PL217893B1

PL217893B1 - Sposób i urządzenie do wprowadzania do jednego światłowodu światła laserowego pochodzącego z co najmniej dwóch źródeł laserowych

Info

Publication number: PL217893B1
Application number: PL389247A
Authority: PL
Inventors: Witold Trzeciakowski
Original assignee: Inst Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk; Witold Trzeciakowski
Priority date: 2009-10-10
Filing date: 2009-10-10
Publication date: 2014-08-29
Also published as: PL389247A1; WO2011043682A4; EP2486436B1; US9223123B2; WO2011043682A3; EP2486436A2; WO2011043682A2; US20120301076A1

Abstract

Wynalazek polega na przepuszczeniu wiązki laserowej (3) z każdego ze źródeł laserowych (1) przez jego indywidualny pierwszy układ optyczny (4), jednokrotnym odbiciu tej wiązki (3) od zasadniczo płaskiej indywidualnej powierzchni (7) odbijającej w stronę powierzchni wejściowej (10') światłowodu (10) i skupieniu tej wiązki (3) wspólnym drugim układem optycznym (9) na powierzchni wejściowej światłowodu (10). Wiązki laserowe (3) wychodzą z modułów laserowych (1) zawierających po jednym źródle laserowym umieszczonym w indywidualnej obudowie (2) modułu, z którą połączony jest w stałej pozycji względem tej obudowy (2) pierwszy układ optyczny (4). Obudowę (2) każdego modułu laserowego (1) montuje się w uchwycie. Drugi układ optyczny (9) umieszcza się bezpośrednio przed powierzchnią wejściową (10') światłowodu (10). Oś (12) każdego pierwszego układu optycznego (3) tworzy z osią (13) drugiego układu optycznego (9) kąt (α) wynoszący od 45 (α') do 145 stopni (α"). Indywidualne powierzchnie odbijające (7) znajdują się albo na ukośnych ścięciach prętów, których osie są równoległe do osi optycznej (13) drugiego układu optycznego (9) albo powierzchniach bocznych ostrosłupa prawidłowego, którego liczba boków podstawy jest równa liczbie modułów laserowych (1), przy czym oś optyczna (13) drugiego układu optycznego (9) przechodzi przez wierzchołek i środek podstawy tego ostrosłupa.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wprowadzania do jednego światłowodu światła laserowego pochodzącego z co najmniej dwóch źródeł laserowych.

Znanych jest wiele sposobów wprowadzania światła laserowego do światłowodu. W przypadku półprzewodnikowych diod laserowych najprostszym rozwiązaniem jest tzw. „butt coupling” czyli mechaniczne zamocowanie końcówki światłowodu w pobliżu lustra lasera, ujawnione przykładowo w amerykańskich opisach patentowych numer US 4 837 768 i US 4 807 956 oraz w japońskiej publikacji JP 60123077 A.

Lepsze sprzężenie optyczne uzyskuje się poprzez skupienie światła laserowego na końcówce światłowodu za pomocą soczewek. Światło lasera emitującego wiązkę równoległą można w prosty sposób skupić na światłowodzie za pomocą jednej soczewki. Światło emitowane przez diodę laserową skupia się przy użyciu kilka soczewek cylindrycznych i sferycznych, co ujawniono między innymi w amerykańskim opisie patentowym US 6 768 593. Światło diody laserowej można także skupić na końcówce lasera za pomocą lustra sferycznego w sposób ujawniony w amerykańskim opisie patentowym US 4 902 093.

Znanych jest również szereg rozwiązań wprowadzania do tego samego światłowodu światła laserowego z kilku źródeł. Przykładowo, dla dwóch laserów, dwie równoległe wiązki laserowe o prostopadłych polaryzacjach „nakłada się na siebie” przy użyciu tzw. kostki polaryzującej (ang. polarizing beamsplitter). W przypadku konieczności użycia więcej niż dwóch źródeł światła laserowego można zastosować rozwiązanie znane z międzynarodowej publikacji patentowej WO 2005/041262. W rozwiązaniu tym każde ze źródeł sprzęga się z odrębnym światłowodem, na przykład jedną z metod opisanych powyżej, a następnie wiązkę tych światłowodów sprzęga się z jednym większym światłowodem.

