多波长共光纤激光发射装置的制作方法

技术领域：

本实用新型涉及一种多波长共光纤激光发射装置，属于光学设备技术领域。

背景技术：
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在自由空间激光通信应用中，两侧的激光通信终端之间实现快速捕获和高精度跟踪，并在通信过程中维持高精度的对准关系，是通信质量的首要前提。为实现高目标，通常需要在用于传输高速光数据的小束散角信号激光束的基础上，增加另一大束散角的近红外波长(便于采用硅基探测器进行探测)的信标激光束作为实现捕获和跟踪的辅助光束。在激光通信终端的使用过程中，如何在不同温度工况和不同工作角度情况下使得信号激光束和信标激光束之间维持高精度的同轴性，是实现高性能自由空间激光通信系统的关键技术之一，对于自由空间激光通信具有重要意义。

由于信号激光和信标激光之间的束散角差异极大，通常采用两个独立的不同焦距的镜头实现信号激光束和信标激光束的不同的束散角，并用二色镜实现信号激光束和信标激光束的合束。然而，在温度发生变化或者振动环境下，或者在重力场发生改变情况下，光机结构将发生微小变形，二色镜的角度将发生小幅度改变，从而影响不同光束的同轴性精度，使系统不能获得良好的稳定性。

技术实现要素：
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本实用新型的目的是针对上述存在的问题提供一种多波长共光纤激光发射装置，使系统的同轴性指标具有很高的稳定性，不易随温度和振动等环境因素影响而改变，简化了光机结构,减轻整机的体积和重量。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种多波长共光纤激光发射装置，包括信号激光光源、信标激光光源，所述信号激光光源和所述信标激光光源分别通过输入光纤连接光纤耦合器，所述光纤耦合器连接一根输出光纤，所述输出光纤的输出端面位于轴向色差准直镜头的焦面上，由输出光纤发出的激光光束被轴向色差准直镜头进行整型后,作为激光通信终端的激光光束输出。

所述的多波长共光纤激光发射装置，所述轴向色差准直镜头由两片或者两片以上的光学镜片采用折射式或者折射和反射混合形式组成，使得其符合如下特征：对于所需束散角10urad-100urad的信号激光束,轴向色差准直镜头的色差为0；对于所需束散角200urad-2000urad的信标激光束,在其激光工作波长下,轴向色差准直镜头的色差的幅度取值范围为0.5×f×f×θ/d到2×f×f×θ/d之间,其中d为信标激光束的有效输出口径,f为该轴向色差准直镜头的焦距,θ为期望的信标激光束的束散角。

所述的多波长共光纤激光发射装置，所述信号激光光源或者信标激光光源分别采用一个，通过一个光纤耦合器实现合束。

所述的多波长共光纤激光发射装置，所述信号激光光源或者信标激光光源分别采用两个及两个以上，通过一个光纤耦合器实现合束。

所述的多波长共光纤激光发射装置，所述信号激光光源或者信标激光光源分别采用两个及两个以上，通过两个及以上的光纤耦合器级联实现光纤合束。

所述的多波长共光纤激光发射装置，还包括横向色差补偿棱镜，所述横向色差补偿棱镜设置在所述轴向色差准直镜头的输出端。

所述的多波长共光纤激光发射装置，所述横向色差补偿棱镜由一片或者两片以上的棱镜组成，使得其满足:a=θ×(n1+n2-2)/2/(n1-n2),其中a为棱镜顶角,n1为信号激光束波长对应的棱镜折射率,n2为信标激光束对应的棱镜折射率,θ为需要有该横向色差补偿棱镜产生或者补偿的角度值。

有益效果：

本实用新型使用轴向色差准直镜头将信号激光整型为小束散角平行光束输出，并同时将信标激光光束整型为大束散角的准平行光束输出，实现多个激光光源的不同束散角；使用横向色差补偿棱镜补偿轴向色差准直镜头的残余横向色差,从而使得该光路中不同激光光束的输出光轴高精度平行。使系统的同轴性指标具有很高的稳定性,不易随温度和振动等环境因素影响而改变；本实用新型简化了光机结构，减轻整机的体积和重量。

