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基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统

阅读：0发布：2020-07-26

专利汇可以提供基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统，包括3组分别由16个巴条组成的半导体激光堆栈，每组半导体激光堆栈出射端设置有快轴准直镜、慢轴准直镜、快轴准直镜、慢轴准直镜、前方的反射镜和用于实现偏振合束作用的合束镜；采用一镜式空心全反射棱镜在快轴方向压缩光宽；每组半导体激光器波长相同，不同组半导体激光器波长不同，二向色镜用于将3组不同波长的激光堆栈进行波长合束；一对平行平板平衡快慢轴光束质量，一组扩束镜进行慢轴方向的扩束处理，聚焦镜将光束耦合进目标光纤中。所述系统采用一镜式压缩光宽，简单易调，实现了紧凑高效的光纤耦合。，下面是基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统，其特征在于，包括：3组分别由16个巴条组成的半导体激光堆栈(1)、(2)、(3)，每组半导体激光堆栈出射端设置有快轴准直镜(4)、慢轴准直镜(5)，快轴准直镜(4)、慢轴准直镜(5)前方的反射镜(6)和用于实现偏振合束作用的合束镜(7)；采用一镜式空心全反射棱镜(8)在快轴方向压缩光宽；每组半导体激光器波长相同，不同组半导体激光器波长不同，第一二向色镜(9)、第二二向色镜(10)用于将3组不同波长的激光堆栈进行波长合束；一对平行平板(11)平衡快慢轴光束质量，一组扩束镜(12)进行慢轴方向的扩束处理，聚焦镜(13)将光束耦合进目标光纤(14)中。
2.如权利要求1所述的基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统，其特性在于：所述巴条为cm-bar或mini-bar，3组半导体激光堆栈波长不同，分别为λ1、λ2、λ3。
3.如权利要求1所述的基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统，其特性在于：所述快轴准直镜(4)为非球面微柱透镜，所述慢轴准直镜(5)为微柱透镜阵列。
4.如权利要求1所述的基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统，其特性在于：所述偏振合束镜(7)中的下偏振合束镜的上表面镀有通过P偏振态光束薄膜。
5.如权利要求1所述的基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统，其特性在于：所述一镜式空心全反射棱镜(8)是一个等腰梯形棱镜，其中相对中心对称地挖出一个正方形棱镜和两个三角形棱镜，所述梯形棱镜的底角为45度。
6.如权利要求1所述的基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统，其特性在于：所述第一二向色镜(9)镀有通过λ1波段而反射λ2波段的薄膜，第二二向色镜(10)镀有通过λ1、λ2波段而反射λ3波段的薄膜。
7.如权利要求1所述的基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统，其特性在于：所述平行平板(11)底角都为45度。
8.如权利要求1所述的基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统，其特性在于：所述一组扩束镜(12)为两个平凸柱透镜或一个平凹另一个平凸柱透镜。
9.如权利要求1所述的基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统，其特性在于：所述聚焦镜(13)为非球面透镜，把整形后光束聚焦进目标光纤(14)中。

说明书全文

基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体激光器领域，具体涉及一种基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统。

背景技术

[0002] 大功率半导体激光器由于其具有体积小，寿命长，电光转换效率高等优势在材料加工、激光泵浦、生物医疗等领域得到广泛的应用。为实现半导体激光器的高功率、高亮度输出，针对半导体激光器研制高效的光纤耦合模块十分重要。

[0003] 目前针对半导体激光器获得大功率光纤耦合输出主要是通过合束技术，波长合束和偏振合束都能在不恶化光束质量的情况下提高输出功率。针对半导体激光堆栈进行光纤耦合，用光束整形消除巴条间暗区是必须操作。目前，虽有专利涉及到多巴条的光束整形，但是需要的整形棱镜较多，压缩光宽也由多个棱镜或反射镜组成，导致系统比较复杂、难调。

发明内容

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种简单紧凑、便于调整的光束整形系统，仅用一个棱镜去实现快轴光束的压缩，并结合合束技术获得大功率光纤耦合输出。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

[0006] 基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统，其包括：3组分别由16个巴条组成的半导体激光堆栈，每组半导体激光堆栈出射端设置有快轴准直镜、慢轴准直镜，快轴准直镜、慢轴准直镜前方的反射镜和用于实现偏振合束作用的合束镜；采用一镜式空心全反射棱镜在快轴方向压缩光宽；每组半导体激光器波长相同，不同组半导体激光器波长不同，第一二向色镜、第二二向色镜用于将3组不同波长的激光堆栈进行波长合束；一对平行平板平衡快慢轴光束质量，一组扩束镜进行慢轴方向的扩束处理，聚焦镜将光束耦合进目标光纤中。