Dla uzyskania w światłowodzie wysokiej mocy promieniowania najczęściej sprzęga się z nim tzw. linijkę laserową (ang. laser bar) albo matrycę laserową (ang. laser array, stacked laser bars). Linijkę laserową stanowi zestaw wielu identycznych równoległych do siebie diod laserowych (np. dwudziestu diod w odstępach co 0,5 mm) zamontowanych we wspólnej obudowie i zasilanych tym samym napięciem. Wiązka emitowana przez taką linijkę jest słabo rozbieżna w płaszczyźnie linijki (ang. slow axis) i silnie rozbieżna w kierunku prostopadłym (ang. fast axis). Zwykle więc używa się najpierw soczewki cylindrycznej do kolimacji światła laserowego w kierunku prostopadłym, a następnie zestawu optycznego do skupienia światła w światłowodzie. Przykłady takich rozwiązań ujawniono między innymi w amerykańskich opisach patentowych numer US 5 333 077, US 6 700 709, US 5 825 551 i US 6765725. Prostsze rozwiązanie dla linijki laserowej stanowi soczewka cylindryczna wprowadzająca światło z każdego lasera linijki do osobnego cienkiego światłowodu, przy czym wiązkę tych światłowodów można sprząc z jednym większym światłowodem co ujawniono przykładowo w europejskim opisie patentowym EP 0486175. Ciekawym rozwiązaniem jest stożkowe zakończenie światłowodu (ang. tapered light guide) z siatką dyfrakcyjną uginającą wiązkę emitowaną przez linijkę laserową, ujawnione w europejskim opisie patentowym EP 1429434. Amerykański opis patentowy US 5617492 ujawnia rozwiązanie dotyczące matrycy laserowej polegające na skolimowaniu wiązki każdego z laserów matrycy, a następnie wprowadzeniu wszystkich tych wiązek do światłowodu za pomocą jednej soczewki. Europejski opis patentowy EP 796452 ujawnia metodę wprowadzania do światłowodu wiązek laserowych z kilku linijek nie tworzących matrycy. W przypadku linijek i matryc laserowych wszystkie lasery są podobne (otrzymane w jednym procesie epitaksjalnym) i wspólnie zamontowane. Wspólne jest też zasilanie prądem całego zespołu źródeł laserowych.

Znane są również rozwiązania dotyczące wprowadzania wiązek laserowych z wielu odrębnych źródeł, odrębnie zasilanych i mogących emitować światło o różnych długościach fali. Amerykański opis patentowy US 4 828 357 ujawnia ogniskowanie wiązek z wielu laserów w jednym punkcie za pomocą zestawu luster. Każda wiązka laserowa kierowana jest przez dwa lustra indywidualne, po czym ogniskowanie wszystkich wiązek w jednym punkcie następuje przy użyciu lustra wklęsłego. Publikacja ta nie zawiera jednak żadnych wskazówek dotyczących regulacji położenia (justowania) poszczególnych elementów tak złożonego układu optycznego. Doświadczenie uczy zaś, że wraz ze wzrostem liczby laserów układ taki będzie coraz trudniejszy do justowania i coraz bardziej wrażliwy na wstrząsy.

Najbliższy wynalazkowi stan techniki ujawniony został w międzynarodowej publikacji patentowej WO 99/47959. W ujawnionym tam rozwiązaniu zastosowano jednolity element odbijający zwierający

PL 217 893 B1 zespół indywidualnych powierzchni odbijających. Wiązka laserowa z każdego źródła przechodzi przez pierwszy układ optyczny w postaci zestawu dwóch soczewek afokalnych, a następnie odbija się od swojej powierzchni odbijającej w kierunku wspólnego dla wszystkich źródeł laserowych drugiego układu optycznego, ogniskującego światło laserowe na czole światłowodu. W ujawnionym rozwiązaniu drugi układ optyczny także składa się z dwóch soczewek afokalnych. Celem optycznych układów afokalnych jest zredukowanie średnicy wiązek padających na zwierciadła i na czoło światłowodu. Przykłady realizacji ujawnione w tej publikacji dotyczą jedynie płaskich konfiguracji, to znaczy takich, w których wiązki laserowe ze wszystkich źródeł laserowych biegną w jednej płaszczyźnie od źródła do światłowodu. Ponadto brak w tej publikacji jakiejkolwiek informacji na temat sposobu regulacji (justowania) położenia poszczególnych elementów składowych, której istnienie w tego typu układach często decyduje o możliwości praktycznej realizacji.

Celem obecnego wynalazku było uzyskanie możliwości prostego wprowadzenia do jednego światłowodu światła emitowanego przez wiele odrębnych źródeł laserowych.

Sposób według wynalazku polega na wprowadzania do jednego światłowodu światła laserowego pochodzącego z co najmniej dwóch źródeł laserowych. Wiązkę laserową z każdego ze źródeł laserowych przepuszcza się przez indywidualny dla każdego źródła laserowego pierwszy układ optyczny, a następnie jednokrotnie odbija się tę wiązki od odrębnej dla każdego źródła laserowego, płaskiej powierzchni odbijającej w stronę powierzchni wejściowej światłowodu. Następnie skupia się te wiązki wspólnym dla wszystkich źródeł drugim układem optycznym na powierzchni wejściowej światłowodu. Pierwsza odmiana sposobu według wynalazku charakteryzuje się tym, że, światło laserowe emituje się przy pomocy modułów laserowych. Każdy moduł laserowy zawiera po jednym źródle laserowym umieszczonym w indywidualnej obudowie modułu, przy czym z obudową tą połączony jest w stałej pozycji względem niej pierwszy układ optyczny. Obudowę każdego modułu laserowego montuje się w uchwycie, korzystnie metalowym, a drugi układ optyczny (9) umieszcza się bezpośrednio przed powierzchnią wejściową światłowodu. Oś każdego pierwszego układu optycznego ustawia się względem osi każdego drugiego układu optycznego pod kątem wynoszącym od 45 do 145 stopni. Każdą z odrębnych płaskich powierzchni odbijających lokuje się na ukośnym ścięciu końca odrębnego pręta, którego oś ustawia się równolegle do osi optycznej (13) drugiego układu optycznego (9).

