[发明专利]光纤耦合结构及半导体激光器

说明书

本发明公开了一种光纤耦合结构及半导体激光器，其中，光纤耦合结构包括：依次排布的导光元件、聚光元件和光纤；导光元件，设置有第一端面和第二端面，用于引导激光束由第一端面射入并由第二端面射出，其中，第一端面大于激光束的横截面；聚光元件用于将穿过导光元件的激光束汇聚后射入光纤。另外，还在激光束传输路径上设置了第一光阑和第二光阑，以滤除杂光。通过上述方式，本发明能够提高耦合工艺的容忍度，同时，避免了激光束P的位置和/或角度发生微小变动时造成的功率损失，保证了半导体激光器的整体输出功率的稳定性。另外，通过导光元件减小了激光束在自由空间中传输的距离，可以在保持光束的质量不下降的同时减小耦合损失。

技术领域

本发明涉及光学系统技术领域，特别是涉及一种光纤耦合结构及半导体激光器。

背景技术

半导体激光器的应用范围广泛，市场需求越来越高。其中，高功率半导体激光器主要应用于激光焊接、切割等领域。高功率半导体激光器的功率可以达到几百瓦、几千瓦、甚至上万瓦，其激光束由数十个分立的激光芯片发出，经过光束准直和整形合束等光学集成操作后，耦合至光纤。

接收激光的光纤非常细，通常在数百微米量级。这就导致激光束容易偏出纤芯，从而造成输出功率不稳定，甚至烧毁光纤周边部件；如果进入光纤的激光束入射角不受约束或激光束的杂光太多，那些大角度光束就容易从纤芯中发散出来，进入光纤包层甚至光纤外包的涂覆层，损坏光纤；让激光束在自由空间中传输的距离太长，会使激光束质量减小。因此，将激光束耦合至光纤至关重要。

光纤耦合结构用于将激光束耦合至光纤，目前，光纤耦合结构使用效果不好。

例如，公开号为CN108680992A的中国专利公开了一种聚焦耦合输出端结构，采用一聚焦耦合光纤头收集宽光束的平行光束，将之聚焦压缩，再从纤尾输出，该结构头大尾小，其过度段为一拉锥形成的锥形波导，在锥形波导外设置有玻璃管，玻璃管里面填充了光学胶，在玻璃管外面设置有金属管，金属管用于散热。该专利的缺点包括耦合工艺容忍度低。即用于生成激光束的元件受到温度和应力等外部因素的影响而发生位置的微小变化时，激光束的位置和角度会随之变化，导致部分光束会射出锥形波导外，从而损失部分功率，甚至烧毁内部元件。另外，该专利虽然能去除一部分低质量光束，但不是足够有效。即少部分光束射出光纤锥形波导到达玻璃管时与光学胶作用产生部分热，未出射的杂光影响最终光纤输出的光束质量。

又如，公开号为CN 208953728U的中国专利公开了一种光纤合束器，包括输出光纤以及由多根输入光纤维插入锥形多孔套管中加热形成的固化光纤束。所述固化光纤束的一端面与所述输出光纤的一端面熔接。该专利的缺点是只适合多个小功率激光器合束为一个大功率激光器，无法应用于单个高功率半导体激光器，而且制造光纤合束器的方法复杂，成本高。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种光纤耦合结构及半导体激光器，提高耦合工艺容忍度。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种光纤耦合结构，包括：依次排布的导光元件、聚光元件和光纤；

其中，所述导光元件设置有第一端面和第二端面，用于引导激光束由所述第一端面射入并由所述第二端面射出，其中，所述第一端面大于所述激光束的横截面；

所述聚光元件用于将穿过所述导光元件的所述激光束汇聚后射入所述光纤的第三端面。

进一步地，所述导光元件沿所述激光束的传输方向延伸。

进一步地，所述导光元件包括：

芯体，所述第一端面和所述第二端面分别设置于所述芯体上；

外层，套设于所述芯体外，所述外层与所述芯体的折射率不同以使得所述激光束被限制在所述芯体内传输。

进一步地，所述聚光元件为聚焦透镜。