[发明专利]一种激光二极管列阵/面阵的尾纤耦合输出装置

说明书

技术领域

本发明属于半导体激光器的光束整形和耦合技术领域。可用于制造高效大功率尾纤输出的激光二极管列阵或面阵。

背景技术

大功率的双包层光纤激光器和放大器在国防军事，工业上先进的激光制造加工，精密焊接以及激光雷达等方面有着至关重要的应用。此类大功率的双包层光纤激光器和放大器的泵浦源一般为激光二极管阵列和面阵。因此，如何将激光二极管列阵和面阵的泵浦光高效的耦合进双包层光纤中便成了制作大功率光纤激光器和放大器的技术关键。

泵浦耦合技术作为高功率光纤激光器和放大器的核心技术，目的是要把几百瓦甚至上千瓦的激光二极管列阵和面阵的泵浦光功率耦合进直径只有数百微米的双包层光纤内包层，以获得高的泵浦效率。但由于二极管列阵和面阵的发光面积比较大，而且输出光束具有长宽比极其不对称，较大的像散，发散角很大等诸多缺点，所以在耦合进光纤前必须进行必要的光束整形，使其能高效的耦合进光纤里。

针对激光二极管列阵和面阵的结构特点和输出光束特性，先后发展出多种光束整形和耦合的方法和装置。例如利用光纤列阵匹配激光二极管列阵的发光面，然后将光纤合束成单根光纤输出的尾纤耦合输出方法，参见[中国专利申请号：0510016766.X用于高功率半导体激光列阵光束准直、聚焦装置和中国专利申请号：0610072502.0用于高功率半导体激光列阵的光束转换整形装置]，此类方法的不足在于光纤列阵中的每个光纤都要与激光二极管列阵的每个发光区精确对准，轻微的位置偏移就会引起耦合效率的严重下降。

或是利用棱镜和反射镜对激光二极管列阵和面阵的输出光束进行分割，旋转和重排，达到均衡快慢轴光束质量方便进一步的聚焦和耦合进尾纤，这类技术参见[中国专利申请号：0510011495.9折反棱镜堆实现条阵半导体激光器整形的方法，中国专利申请号：0510011241.7同轴对称型微反射镜阵实现半导体激光器光束整形方法，中国专利申请号：0710063249.7实现大功率激光二极管堆光束整形的装置和中国专利申请号：0710056218.9一种面阵半导体激光器的光束整形装置]，此类方法的不足在于光学整形器件十分的精细和复杂，不仅制作成本高而且不易调节。

发明内容

本发明是解决带快轴准直的激光二极管列阵或面阵的尾纤耦合输出时，耦合输出效率与器件的制作工艺以及实现成本之间的矛盾问题，为大功率掺杂光纤激光器以及放大器的制作提供高效大功率尾纤输出的半导体泵浦源，为实现激光制造加工，精密焊接以及制作大功率激光武器提供可能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种激光二极管列阵/面阵的尾纤耦合输出装置，构成该装置的器件之间的连接：带快轴准直的激光二极管列阵的发光面紧贴输入端面为长条形的光纤锥形体或带快轴准直的激光二极管面阵的发光面紧贴输入端面为正方形的光纤锥形体；输入端面为长条形的光纤锥形体的末端或输入端面为正方形的光纤锥形体的末端分别位于第一个抛物面反射镜或第二个抛物面反射镜的焦点上；第一个抛物面反射镜或第二个抛物面反射镜分别位于第一个球形聚焦透镜或第二个球形聚焦透镜的一侧的焦距位置；单模光纤或双包层光纤位于第一个球形聚焦透镜或第二个球形聚焦透镜的另一侧的焦距位置。

输入端面为长条形的光纤锥形体的输入端的横截面为10mm*1mm的长条形，输出端横截面是直径为200um的圆形；

输入端面为正方形的光纤锥形体的输入端的横截面为14mm*14mm的正方形，输出端横截面直径为400um的圆形；

输入端面为长条形的光纤锥形体和输入端面为正方形的光纤锥形体的总长度均为30cm，同时沿着长度方向，横截面的大小是均匀变小，侧向表面是旋转扭曲变化的。

第一个抛物面反射镜和第二个抛物面反射镜的材质为金或银，第一个抛物面反射镜和第二个抛物面反射镜的抛物面所遵循抛物线方程y²＝2px，第一个抛物面反射镜的参数p为4～6；第二个抛物面反射镜的参数p为8～10。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：具有明显的简化工艺，降低成本的效果和巨大的经济潜力。