W jednym z wariantów pierwszej odmiany sposobu według wynalazku odrębne pręty z płaskimi powierzchniami odbijającymi gęsto upakowuje się w bezpośrednim sąsiedztwie osi drugiego układu optycznego.

W kolejnym wariancie pierwszej odmiany sposobu według wynalazku stosuje się siedem odrębnych prętów z płaskimi powierzchniami odbijającymi, przy czym pręt środkowy umieszcza się w osi drugiego układu optycznego i otacza równomiernie sześcioma pozostałymi prętami.

W innym wariancie pierwszej odmiany sposobu według wynalazku stosuje się dodatkowo dwanaście odrębnych prętów z płaskimi powierzchniami odbijającymi, otaczając nimi pierwszych siedem odrębnych prętów z płaskimi powierzchniami odbijającymi.

W jeszcze innym wariancie pierwszej odmiany sposobu według wynalazku położenie wiązki laserowej z każdego modułu laserowego na powierzchni wejściowej światłowodu reguluje się poprzez zmianę położenia obudowy modułu laserowego względem jego uchwytu. Pożądane położenie każdego modułu laserowego ustala się po regulacji niskotopliwym stopem metalicznym, korzystnie stopem Wooda, krzepnącym w przestrzeni pomiędzy obudową modułu laserowego a jego uchwytem.

W jeszcze innym wariancie pierwszej odmiany sposobu według wynalazku uchwyty na moduły laserowe umieszcza się w obudowie sferycznej, współosiowej z osią optyczną drugiego układu optycznego.

W obu powyższych wariantach uchwyty na moduły laserowe mogą stanowić przelotowe otwory wykonane w opisanych obudowach, cylindrycznej i sferycznej.

Druga odmiana sposobu według wynalazku tym się różni od pierwszej odmiany, że odrębne płaskie powierzchnie, odbijające wiązki emitowane przez moduły laserowe osadzone w uchwytach, ustawia się tak aby tworzyły wspólnie powierzchnię boczną ostrosłupa prawidłowego. Liczba boków podstawy tego ostrosłupa jest równa liczbie modułów laserowych zaś oś optyczna drugiego układu optycznego przechodzi przez wierzchołek i środek podstawy tego ostrosłupa.

PL 217 893 B1

W jednym z wariantów drugiej odmiany sposobu według wynalazku uchwyty modułów laserowych mocuje się na okręgu współśrodkowym z osią optyczną drugiego układu optycznego. Osie wszystkich pierwszych układów optycznych ustawia się względem osi drugiego układu optycznego pod kątem wynoszącym 90 stopni.

W innym wariancie drugiej odmiany sposobu według wynalazku położenie wiązki laserowej z każdego modułu laserowego na powierzchni wejściowej światłowodu reguluje się poprzez zmianę położenia obudowy modułu laserowego względem jego uchwytu. Pożądane położenie modułu laserowego ustala się po regulacji niskotopliwym stopem metalicznym, korzystnie stopem Wooda, krzepnącym w przestrzeni pomiędzy obudową modułu laserowego a jego uchwytem.

W urządzenie według wynalazku każde źródło laserowe ma pierwszy układ optyczny i odrębną dla każdego źródła płaską powierzchnię odbijającą kierującą wiązkę laserową w stronę powierzchni wejściowej światłowodu. Światłowód ma wspólny dla wszystkich źródeł laserowych drugi układ optyczny skupiający wszystkie wiązki laserowe na powierzchni wejściowej światłowodu. Pierwsza odmiana urządzenia według wynalazku charakteryzuje się tym, że każde źródło laserowe umieszczone jest w odrębnej obudowie, z którą to obudową połączony jest w stałej względem niej pozycji pierwszy układ optyczny. Źródło obudowa wspomniany pierwszy układ optyczny tworzą wspólnie moduł laserowy. Obudowa każdego modułu laserowego zamontowana jest w uchwycie, korzystnie metalowym. Drugi układ optyczny umieszczony jest bezpośrednio przed powierzchnią wejściową światłowodu. Oś każdego pierwszego układu optycznego tworzy z osią drugiego układu optycznego kąt wynoszący od 45 do 145 stopni. Każda z odrębnych płaskich powierzchni odbijających znajduje się na ukośnie ściętym końcu odrębnego pręta, którego oś jest równoległa do osi optycznej drugiego układu optycznego.

W jednym z wariantów pierwszej odmiany urządzenia według wynalazku odrębne pręty z płaskimi powierzchniami odbijającymi są gęsto upakowane w bezpośrednim sąsiedztwie osi drugiego układu optycznego.

W innym wariancie pierwszej odmiany urządzenie według wynalazku zawiera siedem odrębnych prętów z płaskimi powierzchniami odbijającymi, przy czym pręt środkowy znajduje się w osi drugiego układu optycznego zaś sześć pozostałych prętów otacza go równomiernie.

