[实用新型]一种光纤耦合结构

说明书

技术领域

本专利涉及光电子学领域，特别涉及一种光纤耦合结构。

背景技术

光纤激光器是由泵浦源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。作为继CO2激光器和固体激光器之后的第三代激光器，与传统二氧化碳激光器相比，具有 20% 耗电、10%体积、4倍速度快、20%转换效率高等优点。

高功率光纤激光器将半导体激光器泵浦技术和双包层光纤掺杂制造技术有机结合起来，吸收两者优势，将高功率、低亮度、廉价的多模半导体激光器光通过泵浦双包层光纤结构，实现高亮度、衍射受限的单模激光输出，大大提高了耦合及转换效率，增加了输出激光功率。

半导体激光器抽运源作为光纤激光器中的唯一有源器件，其成本占整个光纤激光器的60~70%，并且决定了整个激光器的可靠性和稳定性，是光纤激光器的关键器件，对光纤激光器的可靠性、寿命和制作成本等影响至关重要。

半导体激光器除了具有转换效率高、体积小、重量轻的优点以外，其最大的缺点就是光束质量差，其发散角大，并且，快慢轴方向的差别较大。以793nm半导体激光器单管为例，快轴发光区尺寸约为1.2μm，慢轴发光区尺寸90μm，所对应的快慢轴发散角分别为50度和10度。以光参数积来表示光束质量，可以写成：

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

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

可见，尽管快轴相对慢轴具有更好的光束质量，但也具有更宽的发散角。光束在这么大的尺度上很难直接利用，因此用于光纤激光器泵浦时必须要先对其进行光束整形和耦合。

并且，为了获得高功率的光纤耦合输出泵浦模块，只使用半导体激光器单管难以满足要求，需要采用多支半导体激光器来进行同时泵浦。通常可以采用两种方式，一种是采用半导体激光器线阵或叠阵合束的方式，另外一种则采用半导体激光器单管合束的方式。前者具有更高的输出功率，但驱动电流大、散热要求高、并且需要复杂昂贵的光束整形系统，尤为重要的是其效率较低，可靠性差；后者则由于不需要光束整形系统，调制简单，并且系统散热简单，寿命长，效率也较高。

发明内容

本实用新型是要提供一种光纤耦合结构，该光纤耦合结构利用了多反射镜法对单管半导体激光器进行整形和合束，效率高而且可靠性高。为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种光纤耦合结构，包括一组半导体激光器单管、反射镜和慢轴准直镜、半波片、聚焦透镜和光纤，所述半波片和所述聚焦透镜之间设置有偏振合束镜，所述偏振合束镜的一侧还设置有一组半导体激光器单管、反射镜和慢轴准直镜，所述半导体激光器单管与所述反射镜数量一致。

优选地，所述半导体激光器单管为793nm半导体激光器单管，所述半导体激光器单管的波长为793±1nm，输出功率为1~5W。

优选地，所述半导体激光器单管1的数量为2~20个。半导体激光器单管的个数通常为2~20，大于20会增大系统的复杂性，本实用新型的设置了两组，每组皆由5个半导体激光器单管组成，。

优选地，所述反射镜为阶梯状排列。阶梯状排列的反射镜将经快轴准直的单管激光器输出的光在同一方向上按照先后次序排列，在快轴方向上实现了叠加。

优选地，所述慢轴准直镜3为柱透镜。作用为将经过快轴叠加的光束在慢轴方向再进行准直，

优选地，所述光纤端面7的光纤芯径为105μm或220μm。光纤用于泵浦激光器输出使用。

本实用新型的光纤耦合结构中，半波片可以将所通过激光的偏振态旋转90°，以使两束激光偏振态相互垂直，偏振合束镜将两组经过快慢轴准直偏振态相互垂直的光束进行合成一束，聚焦透镜将进行准直、合束后的激光进行聚焦，其光束质量可以满足与光纤数值孔径匹配的要求。综上，本实用新型的典型模块结构可以利用10个5W的793nm激光器单管，实现了40W以上的较好光束质量的光纤耦合输出。本实用新型提出的这种多个单管的多反射镜双路准直耦合结构，利用多个单管器件的耦合，相对于线阵或者叠阵结构，具有效率高、可靠性高的特点。

附图说明

图1是本实用新型的光纤耦合结构图；

图2是本实用新型的半导体激光器未整形前的快慢轴光束分布图。

图中：1—半导体激光器单管；2—反射镜；3—慢轴准直镜；4—聚焦透镜；5—偏振合束镜；6—聚焦透镜；7—光纤端面。

具体实施方式