CN219717494U - 一种空间合束光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于激光应用技术领域，具体涉及一种空间合束光纤激光器。该激光器包括至少两个单束激光发射部件、反射棱镜、合束棱镜和耦合透镜；每个单束激光发射部件对应设置反射棱镜，每个反射棱镜反射面与合束棱镜反射面对应设置；单束激光发射部件设置在合束棱镜一侧或两侧，耦合透镜设置在合束棱镜后；设置在同一侧的反射棱镜对应合束棱镜同一反射面，且反射棱镜两两错位设置，错位距离为d，d为光束宽度的1.0倍以上；合束棱镜两侧均设置反射棱镜时，合束棱镜设置两个以上反射面。该激光器较较现有技术的激光器加工工艺更为简单；并且光线耦合率可以达到93％以上。

Description

一种空间合束光纤激光器

技术领域

本实用新型属于激光应用技术领域，具体涉及一种空间合束光纤激光器。

背景技术

激光器是激光应用领域(比如激光光纤照明、激光切割或激光手术等)中的重要器件，。在一些应用领域中，需要超大功率的激光器来满足应用需求。为了获得超大功率的激光器，存在通过激光合束制备超大功率器和制造超大功率单一激光器两种方案。

但是制造超大功率单一激光器的技术难度大，一般选择通过激光合束制备超大功率器，但是现有过激光合束制备超大功率器的加工工艺难度大。比如，现有专利CN107589498A，公开了一种将多分路半导体激光耦合进单根光纤的耦合系统，其包括半导体激光器、准直透镜、主镜、次镜、聚焦透镜和光纤；每个半导体激光器对应位置前设有准直透镜，每个半导体激光器平行准直对应主镜反射面；主镜和次镜均为反光镜，主镜中心设有供所有光束通过的孔洞；次镜设在主镜与半导体激光器之间，次镜位置与孔洞位置相对应；聚焦透镜设在主镜的出光侧，光纤入光端在聚焦透镜出光侧焦点处。

上述现有专利是通过控制准直镜、主镜和次镜的位置关系来控制激光光线进行合束，且主镜和次镜均为曲面镜，加工工艺难度大。因此，开发一种加工工艺难度小的空间合束光纤激光器是有必要的。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型目的在于提供一种空间合束光纤激光器，通过交错设置各路光源的反射棱镜，将各路光源通过反射棱镜反射后，经合束棱镜合束，耦合透镜耦合后导入光纤达到空间激光光线合束的目的，棱镜加工工艺较现有技术的曲面镜加工工艺更为简单。

为了达到上述目的，可以采用以下技术方案：

本实用新型提供一种空间合束光纤激光器，包括：该激光器包括至少两个单束激光发射部件、反射棱镜、合束棱镜和耦合透镜；每个单束激光发射部件对应设置反射棱镜，每个反射棱镜反射面与合束棱镜反射面对应设置；单束激光发射部件设置在合束棱镜一侧或两侧，耦合透镜设置在合束棱镜后；设置在同一侧的反射棱镜对应合束棱镜同一反射面，且反射棱镜两两错位设置，错位距离为d，d为光束宽度的1.0倍以上；合束棱镜两侧均设置反射棱镜时，合束棱镜设置两个以上反射面。

本空间合束光纤激光器在使用时，各路单束激光发射部件的激光(该激光是激光源聚焦，准直后的激光)发射到对应的反射棱镜，反射棱镜的反射面将光线垂直反射到合束棱镜的反射面，合束棱镜反射面将光线发射到耦合透镜进行耦合；另外，为了设置在合束棱镜同一侧的单束激光发射部件发射的光线反射后相互不影响，单束激光发射部件发射的光线对应的反射棱镜两两需要错开设置，错开设置的距离为光束宽度的1.0倍以上，如此离合束棱镜近的反射棱镜不会影响离合束棱镜远的反射棱镜的反射光投射到合束棱镜；除此之外，合束棱镜的两侧均设置反射棱镜时，合束棱镜需要设置两个以上反射面，以供两侧的反射棱镜的反射光进行反射。

本实用新型有益效果包括：本实用新型提供的空间合束光纤激光器较现有技术相比，本实用新型中的合束通过不同反射棱镜和一个合束棱镜完成，而现有技术中通过两个曲面反射镜完成，本实用新型的棱镜的加工工艺比较现有技术中的曲面镜加工工艺更为简单；并且光线耦合率可以达到93％以上。