W kolejnym wariancie pierwszej odmiany urządzenie według wynalazku zawiera dodatkowo dwanaście odrębnych prętów z płaskimi powierzchniami odbijającymi, otaczających siedem pierwszych odrębnych prętów z płaskimi powierzchniami odbijającymi.

W innym wariancie pierwszej odmiany urządzenia według wynalazku pożądane położenie obudowy każdego modułu laserowego względem jego uchwytu ustala niskotopliwy stop metaliczny, korzystnie stop Wooda, krzepnący w przestrzeni pomiędzy obudową modułu laserowego a jego uchwytem.

W innym wariancie pierwszej odmiany urządzenia według wynalazku uchwyty modułów laserowych znajdują się w cylindrycznej obudowie, współosiowej z osią optyczną drugiego układu optycznego.

W jeszcze innym wariancie pierwszej odmiany urządzenia według wynalazku uchwyty modułów laserowych znajdują się w sferycznej obudowie, współosiowej z osią optyczną drugiego układu optycznego.

W obu powyższych wariantach urządzenia według wynalazku uchwyty na moduły laserowe mogą stanowić przelotowe otwory wykonane w opisanych obudowach.

Druga odmiana urządzenia według wynalazku różni się od odmiany pierwszej tym, że wszystkie odrębne płaskie powierzchnie odbijające tworzą wspólnie powierzchnię boczną ostrosłupa prawidłowego. Liczba boków podstawy tego ostrosłupa jest równa liczbie modułów laserowych w urządzeniu, przy czym oś optyczna drugiego układu optycznego przechodzi przez wierzchołek i środek podstawy tego ostrosłupa.

W jednym z wariantów drugiej odmiany urządzenia według wynalazku uchwyty modułów laserowych mocuje się na okręgu współśrodkowym z osią optyczną drugiego układu optycznego. Kąt pomiędzy osiami wszystkich pierwszych układów optycznych a osią drugiego układu optycznego wynosi 90 stopni.

W innym wariancie drugiej odmiany urządzenia według wynalazku położenie obudowy każdego modułu laserowego względem jego uchwytu ustalone jest niskotopliwym stopem metalu, korzystnie stopem Wooda, krzepnącym w przestrzeni pomiędzy obudową modułu laserowego a jego uchwytem.

Wynalazek pozwala na proste i skuteczne skupienie w jednym światłowodzie wielu wiązek laserowych o rożnych długościach fali i różnych natężeniach. Możliwości użycia zarówno diod laserowych jak i laserów na ciele stałym (pompowanych diodami DPSS i z podwajaniem częstości) daje szeroką paletę dostępnych długości fali. W szczególności, zmieszanie w światłowodzie wiązki czerwonej, ziePL 217 893 B1 lonej i niebieskiej pozwala uzyskać w nim światło dowolnego koloru, w tym i światło białe. Maksymalne zbliżenie wiązek laserowych do osi optycznej kolimatora, osiągnięte poprzez ciasne upakowanie prętów z indywidualnymi powierzchniami odbijającymi lub użycie odbijającego ostrosłupa prawidłowego, pozwala na zredukowanie aberacji kolimatora, a wiązki przyosiowe można lepiej zogniskować. Stosunkowo duże oddalenie poszczególnych źródeł laserowych od siebie zapewnia dobre chłodzenie. Wykorzystanie przy justowaniu niskotopliwego stopu metalicznego bardzo upraszcza konstrukcję i jednocześnie poprawia odprowadzanie ciepła generowanego przez źródła laserowe.

Wynalazek w przykładach realizacji został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat przebiegu trzech wiązek laserowych wprowadzanych do jednego światłowodu, zaś fig. 2 przedstawia schematycznie położenia obudowy źródła laserowego względem jej uchwytu po regulacji. Fig. 3 przedstawia rzut perspektywiczny pierwszego przykładu realizacji wynalazku, zaś fig. 4 przedstawia rzut górny tego przykładu realizacji z usuniętym kolimatorem. Fig. 5 przedstawia drugi przykład realizacji wynalazku w rzucie perspektywicznym, zaś fig. 6 przedstawia ten sam przykład realizacji w przekroju płaszczyzną przechodzącą przez oś drugiego układu optycznego. Fig. 7 przedstawia trzeci przykład wynalazku w rzucie perspektywicznym, zaś fig. 8 przedstawia ten sam przykład realizacji w przekroju płaszczyzną przechodzącą przez oś drugiego układu optycznego. Fig. 9 i fig. 10 przedstawiają odpowiednio w rzucie perspektywicznym i w przekroju płaszczyzną przechodzącą przez oś drugiego układu optycznego przykładowy zespół siedmiu powierzchni odbijających. Fig. 11 przedstawia rzut górny zespołu z fig. 9. Fig 12 i fig. 13 przedstawiają odpowiednio w rzucie perspektywicznym i w przekroju płaszczyzną przechodzącą przez oś drugiego układu optycznego przykładowy zespół dziewiętnastu płaskich powierzchni odbijających, zaś fig. 14 przedstawia ten sam zespół w rzucie górnym.

