[發明專利]一種光纖激光一體化準直光學裝置

在審

• 申請號: 201610045335.4
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105511098A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 唐淳;李建民;顏宏;王樹峰;雒仲祥;田飛;李騰龍;吳娟;孫殷宏;謝庚辰;馬毅;陳黎;羅佳
• 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: G02B27/30
• 分類號: G02B27/30
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 卿誠;吳彥峰

技術領域

本發明涉及的是激光器應用技術，尤其是一種光纖激光一體化準直光學裝置。

背景技術

由于光纖激光具有轉換效率高、光束質量好、熱管理方便、結構緊湊等優點，高功率光纖激光技術得到迅速發展，單纖單模輸出功率巳經邁進萬瓦量級，基模千瓦級光纖激光器已經實現商用化。對于實際的光纖激光系統，從光纖激光器輸出的光束一般還要經過準直系統擴束后再進行傳輸和應用。目前，現有的光纖準直器都與光纖輸出端分離，對于高功率光纖激光來說，為了減小輸出端損耗并保護光纖端面，通常在光纖輸出端熔接有大直徑石英端帽，并在端帽兩端鍍膜。光纖準直器與光纖輸出端分離的結構雖然易于更換，但缺點是結構復雜，體積較大，在某些對體積有嚴格要求的應用中不能滿足使用要求。

例如多束光纖激光拼接合成應用中，要求拼接光束具有較高的占空比，目前的光學準直器結構復雜，占空比低，無法直接排列拼接，需要額外的合成光路才能實現高占空比的光束拼接。現有的高功率光纖激光端帽與準直光學系統分離，光學元件及光學界面較多，增大了激光的傳輸損耗，并且光學界面的后向散射回光會對光纖激光器造成干擾。

發明內容

本發明的目的，就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種光纖激光一體化準直光學裝置的技術方案，該方案兼具光纖端帽和激光準直器的作用，減少了光學元件的數量，減小了光纖準直器的體積并降低了激光散射回光對光纖激光器的干擾。

本方案是通過如下技術措施來實現的：

一種光纖激光一體化準直光學裝置，包括有光纖激光器、準直器尾光纖和準直光學器件；光纖激光器發出的激光通過準直器尾光纖耦合進入準直光學器件后輸出準直后的激光。

作為本方案的優選：準直器尾光纖上設置有尾纖保護套。

作為本方案的優選：準直光學器件為平凸光學透鏡；所述平凸光學透鏡的兩個光學表面，一個是平面，另一個是凸面，平面與凸面的焦平面重合。

作為本方案的優選：平凸光學透鏡的平面端設置有多級臺階。

作為本方案的優選：準直器尾光纖與平凸光學透鏡的平面熔接，準直器尾光纖的光軸與平凸光學透鏡的光軸重合。

作為本方案的優選：準直器尾光纖采用與被準直的光纖激光器輸出光纖相同的材料和技術參數。

作為本方案的優選：平凸光學透鏡的材料與準直器尾光纖的纖芯材料相同，平凸光學透鏡的凸面鍍增透膜。

作為本方案的優選：準直光學器件為錐形準直透鏡；錐形準直透鏡的錐端與準直器尾光纖熔接。

作為本方案的優選：錐形準直透鏡的材料與準直器尾光纖的纖芯材料相同，錐形準直透鏡的非錐面鍍增透膜。

本方案的基本原理是：光纖激光器的纖芯較小，光纖輸出端可以近似認為是一個光束定向傳輸的點光源，平凸光學透鏡的平面端與光纖輸出端熔接在一起，則該點光源與平凸光學透鏡的平面端重合，由于平凸光學透鏡的平面端與凸面的焦平面重合，則該點光源也與凸面的焦平面重合，因此經過光纖輸出端岀射的激光經過凸面后被準直成平行光輸出。

平凸光學透鏡凸面的作用是對光纖輸出激光進行準直，其表面形狀可以是球面也可以是非球面，根據光學設計結果，滿足光纖激光準直的光束質量要求即可。平凸光學透鏡的直徑應稍大于準直后激光束的直徑，其焦距f由光纖激光的數值孔徑和準直后激光束尺寸決定，計算公式如下：

f=d/NA

其中，d是準直后激光束半徑；NA是平凸光學透鏡平面端熔接的光纖的數值孔徑。

由此可見，本發明與現有技術相比，采用單一器件既實現了光纖激光的準直，又具有傳統端帽對光纖輸出端的保護作用，結構簡單，環境適應能力強，減小了準直系統的體積，提高了光纖準直系統的占空比，并且光纖激光準直過程中僅有一個光學界面，激光損耗小，散射雜散光少，傳輸效率高，具有突出的實質性特點和顯著地進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。

附圖說明

圖1為本發明具體實施例1的結構示意圖。

圖2為本發明具體實施例2的結構示意圖。

圖3為本發明具體實施例3的結構示意圖。

圖中，1為光纖激光器，2為準直器尾光纖，3為平凸光學透鏡，4為尾纖保護套，5是異形平凸光學透鏡，6是錐形準直透鏡。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。