[发明专利]一种快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置及方法

说明书

本发明提供一种结构简单、体积小、适用于大发散角激光的耦合的快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置及方法。本发明包括激光芯片、准直镜、分光棱镜、角锥棱镜、工业相机、耦合物镜和光纤环形器；进行光纤耦合的方法为：点亮激光芯片，通过分光棱镜和角锥棱镜，在工业相机上形成参考光斑，点亮光纤激光器，光纤激光器发出的激光光束从光纤环形器的端口一入射，然后从光纤环形器的端口二出射，经过耦合物镜和光阑后，到达分光棱镜，经过反射后，在工业相机中成像，形成耦合光斑；最后使得工业相机图像中的参考光斑和耦合光斑重合，表明激光芯片（1）与待耦合的单模光纤的耦合端面对位一致，完成耦合。本发明可应用于光纤领域。

技术领域

本发明涉及光纤领域，尤其涉及一种快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置及利用该装置进行大发散角激光耦合至单模光纤的方法。

背景技术

光纤是光信号的传输通道，是光纤通信的关键材料。光纤的两个主要特征是损耗和色散。损耗是光信号在单位长度上的衰减或损耗，用db/km表示，该参数关系到光信号的传输距离，损耗越大，传输距离越短。光纤的色散主要关系到脉冲展宽。

按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤。多模光纤(Multi ModeFiber)的中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤(Single Mode Fiber)的中心玻璃芯较细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，由于单模光纤良好的光学传输特性，而且大部分光器件都是基于单模光纤的，越来越多的场景使用单模光纤。

光纤器件在自由空间光通信中有着重要的应用，将经过远距离传输的空间光耦合进入单模光纤是一项精密工程。在实际应用中，将激光芯片发出的自由空间光耦合到光纤中是最为关键的步骤之一，耦合效率的高低，决定了在光纤输出端能量的大小，由于单模光纤的芯径较窄，如何将激光芯片所发出的光尽可能多的耦合至光纤中成为一大难点。

公开号为CN 108663758 A的文献提出了一种利用平行光管准直激光、进行激光耦合到单模光纤的方案，但该方案仅仅平行光管的焦距就达到了5m，造成整体装置的尺寸在5m以上，尺寸过于庞大，更多的只是限于实验应用，难以实现规模化、产业化，且其只适用于耦合从激光芯片所发出的准平行光，无法用作耦合半导体激光芯片发出的具有较大发散角的激光。

透镜耦合法是目前自由空间光源和光纤耦合时最常用的方法之一。透镜一般有单球面透镜、非球面透镜、多透镜系统等,其中单球面透镜最简单也最容易制造，但由于球面像差的存在单球透镜的耦合效率不如其他透镜。因此,目前常用的是耦合物镜或非球面透镜。这种耦合方式的效率比套筒直接耦合方式高出许多,但对透镜的设计要求比较高,需根据激光芯片光源的特性和光纤特性选择合适的透镜。柱状透镜耦合方式也是一种常用的方法,其原理结构与单球透镜耦合方式类似,这种方式的耦合效率主要取决于透镜的尺寸、透镜与激光芯片的距离,同时也与透镜的折射率有关。在其他条件不变的情况下,透镜半径减小,可使耦合效率增大。但在实际应用中，其对调整机构定位精度要求较高,且对外界振动也非常敏感，一定程度上限制了其应用。

若能降低对透镜的设计要求，且提升器件间相互作用的稳定性，降低对外界振动的感应，则透镜耦合法能够大大地节省体积，也能应用于工业自动化领域，且也能耦合具有大发散角的激光。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、体积小、适用于大发散角激光的耦合的快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置，以及利用该装置进行大发散角激光耦合至单模光纤的方法，该方法操作简便，经过调试后，能够具有较高的稳定性，对外界振动不敏感，与现有技术相比，大大地降低了成本。