Poniżej zostaną opisane szczegółowo przykłady realizacji urządzenia według wynalazku realizującego sposób według wynalazku.

W pierwszym przykładzie realizacji (fig. 3 i fig. 4) urządzenie według wynalazku ma osiem modułów laserowych 1, zawierających jako źródła laserowe nieuwidocznione na rysunku diody laserowe czerwone (660 nm) lub fioletowe (405 nm), o mocy od 150 do 250 mW. Każdy z ośmiu modułów laserowych 1 ma walcową mosiężną obudowę 2 na diodę laserową. Na drodze wiązki laserowej 3 znajduje się pierwszy układ optyczny 4 (fig. 1) w postaci soczewki kolimującej, stosowanej w znanych modułach laserowych do odczytu płyt DVD, połączonej trwale z obudową 2 modułu laserowego 1. Soczewki 4 są soczewkami asferycznymi o ogniskowej wynoszącej około 4 mm, co zapewnia uzyskanie wiązek ₂ laserowych 3 o przekroju poniżej 2 mm². Zastosowane soczewki 4 mają odpowiednie pokrycia antyrefleksyjne dla podanych wyżej kolorów światła laserowego. Osiem takich modułów laserowych 1 osadzonych jest w ośmiu półkolistych mosiężnych uchwytach 5 zamocowanych koncentrycznie na okrągłej mosiężnej podstawie 6. W centrum tej podstawy znajduje się zespół powierzchni odbijających 7 w postaci ostrosłupa prawidłowego 8 o podstawie ośmiokąta foremnego i wysokości 5 mm. Ostrosłup 8 jest wykonany z kryształu kwarcu metodą stosowaną przy wykonywaniu szlifów jubilerskich, a następnie metalizowany w celu zapewnienia dobrego odbicia. Zastosowano zarówno metalizację srebrem jak i aluminium, przy czym warstwy dielektryczne zabezpieczające metalizację przed utlenianiem są dobrane tak, aby dla światła fioletowego straty na odbiciu nie przekraczały 6%. Zamiast metalizacji można stosować także znacznie droższe szerokopasmowe pokrycia dielektryczne, dla których straty na odbiciu nie przekraczają 1%. Nad ostrosłupem odbijającym 8 umieszczono drugi układ optyczny 9 w postaci kolimatora Thorlabs (F810SMA-543) z gniazdem na końcówkę światłowodu 10. Soczewki tego kolimatora miały szerokopasmowe pokrycia antyrefleksyjne w całym zakresie światła widzialnego. W gniazdo kolimatora 9 wkręcony jest od góry kabel światłowodowy 11 z końcówką SMA. Jest to standardowy wielomodowy kabel światłowodowy 11 zawierający światłowód 10 z rdzeniem o średnicy 50 gm, płaszczem o średnicy 125 gm, i o aperturze numerycznej wynoszącej 0,22. Kąty a pomiędzy osiami optycznymi 12 (fig. 1) każdego ze źródeł laserowych 1 i osią optyczną 13 (fig. 1) kolimatora 9 wynoszą 90 stopni. Ponieważ kąt padania wiązki laserowej 3 na odpowiadającą jej ściankę odbijającą ostrosłupa 8 wynosi 45 stopni to odbita od ostrosłupa 8 wiązka laserowa 3 pada na kolimator 9 równolegle do jego osi optycznej. Różnica pomiędzy średnicą półkolistego wycięcia każdego uchwytu 5 a średnicą obudowy 2 modułów laserowych 1 wynosi około 2 mm. Luz ten pozwala na drobne modyfikacje przestrzenne i kątowe położenia modułu laserowego 1 (tzw. pozycjonowanie), zapewniające dokładne trafienie każdej wiązki laserowej 3 w światłowód 10. Pozycjonowanie każdego z modułów laserowych 1 wykonywano za pomocą zewnętrznego chwytaka (z regulacją XYZ i regulacją kątową), mierząc sygnał na wyjściu z kabla światłowodowego 11. Po uzyskaniu w światłowodzie maksimum tego sygnału szczelinę pomiędzy obudową modułu laserowego a jego uchwytem wypełniano kawał6