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的另一种实施方式的结构示意图。

图3是使用本实用新型的实施例1的轴向色差准直镜头进行一个新号激光光束和一个小束散角信标激光束得到的两光束的束散角的模拟结果图。

图4是使用本实用新型的实施例1的轴向色差准直镜头进行一个新号激光光束和一个大束散角信标激光束得到的两光束的束散角的模拟结果图。

图1-2中：1-信号激光光源，2-信标激光光源，3-光纤耦合器，4-输出光纤，5-轴向色差准直镜头,6-输入光纤，7-横向色差补偿棱镜。

具体实施方式：

如图1所示，本实施例的多波长共光纤激光发射装置，包括信号激光光源1、信标激光光源2，所述信号激光光源1和所述信标激光光源2分别通过输入光纤6连接光纤耦合器3，所述光纤耦合器连接一根输出光纤4，所述输出光纤的输出端面位于轴向色差准直镜头5的焦面上，信号激光光源和信标激光光源通过输入光纤后,经过光纤耦合器合束至同一根输出光纤中,由输出光纤发出的多个激光光束被轴向色差准直镜头进行整型后,将信号激光光和信标激光光束分别整型成所需的束散角,作为激光通信终端的激光光束输出。

其中,轴向色差准直镜头用于将信号激光整型为小束散角平行光束输出,并同时将信标激光光束整型为大束散角的准平行光束输出.轴向色差准直镜头由两片或者多片镜片组成,可以采用折射式或者折射和反射混合形式,通过有针对性地在设计过程中控制其色差,使得其符合如下特征:对于所需束散角10urad-100urad的信号激光束,轴向色差准直镜头的色差为0；对于所需束散角200urad-2000urad的信标激光束,在其激光工作波长下,轴向色差准直镜头的色差的幅度取值范围为0.5×f×f×θ/d到2×f×f×θ/d之间,其中d为信标激光束的有效输出口径,f为该轴向色差准直镜头的焦距,θ为期望的信标激光束的束散角。

所述信号激光光源或者信标激光光源分别采用一个，通过一个光纤耦合器实现合束。

所述的多波长共光纤激光发射装置，所述信号激光光源或者信标激光光源分别采用两个及两个以上，通过一个光纤耦合器实现合束。

所述的多波长共光纤激光发射装置，所述信号激光光源或者信标激光光源分别采用两个及两个以上，通过两个及以上的光纤耦合器级联实现光纤合束。

如图3-4所示，激光光源1的波长为1550nm,作为信号激光束,需要实现40urad束散角,而激光光源2的波长为785nm,作为信标激光束,需要实现400urad的束散角,是信号激光束束散角10倍。通过设计折反混合式的四片式的轴向色差准直镜头,使得其焦距为270mm,轴向色差为0.579mm,轴向色差折合为波像差对应的色差为10.36um。使用该轴向色差准直镜头得到的两光束的束散角如图3-4所示,模拟结果符合要求。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例所述的多波长共光纤激光发射装置，还包括横向色差补偿棱镜7，所述横向色差补偿棱镜设置在所述轴向色差准直镜头的输出端。

所述的多波长共光纤激光发射装置，所述横向色差补偿棱镜由一片或者两片以上的棱镜组成，使得其满足:a=θ×(n1+n2-2)/2/(n1-n2),其中a为棱镜顶角,n1为信号激光束波长对应的棱镜折射率,n2为信标激光束对应的棱镜折射率,θ为需要有该横向色差补偿棱镜产生或者补偿的角度值。

由于轴向色差准直镜头不可能避免造成一定的横向色差,当对多个不同光源的输出光束的同轴度精度要求高时,本实施例在实施例1的基础上,增加了横向色差补偿棱镜(由一片或者多片棱镜造成,可以为固定形式,也可以为多片实现棱镜有效角度可调方式),横向色差补偿棱镜可以补偿轴向色差准直镜头的残余横向色差,从而使得该光路中不同激光光束的输出光轴高精度平行。此外,对于各光束之间需要实现特定的光轴夹角时,也可以使用横向色差补偿棱镜实现。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征等同替换所组成的技术方案。本实用新型的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。