镜耦合系统(准直透镜和聚焦透镜)，8:双色片。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图具体说明本发明【具体实施方式】。
[0024]如图1所示，基于混合抛物线型聚光器的光纤耦合系统由小功率半导体激光器1、常规多模光纤2、光纤合束器3、多模光纤4、混合抛物线型聚光器5、有源掺杂光纤6组成。与传统的透镜耦合系统相比，本光纤耦合系统采用基于非成像光学设计的混合抛物线型聚光器结构。混合抛物线型聚光器5放大后如图2所示，曲线BC是焦点位于D处的抛物线，虚线DE是其对称轴，AC//DE。根据抛物线的特性可知，所有平行于抛物线BC的对称轴方向的光线都会会聚到其焦点D处。曲线AD与BC是对称的，即C是抛物线AD的焦点，而BD平行于抛物线AD的对称轴。所以同理，平行于BD方向的光线会聚到C点。也就是说，边缘光线(最大角度入射光线)进入混合抛物线型聚光器5之后，在里面被反射，然后从混合抛物线型聚光器5的出射孔径的边缘C、D两点射出。平行于AC或者BD的光线就是入射的边缘光线，只要入射的边缘光线能够出射，那么介于边缘光线之间的所有入射光线(除去吸收和损耗)都会从C、D两点之间出射。至此，可实现光斑压缩的目的。
[0025]传统耦合技术中采用如图3所示的结构，耦合系统是透镜组合，由于透镜是成像系统，成像理论中，阿贝正弦定理hnsinU = h’n’ sinU’给出了物象尺寸和光束发散角之间的关系。成像光学中会产生球差、离轴像差、色差等像差，当我们想要得到大的聚光比时，透镜的口径与焦距之比就要尽可能的大，在这种情况下，像差就会很大，即使能消除球差，离轴像差却依然存在。压缩后的光束，若是想要得到小发散角，光斑尺寸就大，若是想得到小光斑，其发散角必然增大。因此，就会聚光的性能而言，任何利用成像原理聚光的系统都达不到非成像光学系统的聚光能力。
[0026]图4和图5分别是利用直径5mm的入射端和直径为Imm的出射端的混合抛物线型聚光器对直径5mm、数值孔径为0.2、总光通量100W的光束进行聚焦之后，聚光器的出射端面光照度和光强分布图，耦合后的光束有很大一部分能量是集中在小发散角范围内的。出射光耦合进数值孔径为0.2、直径Imm的光纤的耦合效率为17.1%。
[0027]对于由A= 145.4mm，D != 50mm 的准直透镜和 f 2= 73.1mm，D 2= 52mm 的聚焦透镜组成的双透镜耦合系统，直径5mm的光纤射出的数值孔径为0.2、总光通量100W的光经过此耦合系统后，耦合进入直径1_的光纤时，Imm光纤的入射端光斑照度图和光强分布图如图6和图7，由于存在像差，光束能量的空间分布很发散，光束质量较差。计算得到与光纤的耦合效率只有4.3194%。可以看出，基于混合抛物线型聚光器的光纤耦合系统相较于双透镜耦合系统，耦合效率提高了 4倍以上，而且继续优化还可以提高。
[0028]一种基于非成像光学的耦合系统主要用于大功率光纤激光器的泵浦光耦合注入实验中。
[0029]本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。
[0030]尽管上面对本发明说明性的【具体实施方式】进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
【主权项】
1.一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(I)、常规多模光纤(2)、光纤合束器(3)、多模光纤(4)、混合抛物线型聚光器(5)、有源掺杂光纤(6)，其特征在于:将双透镜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(5)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，经过混合抛物线型聚光器耦合系统之后，光斑尺寸降低到与有源掺杂光纤的纤芯尺寸相匹配，并且能量集中在有源掺杂光纤的数值孔径角度范围内，提高了耦合效率。
2.根据权利要求1所述的一种基于混合抛物线型聚光器的光纤耦合系统，其特征在于:混合抛物线型聚光器(5)，曲线BC是焦点位于D处的抛物线，虚线DE是其对称轴，AC//DE ;根据抛物线的特性，所有平行于抛物线BC的对称轴方向的光线都会会聚到其焦点D处；曲线AD与BC是对称的，即C是抛物线AD的焦点，而BD平行于抛物线AD的对称轴；平行于BD方向的光线会聚到C点；以最大角度入射的边缘光线进入混合抛物线型聚光器(5)之后，在里面被反射，然后从混合抛物线型聚光器(5)的出射孔径的边缘C、D两点射出；平行于AC或者BD的光线就是入射的边缘光线，只要入射的边缘光线能够出射，那么介于边缘光线之间的所有入射光线都会从C、D两点之间出射，从而实现光斑压缩的目的。
【专利摘要】本发明公开了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；将传统的透镜耦合系统用基于非成像光学的抛物线型聚光器代替，无需准直和扩束，使耦合后光束的光斑尺寸大大降低，提高了与有源掺杂光纤耦合的效率。本发明适用于光纤激光器的泵浦光注入试实验中，为生成大功率激光器提供了条件。
【IPC分类】G02B6-26
【公开号】CN104793292
【申请号】CN201510204269
【发明人】黄媛, 马晓燠, 饶长辉, 魏凯, 鲜浩
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月27日