[0007] 作为一种优选，所述巴条为cm-bar或mini-bar，3组半导体激光堆栈波长不同，分别为λ1、λ2、λ3。

[0008] 作为一种优选，所述快轴准直镜为非球面微柱透镜，所述慢轴准直镜为微柱透镜阵列。

[0009] 作为一种优选，所述偏振合束镜中的下偏振合束镜的上表面镀有通过P偏振态光束的薄膜。

[0010] 作为一种优选，所述一镜式空心全反射棱镜是在一个等腰梯形棱镜，其中相对中心对称地挖出一个正方形棱镜和两个三角形棱镜，所述梯形棱镜的底角为45度。

[0011] 作为一种优选，所述第一二向色镜镀有通过λ1波段而反射λ2波段的薄膜，第二二向色镜镀有通过λ1、λ2波段而反射λ3波段的薄膜。

[0012] 作为一种优选，所述平行平板底角都为45度。

[0013] 作为一种优选，所述一组扩束镜为两个平凸柱透镜或一个平凹另一个平凸柱透镜。

[0014] 作为一种优选，所述聚焦镜为非球面透镜，把整形后光束聚焦进目标光纤中。

[0015] 与现有技术相比，本发明有益的技术效果为：

[0016] 本发明仅用一个棱镜即可实现对快轴方向光束的紧密排列，减少棱镜数量，结构简单易调，可靠性高，又能获得高功率输出。附图说明

[0017] 图1为基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统的整体结构图.[0018] 图2为基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统的压缩光宽棱镜结构示意图。

[0019] 图3为基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统的切割光束的棱镜示意图。

[0020] 图4为基于空心全反射棱镜压缩光束的光纤耦合系统慢轴扩束系统示意图。

具体实施方式

[0021] 为下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

[0022] 如图1所示，本实施例所述的一体式全反射半导体激光器光束压缩及光纤耦合系统的具体实施例包括：3组分别由16个巴条组成的半导体激光堆栈1、2、3，分别设置在半导体激光堆栈出射端的快轴准直镜4、慢轴准直镜5；快轴准直镜4、慢轴准直镜5前方的反射镜6和用于实现偏振合束作用的合束镜7；采用一镜式空心全反射棱镜8对快轴方向压缩光宽；
每组半导体激光器波长相同，不同组半导体激光器波长不同；第一二向色镜9、第二二向色镜10将3组不同波长的激光堆栈进行波长合束；随后用一对平行平板11平衡快慢轴光束质量，一组扩束镜12进行慢轴方向的扩束处理，最后经聚焦镜13将光束耦合进目标光纤14中。

[0023] 本实施例中，对于每一个半导体激光巴条，为了提高合束质量及光纤耦合效率，所述快轴准直器4和慢轴准直器5选择微透镜和微透镜阵列进行快、慢轴准直，例如非球面柱透镜或非球面柱透镜阵列等。

[0024] 在本实施例中，所述一镜式空心全反射棱镜8利用在一个梯形棱镜整体结构中打通相对中心对称的一个正方形棱镜及两个三角形棱镜，如图2所示，利用这种结构让光束在棱镜内部发生全内反射从而在快轴方向实现均匀的压缩。

[0025] 在本实施例中，所述透镜、棱镜的光束入射面都镀有增透膜，光束反射面都镀有增反膜，减少能量损失，提高光-光转化效率。

[0026] 在本实施例中，如图3所述一对平行玻璃板11将被压缩的光束切割重排，这对平行平板11将被压缩后的光束在慢轴方向分成了两等份，将左侧的光束分别向下切割，之后再平移到右侧，让快轴光束质量扩大为原来2倍，慢轴光束质量缩小为原来2倍，使快慢轴光束质量达到均衡的状态。

[0027] 在本实施例中，如图4所示所述一对扩束柱透镜12，将重排后的光束在慢轴方向进行扩束，在聚焦前将光束整形成近似正方形光斑。

[0028] 最后，在本实施例中，所述聚焦镜13选用非球面透镜，把整形后光束耦合进光纤，提高光纤耦合效率。

[0029] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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