PL 217 893 B1 kami niskotopliwego stopu Wooda 14, który podgrzewano dmuchawą z gorącym powietrzem. Ponieważ stop Wooda topi się już w temperaturze około 70°C, wypełnia on dokładnie wspomnianą szczelinę i krzepnie w tej pozycji. Po skrzepnięciu stopu Wooda 14 odstawiono wspomniany chwytak, a obudowa 2 modułu laserowego 1 pozostała w trwale ustalonej pozycji. Ten sposób montażu zapewnia dobry kontakt termiczny modułów laserowych 1 z konstrukcją całego urządzenia 5 i 6, co jest istotne dla odprowadzenia ciepła wytwarzanego przez diody laserowe wysokiej mocy. W opisany wyżej sposób udało się wprowadzić do światłowodu 10 około 55% mocy światła emitowanej przez każdą diodę laserową, czyli przy zastosowaniu ośmiu diod o mocy 200 mW uzyskano w światłowodzie 10 moc optyczną wynoszącą 880 mW. Zamiast ostrosłupa prawidłowego 8, do odbijania wiązek skolimowanych w opisanym wyżej pierwszym przykładzie realizacji ale z siedmioma modułami laserowymi 1 można zastosować alternatywnie mosiężne pręty 15 o średnicy 2 mm, ścięte na jednym z końców pod kątem 45 stopni. Powstająca w ten sposób płaska powierzchnia pokryta warstwą srebra lub aluminium (z zabezpieczeniem dielektrycznym) dla każdego źródła laserowego stanowi odrębną płaską powierzchnię odbijającą 7, zmieniającą kierunek wiązki laserowej 3. Alternatywny zespół indywidualnych powierzchni odbijających stanowił zestaw siedmiu takich, ciasno upakowanych prętów 15 osadzonych w otworach podstawki 16 (fig. od 9 do 11). Każdy pręt 15 ma od dołu nacięcie pozwalające obracać go w podstawce 16, a tym samym obracać i jego powierzchnię odbijającą 7 podczas justowania układu optycznego. Ze względu na inną konfigurację powierzchni odbijających sześć modułów laserowych 1 zamontowano na jednej płaszczyźnie, a siódmy moduł - około 5 mm wyżej. Uzyskano analogiczną wydajność wprowadzania światła do światłowodu 10 wynoszącą około 55%.

W drugim przykładzie realizacji, przedstawionym na fig. 5 i fig. 6, wykorzystano osiemnaście opisanych w pierwszym przykładzie modułów laserowych 1. Cylindryczna mosiężna obudowa 17 o średnicy wewnętrznej 8 cm jest zamknięta z jednej strony denkiem 18, w którym osadzony jest analogiczny jak w pierwszym przykładzie kolimator Thorlabs 9. W nie pokazanym na rysunku denku zamykającym drugi otwór cylindrycznej obudowy 17 osadzony jest zespół dziewiętnastu powierzchni odbijających (fig. od 2 do 14) znajdujących się na dziewiętnastu odrębnych prętach 15 i 19, osadzonych i regulowanych w podstawce 16 w sposób analogiczny do opisanego wyżej. Kąty ścięcia górnych końców prętów 15 i 19 wynoszą 45 stopni. Gęste upakowanie wszystkich tych dziewiętnastu prętów 15 i 19 stanowi rozwinięcie opisanego sposobu upakowania siedmiu elementów 15 zestawu odbijającego, poprzez otoczenie pierwszych siedmiu prętów 16 dodatkowymi dwunastoma prętami 19. Moduły laserowe 1 osadzone są w osiemnastu otworach wykonanych w cylindrycznej obudowie 17. Także i w tym przypadku zachowana jest około dwumilimetrowa różnica pomiędzy średnicą obudowy 2 modułu laserowego 1, a tymi otworami. Moduły laserowe 1 wypozycjonowano w taki sam sposób jak w przykładzie poprzednim, przy czym nie wykorzystano powierzchni odbijającej 7 środkowego pręta 15'.

Trzeci przykład realizacji wynalazku (fig. 8 i fig. 9) stanowi odmianę przykładu drugiego. Różnica polega jedynie na zastąpieniu walcowej konstrukcji wsporczej 17 konstrukcją w postaci pustej w środku mosiężnej kuli 20 o średnicy 10 cm. Kąty ścięcia prętów (15, 19) są dostosowane do położenia modułów laserowych 1. Wszystkie pozostałe elementy rozwiązania są identyczne jak w opisanym wyżej drugim przykładzie. Kula stanowi optymalne rozwiązanie dla skrócenia odległości między modułami laserowymi a kolimatorem. Odległość pomiędzy modułem laserowym a kolimatorem ze światłowodem powinna być jak najmniejsza, gdyż redukuje to wpływ wstrząsów na pozycjonowanie układu i wpływ rozbieżności kątowych wiązek laserowych.

Claims

1. Sposób wprowadzania do jednego światłowodu światła laserowego pochodzącego z co najmniej dwóch źródeł laserowych, polegający na przepuszczeniu wiązki laserowej z każdego ze źródeł laserowych przez indywidualny dla każdego źródła laserowego pierwszy układ optyczny, jednokrotnym odbiciu tej wiązki od, odrębnej dla każdego źródła laserowego, płaskiej powierzchni odbijającej w stronę powierzchni wejściowej światłowodu i skupieniu tej wiązki wspólnym dla wszystkich źródeł drugim układem optycznym na powierzchni wejściowej światłowodu, znamienny tym, że światło laserowe emituje się przy pomocy modułów laserowych (1) zawierających po jednym źródle laserowym umieszczonym w indywidualnej obudowie (2) modułu, z którą to obudową (2) połączony jest w stałej pozycji względem niej pierwszy układ optyczny (4), obudowę (2) każdego modułu laserowego (1) montuje się w uchwycie (17, 20), korzystnie metalowym, drugi układ optyczny (9) umieszcza się bezPL 217 893 B1 pośrednio przed powierzchnią wejściową (10') światłowodu (10), oś (12) każdego pierwszego układu optycznego (4) ustawia się względem osi (13) drugiego układu optycznego (9) pod kątem (a) wynoszącym od 45 (a') do 145 stopni (a), zaś każdą z odrębnych płaskich powierzchni odbijających (7) lokuje się na ukośnym ścięciu końca odrębnego pręta (15, 19), którego oś ustawia się równolegle do osi optycznej (13) drugiego układu optycznego (9).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odrębne pręty (15, 19) z płaskimi powierzchniami odbijającymi (7) gęsto upakowuje się w bezpośrednim sąsiedztwie osi (13) drugiego układu optycznego (9).