附图说明

图1为本发明实施例的空间合束光纤激光器；

图中，1：单束激光发射部件；11：激光芯片；12：聚焦透镜；13：快轴透镜；14：慢轴透镜；2：反射棱镜；3：合束棱镜；4：耦合透镜；5：光纤。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供一种空间合束光纤激光器，包括：至少两个单束激光发射部件1、反射棱镜2、合束棱镜3和耦合透镜4；每个单束激光发射部件1对应设置反射棱镜2，每个反射棱镜2反射面与合束棱镜3反射面对应设置；单束激光发射部件1设置在合束棱镜3一侧或两侧，耦合透镜4设置在合束棱镜3后；设置在同一侧的反射棱镜2对应合束棱镜3同一反射面，且反射棱镜2两两错位设置，错位距离为d，d为光束宽度的1.0倍以上；合束棱镜3两侧均设置反射棱镜2时，合束棱镜3设置两个以上反射面。

本空间合束光纤激光器在使用时，各路单束激光发射部件1的激光(该激光是激光芯片发射，聚焦透镜聚焦，准直镜准直后的激光)发射到对应的反射棱镜2，反射棱镜2的反射面将光线垂直反射到合束棱镜3的反射面，合束棱镜3反射面将光线发射到耦合透镜4进行耦合；另外，为了设置在合束棱镜3同一侧的单束激光发射部件1发射的光线反射后相互不影响，单束激光发射部件1发射的光线对应的反射棱镜2两两需要错开设置，错开设置的距离为光束宽度的1.0倍以上，如此离合束棱镜3近的反射棱镜2不会影响离合束棱镜3远的反射棱镜2的反射光投射到合束棱镜3；除此之外，合束棱镜3的两侧均设置反射棱镜2时，合束棱镜3需要设置两个以上反射面，以供两侧的反射棱镜2的反射光进行反射。

还需要说明的是，本实用新型中术语“对应设置”指的是光线发射出来的方向与接受面接受光线后反射出的光线方向垂直，比如每个单束激光发射部件1对应设置反射棱镜2指的是每个单束激光发射部件1发射的激光方向与反射棱镜2反射面接收到光线后反射出的光线方向垂直；再比如每个反射棱镜2反射面与合束棱镜3反射面对应设置指的是，反射棱镜2反射面发射出的光线方向与合束棱镜3反射面接收到光线后反射出的光线方向垂直。

还需要说明的是，合束棱镜3的反射面数量可以根据单束激光发射部件1的位置进行设置，若单束激光发射部件1设置在合束棱镜3的同一侧，则合束棱镜3的反射面可以仅设置一面，且与反射棱镜2的反射面对应设置，使得反射棱镜2反射面反射的光线可以和经合束棱镜3反射面反射光线的方向垂直；另外，若单束激光发射部件1设置在合束棱镜3的量侧，则合束棱镜3的反射面需要设置两面，两面的反射面分别与两侧的反射棱镜2的反射面对应设置，使得两侧的反射棱镜2反射面反射的光线方向均可以和其经合束棱镜3反射面反射光线的方向垂直。

优选地，错位距离d可以为光束宽度的1.0倍-1.2倍。需要说明的是，错位距离是为了使离合束棱镜3远的光线不会受到离合束棱镜3近的光线的影响，所以错位距离仅需要大于等于光束宽度即可，但是为了减少激光器的体积，错位距离可优选为光束宽度的1.0倍-1.2倍，即可以保证反射光线不会相互影响，也不会使得激光器体积过大。

优选地，上述合束棱镜3可以为直角棱镜，两直角面为工作面。

优选地，参照图1，合束棱镜3两侧分别设置两个单束激光发射部件1和两个反射棱镜2，即合束棱镜3放在准直光路后中间，合束棱镜3由直角棱镜组成，四路光束射向放在中间合束棱镜3的两直角面，转折90°横向距离拉近很多，接近一束光斑，完成合束。另外，单束激光发射部件1的数量可以根据具体需要的最终激光功率进行设置。除此之外，本实用新型把4路激光光线耦合后会具有4倍单路的功率，有相比单路有更高的亮度和功率，减少了光纤铺设和终端光纤灯的安装数量，单路只能做到5W功率，本使用新型4路可以做18W以上功率，在现场同样照度下减少3.5倍以上的光纤和光纤灯安装量，有效率降低安装成本和安装复杂度。

优选地，上述耦合透镜4的焦距可以为3mm-15mm，比如5nm、7nm、9nm、11nm或13nm等。耦合透镜4的焦距过短，不便于激光器的加工，焦距太长，不利于聚光，且激光器的体积较大。

