[實用新型]一種光纖耦合結構

有效

• 申請號: 201720940429.8
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN207069290U
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 徐建人;韋欣
• 申請（專利權）人: 嘉興海創激光科技有限公司
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40;H01S5/06
• 代理公司: 嘉興啟帆專利代理事務所(普通合伙)33253
• 代理人: 李伊飏

技術領域

本專利涉及光電子學領域，特別涉及一種光纖耦合結構。

背景技術

光纖激光器是由泵浦源，耦合器，摻稀土元素光纖，諧振腔等部件構成。作為繼CO2激光器和固體激光器之后的第三代激光器，與傳統二氧化碳激光器相比，具有 20% 耗電、10%體積、4倍速度快、20%轉換效率高等優點。

高功率光纖激光器將半導體激光器泵浦技術和雙包層光纖摻雜制造技術有機結合起來，吸收兩者優勢，將高功率、低亮度、廉價的多模半導體激光器光通過泵浦雙包層光纖結構，實現高亮度、衍射受限的單模激光輸出，大大提高了耦合及轉換效率，增加了輸出激光功率。

半導體激光器抽運源作為光纖激光器中的唯一有源器件，其成本占整個光纖激光器的60~70%，并且決定了整個激光器的可靠性和穩定性，是光纖激光器的關鍵器件，對光纖激光器的可靠性、壽命和制作成本等影響至關重要。

半導體激光器除了具有轉換效率高、體積小、重量輕的優點以外，其最大的缺點就是光束質量差，其發散角大，并且，快慢軸方向的差別較大。以793nm半導體激光器單管為例，快軸發光區尺寸約為1.2μm，慢軸發光區尺寸90μm，所對應的快慢軸發散角分別為50度和10度。以光參數積來表示光束質量，可以寫成：

BPP（快軸）= 1.2×10-3mm/2×50/2×17. 5 mrad = 0.26 mm·mrad

BPP（慢軸）= 90×10-3mm/2×10/2×17. 5 mrad = 3.94 mm·mrad

可見，盡管快軸相對慢軸具有更好的光束質量，但也具有更寬的發散角。光束在這么大的尺度上很難直接利用，因此用于光纖激光器泵浦時必須要先對其進行光束整形和耦合。

并且，為了獲得高功率的光纖耦合輸出泵浦模塊，只使用半導體激光器單管難以滿足要求，需要采用多支半導體激光器來進行同時泵浦。通常可以采用兩種方式，一種是采用半導體激光器線陣或疊陣合束的方式，另外一種則采用半導體激光器單管合束的方式。前者具有更高的輸出功率，但驅動電流大、散熱要求高、并且需要復雜昂貴的光束整形系統，尤為重要的是其效率較低，可靠性差；后者則由于不需要光束整形系統，調制簡單，并且系統散熱簡單，壽命長，效率也較高。

發明內容

本實用新型是要提供一種光纖耦合結構，該光纖耦合結構利用了多反射鏡法對單管半導體激光器進行整形和合束，效率高而且可靠性高。為了實現上述目的，本實用新型采用了如下技術方案：

一種光纖耦合結構，包括一組半導體激光器單管、反射鏡和慢軸準直鏡、半波片、聚焦透鏡和光纖，所述半波片和所述聚焦透鏡之間設置有偏振合束鏡，所述偏振合束鏡的一側還設置有一組半導體激光器單管、反射鏡和慢軸準直鏡，所述半導體激光器單管與所述反射鏡數量一致。

優選地，所述半導體激光器單管為793nm半導體激光器單管，所述半導體激光器單管的波長為793±1nm，輸出功率為1~5W。

優選地，所述半導體激光器單管1的數量為2~20個。半導體激光器單管的個數通常為2~20，大于20會增大系統的復雜性，本實用新型的設置了兩組，每組皆由5個半導體激光器單管組成，。

優選地，所述反射鏡為階梯狀排列。階梯狀排列的反射鏡將經快軸準直的單管激光器輸出的光在同一方向上按照先后次序排列，在快軸方向上實現了疊加。

優選地，所述慢軸準直鏡3為柱透鏡。作用為將經過快軸疊加的光束在慢軸方向再進行準直，

優選地，所述光纖端面7的光纖芯徑為105μm或220μm。光纖用于泵浦激光器輸出使用。

本實用新型的光纖耦合結構中，半波片可以將所通過激光的偏振態旋轉90°，以使兩束激光偏振態相互垂直，偏振合束鏡將兩組經過快慢軸準直偏振態相互垂直的光束進行合成一束，聚焦透鏡將進行準直、合束后的激光進行聚焦，其光束質量可以滿足與光纖數值孔徑匹配的要求。綜上，本實用新型的典型模塊結構可以利用10個5W的793nm激光器單管，實現了40W以上的較好光束質量的光纖耦合輸出。本實用新型提出的這種多個單管的多反射鏡雙路準直耦合結構，利用多個單管器件的耦合，相對于線陣或者疊陣結構，具有效率高、可靠性高的特點。

附圖說明

圖1是本實用新型的光纖耦合結構圖；

圖2是本實用新型的半導體激光器未整形前的快慢軸光束分布圖。

圖中：1—半導體激光器單管；2—反射鏡；3—慢軸準直鏡；4—聚焦透鏡；5—偏振合束鏡；6—聚焦透鏡；7—光纖端面。

具體實施方式