一种基于混合抛物线型聚光器的光纤耦合系统的制作方法

文档序号:8472170阅读:920来源:国知局
一种基于混合抛物线型聚光器的光纤耦合系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及大功率光纤激光器的技术领域,其为可以提高激光器泵浦光注入效率的耦合系统。
【背景技术】
[0002]高功率激光器在工业和军事国防等领域均有大量的需求,在这些应用中,对激光器的效率、光束质量、体积、重量等提出了越来越高的要求。传统固体激光器增益介质的块状结构导致了其散热效果差的缺点,高功率下产生的热致双折射和热透镜效应,对于实现大功率输出是极其不利的。为了解决这个问题,人们开始研宄表面积大,易于散热的盘式激光器和光纤激光器。相比盘式激光器,光纤激光器具有光束质量好的优点,受到人们的更多的关注。光纤激光器是一种新型固体激光器,其特点是使用双包层掺杂稀土离子光纤作为增益介质。因为光纤本身的特性,使得光纤激光器比其它固体激光器具有明显的优势,与其它激光系统相比,光纤激光器泵浦效率高,阈值低,散热好,输出光束质量高,体积小,结构简单,可靠性高,灵活性强。这些优点使其成为了目前世界范围内最受关注的激光器系统。
[0003]由于单根光纤达不到高功率输出的要求,所以需要对多跟光纤的输出光进行合束之后作为泵浦光耦合进另一根光纤,从而生成大功率激光。但是为了保证好的光束质量,光纤的纤芯很细,合束后的泵浦源很难聚焦到芯部。因此,需要研宄出一种合适的耦合系统,将光斑尺寸较大的泵浦光聚焦压缩至光纤的纤芯尺寸,系统才能进行高效率地泵浦,完成大功率激光的输出。
[0004]光纤耦合技术经历了很长的发展阶段,根据实际情况的不同,光纤耦合有多种多样的方式来实现。目前总体上来说主要采用分离透镜耦合法和光纤直接耦合法这两种方法。分离透镜耦合法:光纤耦合系统内部的各个光学元器件之间以及这个耦合系统与光纤是分立的。光纤与光纤之间以及光纤与耦合系统中的各个元器件之间必须要达到非常高的共轴准直。因此在对这样的耦合系统进行装配的同时,为了保证较高的共轴性,通常可以采用一些形状特殊、加工精度较高的支承件固定各种光学元器件。不过这就使得制作耦合系统的相对成本较高,并且耦合系统的整体尺寸较大。比较常见的几种由分光元件构成的光学耦合系统有:球透镜耦合、自聚焦透镜耦合和组合透镜耦合。光纤直接耦合法:光纤与光纤之间不存在任何光学元器件,采用直接对接或者对光纤端面进行特殊加工然后再对接的方法。包括平端光纤直接耦合和对光纤加工耦合的方法,如将光纤端面烧制成为球形、锥形等特殊形状再进行耦合。常见的光纤直接耦合方法有:平端光纤直接耦合法、球形端面光纤直接耦合法、锥形光纤直接耦合法及锥端球面透镜直接耦合法。
[0005]影响光纤耦合效率的因素有:光纤端面反射损耗、光纤吸收、散射损耗和辐射损耗。其中反射损耗影响最大,其主要体现在光束与光纤失准引起了耦合效率下降,包括:光束与光纤端面位置的纵向间距误差,光束的光轴与光纤光轴的横向误差,光束光轴与光纤光轴的角度误差。
[0006]因此需要研制出一种耦合系统,能解决或改善现有的耦合系统因这么多误差而导致的耦合效率低下等问题,更好地实现光纤激光器的大功率激光输出。

【发明内容】

[0007]本发明要解决的技术问题是:提供一种基于混合抛物线型聚光器的光纤耦合系统,克服采用传统采用成像光学耦合系统存在的泵浦光与掺杂光纤的耦合效率较低的缺点。
[0008]本发明解决上述技术问题采用的技术方案是:一种基于混合抛物线型聚光器的光纤耦合系统,包括小功率半导体激光器、常规多模光纤、光纤合束器、多模光纤、混合抛物线型聚光器和有源掺杂光纤,将传统耦合系统中的双透镜组合用基于非成像光学的混合抛物线型聚光器代替,多个LD输出的激光光束经过光纤合束器之后耦合进入多模光纤,多模光纤的出射光斑尺寸较大,经过混合抛物线型聚光器耦合系统之后,光斑尺寸大大降低到与有源掺杂光纤的纤芯尺寸相匹配,并且能量大部分集中在有源掺杂光纤的数值孔径角度范围内,提尚了 f禹合效率。
[0009]本发明的原理是:光从0°到某一最大角度范围内进入装置,当最大角度给定后,所有以最大角度入射的光(边缘光)在经过最多一次反射后就被导引到出射口的边缘,那么以中间角度入射的光都会被反射到出射口内。至此,可实现泵浦光束尺寸压缩的目的。混合抛物线型聚光器的入射端半径设计为比入射光束半径大,这样简化了光束对接,也可以消除由于激光束未能完全覆盖在光纤端面上所引起的耦合效率下降的问题。混合抛物线型聚光器的输出光与有源掺杂光纤进行空间端面泵浦耦合。
[0010]本发明与现有技术相比有如下优点:
[0011]1、本发明不需要采用复杂的透镜耦合系统。
[0012]2、本发明采用的混合抛物线型聚光器结构可以使绝大部分入射的泵浦光导引到混合抛物线型聚光器的出射端,损耗小。
[0013]3、本发明比现有技术的耦合效率更高。
[0014]4、本发明结构简单,在现有的工艺上容易实现。
【附图说明】
[0015]图1为一种基于混合抛物线型聚光器的光纤耦合系统;
[0016]图2为混合抛物线型聚光器原理示意图;
[0017]图3为传统的基于双透镜组的光纤耦合系统;
[0018]图4为抛物线型聚光器的出射端面光照度分布图;
[0019]图5为抛物线型聚光器的出射端面光强分布图;
[0020]图6为双透镜耦合系统的焦平面光照度分布图;
[0021]图7为双透镜耦合系统的焦平面光强分布图。
[0022]图中:1:小功率半导体激光器,2:常规多模光纤,3:光纤合束器,4:多模光纤,5:混合抛物线型聚光器,6:有源掺杂光纤,7:双透
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