优选地，上述单束激光发射部件1可以包括激光芯片11、聚焦透镜12、快轴透镜13和慢轴透镜14，激光芯片11、聚焦透镜12、快轴透镜13和慢轴透镜14沿着光线的方向依次设置。

优选地，上述聚焦透镜可以为双凸非透镜面镜，焦距为0.8mm-2.5mm，比如1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2.1mm或2.3mm等；前工作距离可以为1.3mm-2mm，比如1.5mm、1.7nm或1.9mm等；后工作距离可以为1mm-3mm，比如1.5mm、2mm或3mm。本实用新型空间合束光纤激光器选择双凸非透镜面镜以及选择合适的焦距和工作距离，是为了尽可能在最大聚光的基础上，减少聚焦透镜的占位体积，从未不至于使得激光器体积过大。

优选地，上述快轴透镜13可以选择非透镜面柱面镜，其焦面放在聚焦透镜12后聚光点上，其焦距为0.3mm-1mm，比如0.5mm、0.7mm或0.9mm等。另外，优选地，慢轴透镜14可以选择柱面镜，其焦面放在聚焦透镜12后聚光点上，其焦距可以为3mm-10mm，比如4mm、5mm或7mm等。为了上述激光器在保证光线准直效果好的基础下体积不会太大，选择焦距为0.3mm-1mm的非透镜面柱面镜和焦距为3mm-10mm的柱面镜分别作为快慢轴镜对光线进行准直。

优选地，上述空间合束光纤激光器还包括光纤5，光纤5的前端面设置在耦合透镜4焦点上，光纤5纤芯直径可以为50um-800um，数值孔径从0.1-0.45；激光光线经耦合透镜4耦合后导入光纤中进行后续使用。

应当理解的是，上述的空间合束光纤激光器除了包括上述的器件外，还包括外壳，或者固定上述各器件的卡槽或者固定部件。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围。

Claims (10)

1.一种空间合束光纤激光器，其特征在于，包括：至少两个单束激光发射部件(1)、反射棱镜(2)、合束棱镜(3)和耦合透镜(4)；每个单束激光发射部件(1)对应设置反射棱镜(2)，每个反射棱镜(2)反射面与合束棱镜(3)反射面对应设置；单束激光发射部件(1)设置在合束棱镜(3)一侧或两侧，耦合透镜(4)设置在合束棱镜(3)后；设置在同一侧的反射棱镜(2)对应合束棱镜(3)同一反射面，且反射棱镜(2)两两错位设置，错位距离为d，d为光束宽度的1.0倍以上；合束棱镜(3)两侧均设置反射棱镜(2)时，合束棱镜(3)设置两个以上反射面。

2.根据权利要求1所述的空间合束光纤激光器，其特征在于，合束棱镜(3)为直角棱镜，两直角面为工作面。

3.根据权利要求1或2所述的空间合束光纤激光器，其特征在于，d为光束宽度的1.0倍-1.2倍。

4.根据权利要求1至2中任一项权利要求所述的空间合束光纤激光器，其特征在于，单束激光发射部件(1)包括激光芯片(11)、聚焦透镜(12)、快轴透镜(13)和慢轴透镜(14)，激光芯片(11)、聚焦透镜(12)、快轴透镜(13)和慢轴透镜(14)沿着光线的方向依次设置。

5.根据权利要求4所述的空间合束光纤激光器，其特征在于，聚焦透镜(12)为双凸非透镜面镜，焦距为0.8mm-2.5mm，前工作距离为1.3mm-2mm，后工作距离为1mm-3mm。

6.根据权利要求4所述的空间合束光纤激光器，其特征在于，快轴透镜(13)选择非透镜面柱面镜，其焦面放在聚焦透镜(12)后聚光点上，其焦距为0.3mm-1mm。

7.根据权利要求4所述的空间合束光纤激光器，其特征在于，慢轴透镜(14)选择柱面镜，其焦面放在聚焦透镜(12)后聚光点上，其焦距为3mm-10mm。

8.根据权利要求1、2、5、6或7中任一项权利要求所述的空间合束光纤激光器，其特征在于，耦合透镜(4)的焦距为3mm-15mm。

9.根据权利要求1、2、5、6或7所述的空间合束光纤激光器，其特征在于，还包括光纤(5)，光纤(5)的前端面设置在耦合透镜(4)焦点上。

10.根据权利要求9所述的空间合束光纤激光器，其特征在于，光纤(5)纤芯直径为50um-800um，数值孔为0.1-0.45。