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się siedem odrębnych prętów (15) z płaskimi powierzchniami odbijającymi (7), przy czym pręt środkowy (15') umieszcza się w osi (13) drugiego układu optycznego (9) i otacza równomiernie sześcioma pozostałymi prętami (15).

4. Sposób według zastrz. 3 znamienny tym, że stosuje się dodatkowo dwanaście odrębnych prętów (19) z płaskimi powierzchniami odbijającymi (7), otaczając nimi pierwszych siedem odrębnych prętów (15', 15) z płaskimi powierzchniami odbijającymi (7).

5. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienny tym, że położenie wiązki laserowej (3) z każdego modułu laserowego (1) na powierzchni wejściowej światłowodu (10') reguluje się poprzez zmianę położenia obudowy (2) modułu laserowego (1) względem jego uchwytu (17, 20), przy czym pożądane położenie modułu laserowego (1) ustala się po regulacji niskotopliwym stopem metalicznym (14), korzystnie stopem Wooda, krzepnącym w przestrzeni pomiędzy obudową (2) modułu laserowego (1) a jego uchwytem (17, 20).

6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że uchwyty na moduły laserowe (1) umieszcza się w cylindrycznej obudowie (17) współosiowej z osią optyczną (13) drugiego układu optycznego (9).

7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że uchwyty na moduły laserowe (1) umieszcza się w obudowie sferycznej (20), współosiowej z osią optyczną (13) drugiego układu optycznego (9).

8. Sposób według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że uchwyty modułów laserowych (1) stanowią przelotowe otwory wykonane w obudowie (17, 20).

9. Sposób wprowadzania do jednego światłowodu światła laserowego pochodzącego z co najmniej dwóch źródeł laserowych, polegający na przepuszczeniu wiązki laserowej z każdego ze źródeł laserowych przez jego indywidualny pierwszy układ optyczny, jednokrotnym odbiciu tej wiązki od, odrębnej dla każdego źródła laserowego, płaskiej powierzchni odbijającej w stronę powierzchni wejściowej światłowodu i skupieniu tej wiązki wspólnym drugim układem optycznym na powierzchni wejściowej światłowodu, znamienny tym, że światło laserowe emituje się przy pomocy modułów laserowych (1) zawierających po jednym źródle laserowym umieszczonym w indywidualnej obudowie (2) modułu, z którą to obudową (2) połączony jest w stałej pozycji względem niej pierwszy układ optyczny (4), obudowę (2) każdego modułu laserowego (1) montuje się w uchwycie (5), korzystnie metalowym, drugi układ optyczny (9) umieszcza się bezpośrednio przed powierzchnią wejściową (10') światłowodu (10), oś (12) każdego pierwszego układu optycznego (4) ustawia się względem osi (13) drugiego układu optycznego pod kątem (a) wynoszącym od 45 (a') do 145 (a) stopni, zaś odrębne płaskie powierzchnie odbijające (7) ustawia się tak aby tworzyły wspólnie powierzchnię boczną ostrosłupa prawidłowego (8), którego liczba boków podstawy jest równa liczbie modułów laserowych (1) zaś oś optyczna (13) drugiego układu optycznego (9) przechodziła przez wierzchołek i środek podstawy tego ostrosłupa (8).

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że uchwyty (5) modułów laserowych (1) mocuje się na okręgu współśrodkowym z osią optyczną (13) drugiego układu optycznego (9), przy czym osie (12) wszystkich pierwszych układów optycznych (4) ustawia się względem osi (13) drugiego układu optycznego (9) pod kątem (a) wynoszącym 90 stopni.

11. Sposób według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że położenie wiązki laserowej (3) z każdego modułu laserowego (1) na powierzchni wejściowej (10') światłowodu (10) reguluje się poprzez zmianę położenia obudowy (2) modułu laserowego (1) względem jego uchwytu (5), przy czym pożądane położenie modułu laserowego (1) ustala się po regulacji niskotopliwym stopem metalicznym (14), korzystnie stopem Wooda, krzepnącym w przestrzeni pomiędzy obudową (2) modułu laserowego (1) a jego uchwytem (5).

