[發明專利]變光束質量激光束自適應光纖耦合與輸出準直裝置

無效

• 申請號: 201010595591.3
• 申請日: 2010-12-20
• 公開（公告）號: CN102081200A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 王菲;王曉華;趙蕊;車英;張國玉;楊進華;王大鵬;王子強;魏丹;王金艷;畢海濤
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G02B6/32
• 分類號: G02B6/32;G02B6/26;G02B27/30
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技術領域

本發明專利涉及一種變光束質量激光束自適應光纖耦合與輸出準直裝置。

背景技術

采用光纖傳輸大功率激光提高了激光系統的智能化和柔性，并已成為激光傳輸技術的主流。如何提高光纖耦合的效率是光纖傳輸技術的關鍵問題之一，也是制約高功率激光光纖傳輸技術的瓶頸問題。

研究人員提出了很多高功率激光光纖耦合的方法，如專利1：【02104969.6】“激光光纖耦合器”中，提供了一種隨機補償傳輸光纖耦合器，但是與這種裝置相適應的激光器有限，而且必須靠人為觀測，安全性較差；專利2：【200510020098.8】“光纖耦合裝置”，提供了一種準確度高、能即插即用的激光光纖耦合裝置，同時提供了同軸觀測、調整離焦量的方法，但是同樣需要人為調控來實現。上述光纖耦合裝置均為人工手動調節，裝置本身不具有自適應的能力，無法解決激光器變光束質量問題。

對于確定的固體激光器，在不同的抽運功率下，輸出激光的光束質量將會隨之發生相應的變化。這種變光束質量的激光束經聚焦系統聚焦后，聚焦光斑亦產生一定的軸向漂移。因此，經過耦合聚焦系統后的聚焦點軸向位置也在發生相應的漂移，這將導致聚焦光斑可能偏離光纖的端面，嚴重時會出現燒光纖的可能，與此同時，光纖耦合效率也隨之變化，嚴重破壞了系統的可靠性。本發明提供了一種變光束質量激光束自適應光纖耦合與輸出準直裝置，解決了變光束質量光纖耦合以及裝置自身調節的問題。

發明內容

本發明中變光束質量激光束自適應光纖耦合與輸出準直裝置，采用自動補償的方式來解決變光束質量激光的耦合聚焦光斑漂移問題。該方法將有效的避免由于聚焦光斑漂移導致光纖端面的損傷及耦合效率的下降。

如圖1所示，本發明主要包括擴束器1、聚焦透鏡2、光纖傳輸系統3、準直透鏡4、探測單元5、處理單元6、控制器7和一維微運動臺8、光學調整架9等。激光束經過擴束器1進行擴束準直，擴束準直后的光束經過聚焦透鏡2耦合到光纖傳輸系統3的前端面，并在光纖傳輸系統3中傳輸。光纖傳輸系統3出射的光束經過準直透鏡4進行準直。準直透鏡4由于透射不完全而反射少量的光被探測單元5接收，探測單元5將接收到的光信號轉換成為電信號。處理單元6對探測單元5接收到的電信號進行累加求和。控制器7根據處理單元6獲得的處理結果，通過折半查找的方式來控制一維微運動臺8帶動光學調整架9及聚焦透鏡2沿軸向作一維運動，從而保證聚焦系統2和光纖傳輸系統3的入射端面間距最佳。

所述的擴束器1為倒置使用的伽利略望遠系統，由一片平凹透鏡和一片平凸透鏡構成，平凹透鏡的像方焦點和平凸透鏡的物方焦點重合，擴束器1優選擴束倍率為3^×對激光束進行準直，并對系統中光學鏡片鍍制所傳導光波增透膜(T≥99.5％)。

所述的聚焦透鏡2優選正彎月透鏡，焦距f＝40mm，孔徑φ25mm。其作用是將激光聚焦到傳光光纖18的端面處。聚焦系統2與擴束器1同光軸。透鏡表面鍍所傳導光波的增透膜(T≥99.5％)。

所述的光纖傳輸系統3為兩端與標準接頭SMA905連接的數值孔徑NA＝0.22、纖芯為600μm的石英傳能光纖，兩端面鍍制所傳導光波的增透膜(T≥99.5％)，用于傳輸激光束。

所述的準直透鏡4優選直徑為25mm，f＝35mm的正彎月透鏡，表面鍍所傳導光波的增透膜(T≥99.5％)，準直透鏡4的物方焦平面與光纖傳輸系統3的輸出端面重合，其作用是將從光纖輸出的激光束進行準直。

所述的探測單元5是由四個均勻分布在一周的光電二極管組成。其作用是接收準直透鏡4反射的余光。

所述的處理單元6，由濾波電路、放大電路、加法電路和比較電路等構成，其作用是將探測單元5接收到的光信號轉換成為電信號，并對電信號進行濾波放大等處理，然后進行累加求和，最后根據所求得和的大小來生成控制數據，并傳輸給控制單元7。

所述的控制單元7，由A/D轉換電路、單片機及驅動器等構成，作用是根據處理單元6處理的結果來控制一維微運功臺8沿軸向運動。

所述的一維微運動臺8優選行程為±5mm的直線導軌、步進電機、滑塊等。

所述的光學調整架9用于一維微運動臺8與聚焦透鏡2連接，一維微運動臺8沿軸向運動，通過光學調整架9帶動聚焦系統2沿軸向做往返運動。

有益效果：本發明是利用測得的反射光強度的多少來判斷耦合效率的高低，進而利用裝置自身的自行調節，進行補償，避免了由于聚焦光斑漂移導致的光纖端面的損傷及耦合效率的下降，以及人工調節的不準確性，解決了變光束質量光纖耦合問題。

附圖說明