[發明專利]用于高功率光纖激光器的功率合束器

有效

• 申請號: 201210006625.X
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102522683A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 閆大鵬;李成;李立波;李榕
• 申請（專利權）人: 武漢銳科光纖激光器技術有限責任公司
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/105;G02B27/10
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 唐正玉

技術領域：

本發明屬于光纖激光器技術領域，用于將多束光纖激光器合成并輸出，達到提高光纖激光器輸出功率的目的用于高功率光纖激光器的功率合束。

背景技術：

光纖激光器是繼傳統氣體激光器和固體激光器后的第三代新型激光器，具有結構緊湊、壽命長、免維護、光束質量好、節能環保等優點，已成功應用于工業加工、出版印刷、醫療衛生、軍事國防等領域。隨著其應用領域的不斷拓展，對光纖激光器的輸出功率提出了更高的要求，如船舶制造行業中厚金屬板的激光切割和焊接，通常要求激光器的功率在10kW以上。

對于光纖激光器來說，由于摻雜光纖內的非線性效應以及熱損傷等物理機制的限制，單根光纖輸出功率的進一步提升將非常困難，目前成熟的單光纖激光器產品功率一般在500W以內。

為提高光纖激光器的輸出功率，這就需要將多個光纖激光器合為一束輸出，主要有相干合成和非相干合成兩種方法。光纖激光器的相干合成結構較為復雜，且不易調節，不適合應用于高功率光纖激光器產品中。光纖激光器的非相干合成主要有光柵法、布拉格體光柵法等，但對整個系統的精度要求較高且穩定性較差。

發明內容：

本發明為解決背景技術中存在的技術問題，提出了一種一體化設計的用于高功率光纖激光器的功率合束器，簡單插拔即可實現多束光纖激光束合合成并輸出。

本發明的技術方案為：

用于高功率光纖激光器的功率合束器，包括凹面反射鏡、平面反射鏡和輸出準直鏡，其特征在于：凹面反射鏡、平面反射鏡和輸出準直鏡通過機械基座將三個元件安裝為一個整體，且凹面反射鏡將多束光纖激光束會聚，再通過一平面反射鏡對會聚光束進行反射，最后在光束會聚點放置一輸出準直透鏡對會聚光束進行準直并輸出。

所述的凹面反射鏡和平面反射鏡，其反射波長根據輸入光纖激光器的波長來選定，反射率應在99.5％以上。如輸入光纖激光器為摻鐿光纖激光器，則凹面反射鏡和平面反射鏡對1.0-1.1μm激光的反射率均在99.5％以上。

所述的凹面反射鏡，在中心開口，作為激光輸出通道。

所述的平面反射鏡，位于凹面反射鏡焦點內側，與凹面反射鏡的距離小于或等于凹面反射鏡焦距的一半，將會聚激光束反射后會聚在凹面反射鏡開口外側或開口處。

所述的輸出準直鏡，其透射波長根據輸入光纖激光器的波長來選定，透射率應在99.5％以上。如輸入光纖激光器為摻鐿光纖激光器，所述的輸出準直鏡則對1.0-1.1μm激光的透射率在99.5％以上。

所述的輸出準直鏡，位于激光會聚點外側10mm處。

附圖說明：

圖1為本發明的工作原理圖。

圖2為本發明的結構示意圖。

圖3為采用本發明的對12束光進行合成的模擬圖。

圖4為采用本發明的合成光束聚焦后光斑的能量分布圖。

具體實施方式：

結合附圖對本發明作進一步描述。

如圖1、圖2所示，本發明包括凹面反射鏡2、平面反射鏡1和輸出準直鏡3，凹面反射鏡2、平面反射鏡1和輸出準直鏡3通過機械基座將三個元件安裝為一個整體，且凹面反射鏡2將多束光纖激光束會聚，再通過一平面反射鏡1對會聚光束進行反射，最后在光束會聚點放置一輸出準直透鏡3對會聚光束進行準直并輸出。所述的凹面反射鏡和平面反射鏡，其反射波長根據輸入光纖激光器的波長來選定，反射率應在99.5％以上。如輸入光纖激光器為摻鐿光纖激光器，則凹面反射鏡和平面反射鏡對1.0-1.1μm激光的反射率均在99.5％以上。所述的凹面反射鏡，在中心開口，作為激光輸出通道。

所述的平面反射鏡，位于凹面反射鏡焦點內側，平面反射鏡與凹面反射鏡距離為125mm。所述的輸出準直鏡，其透射波長根據輸入光纖激光器的波長來選定，透射率應在99.5％以上。如輸入光纖激光器為摻鐿光纖激光器，所述的輸出準直鏡則對1.0-1.1μm激光的透射率在99.5％以上。

另一實施例將所述的輸出準直鏡，位于激光會聚點外側10mm處。

以輸入12束1000W光束為例，光束沿半徑為12mm的圓周均勻分布，每束光直徑3mm，相鄰兩束光間距為約6.2mm。凹面反射鏡焦距為-250mm，平面反射鏡與其距離為125mm，采用9.44mm焦距的輸出準直鏡后，可獲得如圖3所示的半徑為0.6mm的光束輸出。隨后采用焦距4.14mm的透鏡進行聚焦后，聚焦光斑能量分布如圖4所示，中心點功率密度為5.4211×10¹¹W/cm²。