12. Urządzenie do wprowadzania do jednego światłowodu światła laserowego pochodzącego z co najmniej dwóch źródeł laserowych, w którym każde ze źródeł laserowych ma pierwszy układ

PL 217 893 B1 optyczny i odrębną dla każdego źródła laserowego płaską powierzchnię odbijającą kierującą wiązkę laserową w stronę powierzchni wejściowej światłowodu, zaś światłowód ma wspólny dla wszystkich źródeł laserowych drugi układ optyczny skupiający wszystkie wiązki laserowe na powierzchni wejściowej światłowodu, znamienne tym, że każde źródło laserowe umieszczone jest w odrębnej obudowie (2), z którą to obudową (2) połączony jest w stałej względem niej pozycji pierwszy układ optyczny (4), tworząc wspólnie moduł laserowy (1), obudowa (2) każdego modułu laserowego (1) zamontowana jest w uchwycie (17, 20), korzystnie metalowym, drugi układ optyczny (9) umieszczony jest bezpośrednio przed powierzchnią wejściową (10') światłowodu (10), oś (12) każdego pierwszego układu (4) optycznego tworzy z osią (13) drugiego układu optycznego (9) kąt (a) wynoszący od 45 (a') do 145 (a) stopni, zaś każda z odrębnych płaskich powierzchni odbijających (7) znajduje się na ukośnie ściętym końcu odrębnego pręta (15, 19), którego oś jest równoległa do osi optycznej (13) drugiego układu optycznego (9).

13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że odrębne pręty (15, 19) z płaskimi powierzchniami odbijającymi (7) są gęsto upakowane w bezpośrednim sąsiedztwie osi (13) drugiego układu optycznego (9).

14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że zawiera siedem odrębnych prętów (15) z płaskimi powierzchniami odbijającymi (7), przy czym pręt środkowy (15') znajduje się w osi (13) drugiego układu optycznego (9) zaś sześć pozostałych prętów (15) otacza go równomiernie.

15. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że zawiera dodatkowo dwanaście odrębnych prętów (19) z płaskimi powierzchniami odbijającymi (7), otaczających siedem pierwszych odrębnych prętów (15) z płaskimi powierzchniami odbijającymi (7).

16. Urządzenie według zastrz. 12 albo 13, albo 14, albo 15, znamienne tym, że pożądane położenie obudowy (2) każdego modułu laserowego (1) względem jego uchwytu (17, 20) ustala niskotopliwy stop metaliczny (14), korzystnie stop Wooda, krzepnący w przestrzeni pomiędzy obudową (2) modułu laserowego (1) a jego uchwytem (17, 20).

17. Urządzenie według zastrz. 12 albo 13, albo 14, albo 15, albo 16, znamienne tym, że uchwyty modułów laserowych (1) znajdują się w cylindrycznej obudowie (17), współosiowej z osią optyczną (13) drugiego układu optycznego (9).

18. Urządzenie według zastrz. 12 albo 13, albo 14, albo 15, albo 16, znamienne tym, że uchwyty modułów laserowych (1) znajdują się w sferycznej obudowie (20), współosiowej z osią optyczną (13) drugiego układu optycznego (9).

19. Urządzenie według zastrz. 17 albo 18, znamienne tym, że uchwyty na moduły laserowe (1) stanowią przelotowe otwory wykonane w obudowie (17, 20).

20. Urządzenie do wprowadzania do jednego światłowodu światła laserowego pochodzącego z co najmniej dwóch źródeł laserowych, w którym każde ze źródeł laserowych ma pierwszy układ optyczny i odrębną dla każdego źródła płaską powierzchnię odbijającą, kierującą wiązkę laserową w stronę powierzchni wejściowej światłowodu, zaś światłowód ma wspólny dla wszystkich źródeł laserowych drugi układ optyczny skupiający wszystkie wiązki laserowe na powierzchni wejściowej światłowodu, znamienne tym, że każde źródło laserowe ma odrębną obudowę (2), z którą połączony jest w stałej pozycji względem tej obudowy pierwszy układ optyczny (4), tworząc wspólnie moduł laserowy (1), obudowa (2) każdego modułu laserowego zamontowana jest w uchwycie (5), korzystnie metalowym, drugi układ optyczny (9) umieszczony jest bezpośrednio przed płaszczyzną wejściową (10') światłowodu (10), oś (12) każdego pierwszego układu optycznego (4) tworzy z osią (13) drugiego układu optycznego (9) kąt (a) wynoszący od 45 (a') do 145 (a) stopni, zaś wszystkie odrębne płaskie powierzchnie odbijające (7) tworzą wspólnie powierzchnię boczną ostrosłupa prawidłowego (8), którego liczba boków podstawy jest równa liczbie modułów laserowych (1), przy czym oś optyczna (13) drugiego układu optycznego (9) przechodzi przez wierzchołek i środek podstawy tego ostrosłupa (8).

21. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że uchwyty (5) modułów laserowych (1) mocuje się na okręgu współśrodkowym z osią optyczną (13) drugiego układu optycznego (9), przy czym kąt (a) pomiędzy osiami (12) wszystkich pierwszych układów optycznych (4) a osią (13) drugiego układu optycznego (9) wynosi 90 stopni.

22. Urządzenie według zastrz. 20 albo 21, znamienne tym, że położenie obudowy (2) każdego modułu laserowego (1) względem jego uchwytu (5) ustalone jest niskotopliwym stopem metalu (14), korzystnie stopem Wooda, krzepnącym w przestrzeni pomiędzy obudową (2) modułu laserowego (1) a jego uchwytem (5).