[發明專利]一種二極管陣列波導勻化成像耦合系統

有效

• 申請號: 201310081476.8
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN103163648A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 蔣建鋒;于益;靳金偉;涂波;王亞麗;蔡震;姚震宇
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明;韓志英

技術領域

本發明屬于激光器中泵浦光源的整形耦合系統領域，具體涉及一種二極管陣列波導勻化成像耦合系統。用于大尺寸片狀工作介質激光器的端面均勻泵浦耦合。?

背景技術

隨著二極管泵浦固體激光器向高技術應用領域的深入推進，對激光器的輸出功率和光束質量都提出了更高的要求。但是高功率激光輸出伴隨著高的廢熱產生，由此導致的熱畸變將使光束質量快速下降。提高激光器中泵浦耦合系統對大發光面積二極管陣列光源的勻化能力是克服增益介質熱畸變的有效方法。同時，為了便于推廣應用，系統需要簡單、可靠、成本低。?

現有的二極管陣列耦合系統主要有兩種形式：1）光纖耦合系統：將二極管陣列光源用微光學元件耦合到光纖中，出射光經透鏡準直后用拋物面鏡和直角棱鏡實現對激光介質的多通泵浦。2）微透鏡陣列耦合系統：二極管陣列快慢軸方向的處理方法相同，即先用準直透鏡組對光源陣列中每個二極管進行準直，接著用微柱透鏡陣列將每個二極管光源分割成多個子束，再用另一個微柱透鏡陣列作為場鏡，改變每個子束的發散角，最后用一柱透鏡將多個子束在焦平面上進行疊加，疊加光斑的大小可以用第二個微透鏡陣列進行調節。?

這兩種耦合方法均存在一些不足：第一種耦合系統雖然可以實現多通，但將二極管陣列耦合到光纖中需要復雜的微光學元件，光纖中出射的光不是均勻分布而是近高斯分布，系統的耦合效率約為60%~70%；第二種耦合方式需采用兩組微透鏡陣列組，調試難度大，加工成本高。?

發明內容

為了克服已有技術中二極管陣列耦合光學系統復雜、微光學元件加工難度大和成本高的不足，本發明提供一種二極管陣列波導勻化成像耦合系統。?

本發明的二極管陣列波導勻化成像耦合系統，其特點是，所述的耦合系統包括準直透鏡、正交柱透鏡組、空心波導、成像透鏡組，其中，正交柱透鏡組包括第一柱透鏡和第二柱透鏡，成像透鏡組包括第一球透鏡和第二球透鏡。二極管陣列的出射光依次經準直透鏡、第一柱透鏡、第二柱透鏡壓縮到空心波導中，光束經空心波導的分割、展寬和疊加后在出口端得到近平頂分布的光斑，光斑通過第一球透鏡、第二球透鏡成像到激光介質上，以此大幅降低增益區的熱畸變。?

所述的準直透鏡焦距為0.6mm~0.9mm，材料為光學玻璃。?

所述的第一柱透鏡的焦距為310mm~380mm，材料為光學玻璃。?

所述的第二柱透鏡的焦距為240mm~260mm，材料為光學玻璃。?

所述的空心波導通光口徑為方形或六邊形，通光口徑的圓內切直徑范圍為Φ40mm~Φ60mm，長度為200mm~350mm。?

所述的空心波導鍍高反膜，反射率≥98％。?

所述的空心波導的材料選用航空鋁或不銹鋼。?

所述的第一球透鏡和第二球透鏡直徑為Φ55mm~Φ100mm，焦距為70mm~190mm，材料為光學玻璃。?

本發明的二極管陣列波導勻化成像耦合系統，采用準直透鏡和正交柱透鏡組將大發光面二極管陣列光源整形成小光斑，小光斑與空心波導入口端的通光口徑相內接，光束經空心波導的勻化作用后在出口端得到高均勻性的光斑，空心波導出口端的勻化光斑用成像透鏡組成像到工作介質上，以此提高工作介質的增益均勻性。二極管泵浦固體激光器的發展所面臨的棘手問題是提高出射激光的亮度，提高激光介質增益區的泵浦均勻性是解決這一問題的一種有效方法，然而組成二極管陣列的激光二極管兩個方向的光束質量因子差別很大，即在1um方向的光束質量因子M²≈1，10mm方向的光束質量因子M²≈2700，二極管陣列在1um方向有數十個激光二極管堆疊，由此二極管陣列光束質量因子變得更差，這將大大的制約二極管陣列作為泵浦源的應用。在光纖耦合系統中需要采用微光學元件將激光二極管光源進行整形，光路復雜且耦合效率不理想，微透鏡陣列耦合系統需要將激光二極管光源分割為多個子束，場鏡陣列中的微透鏡要與各個子束對應用來控制發散角，所有這些都會對光學元件提出很高的要求，這也限制了這些方法的應用。?

本發明的二極管陣列波導勻化成像耦合系統中采用的準直透鏡、正交柱透鏡組、空心波導和成像透鏡組都是通用的光學元件。本發明的耦合系統結構簡單，耦合效率較高，易于加工和裝調，成本低。?

附圖說明

圖1是本發明的二極管陣列波導勻化成像耦合系統的光路圖；?

圖中，1.準直透鏡????2.第一柱透鏡?????3.第二柱透鏡?????4.空心波導?????5.第一球透鏡?????6.第二球透鏡。

具體實施方式???