散、球差等像差，又有效提高了透镜的耦合效率，提高了实用性，可靠性和稳定性。

进一步的，本实用新型耦合透镜采用梯度折射率材料加工而成，尾端的曲面在水平与垂直方向上的曲率不同，折射率沿半径方向按一定规律渐变，能使球差、像散等像差同时得到校正，有效减小束腰半径所引起的发散角增大及耦合透镜所引起的发散角增大程度。

附图说明

图1本实用新型的整体结构示意图；

图2本实用新型耦合透镜的结构示意图；

图3本实用新型YZ面NSC三维布局示意图；

图4本实用新型XZ面NSC三维布局示意图；

图5第一探测器显示画面；

图6第二探测器显示画面；

图7第三探测器显示画面；

附图中：1-激光二极管；2-第一探测器；3-耦合透镜；4-第二探测器；5-光纤；6-第三探测器；21-耦合透镜柱身；22-耦合透镜尾端曲面。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

参见图1-2，本实用新型像散补偿的衍射极限耦合透镜，包括激光二极管1以及用于整合激光二极管1所发射激光的耦合透镜3，耦合透镜3为柱面镜，耦合透镜3的尾端加工为曲面，经过耦合透镜3整合后的光束能够耦合进入光纤5。耦合透镜3采用梯度折射率材料加工而成，耦合透镜3尾端的曲面在水平与垂直方向上的曲率不同。

耦合透镜3的耦合透镜柱身21数值孔径相对较大，对降低光束传播损耗非常有用。而耦合透镜尾端曲面22有效的处理了二极管光源快轴与慢轴发散角不同的情况

光纤5与激光二极管1均采用标准件，光纤5的直径为1.8mm。图3所示为激光二极管1快轴发光方向示意图，由于激光二极管1光源快轴和慢轴的发散角不一样，所以不同角度的光路图不同。图4所示为激光二极管1慢轴方向光路示意图，明显比快轴方向要窄。

参见图5，第一探测器2的探测范围为从光源发出的全部光线，即光源发出光的总功率，激光二极管光源快轴和慢轴的发散角不一样，导致光斑形状为椭圆，存在较严重像差，光束质量不好。参见图6，第二探测器4的探测范围为经耦合透镜3整合后的光，此时功率微微小于总功率，光斑形状为椭圆，略接近圆。但是比起光源光斑，经耦合透镜整合后，像差有很明显的改善，光束质量有较高提升。参见图7，第三探测器6的探测范围为经光纤5传输后的光，即接收处的功率，光斑形状接近圆。结合实际生产需求，耦合透镜3材料使用与常用透镜SLW-1.8相同的材料，与光源距离为1.1mm，经计算耦合效率为97.76％，耦合效率很高。由于激光二极管1的快轴发散角比较大，导致耦合透镜3不能耦合全部的光源光束，相当于舍弃一部分光，致使耦合效率低于理论水平，否则，效率还可以更高。

Claims (6)

1.一种像散补偿的衍射极限耦合透镜，其特征在于：包括激光二极管(1)以及用于整合激光二极管(1)所发射激光的耦合透镜(3)，所述的耦合透镜(3)为柱面镜，耦合透镜(3)的尾端加工为曲面，经过耦合透镜(3)整合后的光束能够耦合进入光纤(5)。

2.根据权利要求1所述像散补偿的衍射极限耦合透镜，其特征在于：所述的耦合透镜(3)采用梯度折射率材料加工而成。

3.根据权利要求2所述像散补偿的衍射极限耦合透镜，其特征在于：耦合透镜(3)尾端的曲面在水平与垂直方向上的曲率不同。

4.根据权利要求1所述像散补偿的衍射极限耦合透镜，其特征在于：所述的光纤(5)与激光二极管(1)均采用标准件，光纤(5)的直径为1.8mm。

5.根据权利要求1所述像散补偿的衍射极限耦合透镜，其特征在于：激光二极管(1)的出口设置第一探测器(2)，光纤(5)前后分别设有第二探测器(4)与第三探测器(6)。

6.根据权利要求1所述像散补偿的衍射极限耦合透镜，其特征在于：所述的耦合透镜(3)与激光二极管(1)之间的距离为1.1m。