[发明专利]大功率固体激光高效率光纤耦合方法

摘要

本发明涉及一种大功率固体激光高效率光纤耦合方法，属于大功率固体激光光纤耦合技术领域。对于大功率固体激光，输出的激光为多模激光，不能简单的看作是基模，所以高斯光束束宽定义不能直接作为设计耦合系统的依据，针对这种情况，我们在多模激光束内引入等效高斯光束，并将多模激光束内包含光斑98％能量的环围圆径作为等效高斯光束的束宽直径，以此来设计光学耦合系统。本系统具有耦合效率高，稳定性好的优点。

主权项

1.大功率固体激光高效率光纤耦合方法，从激光器输出的激光，经第一透镜(1)、第二透镜(2)准直后入射到第三透镜(3)上，又经第三透镜(3)聚焦后耦合进光纤(4)；其特征在于，该方法是按以下步骤实现的：1)用“打相纸法”采集输出多模激光束束腰位置附近的光斑，相纸能够感应出包含光斑98％以上的能量轮廓，用游标卡尺读取光斑的直径，每个光斑测量多次取其算术平均，根据采集到的数据，利用双曲线拟合法计算光束参数积BPP_等效，并判定是否满足光纤耦合的条件；3)满足光纤耦合条件后，根据选定光纤(4)的芯径d_core和数值孔径N.A确定第三透镜(3)的焦距大小；φ为激光束在第三透镜(3)主面上的光斑直径，为了保证实际调节中留有余量，使第三透镜(3)的外径尺寸的90％为最大的通光孔径，即φ＝20*90％＝18mm，使光纤芯径的90％为通光孔径：$N.A=\frac{\mathrm{\φ}}{2\·f_3}$整理得：其中：f₃为第三透镜(3)的焦距值；4)根据第一透镜(1)材料的损伤阈值确定第一透镜(1)与激光器输出镜间的距离d₁；通过扩束比f₂/f₁确定第一透镜(1)、第二透镜(2)的焦距；其中，f₁为第一透镜(1)的焦距值，f₂为第二透镜(2)的焦距值；5)根据第一透镜(1)、第二透镜(2)的焦距f₁、f₂确定第一透镜(1)、第二透镜(2)间距l₁为：l₁＝f₁+f₂-Δ；其中Δ为第一透镜(1)的离焦量，下式中的Z₀为等效光束的共焦参数，ω₀为等效光束束腰半径，$\mathrm{\Δ}=\frac{{f_1}^2(f_1-d_1)}{{Z_0}^2+{(f_1-d_1)}^2},$6)根据经第二透镜(2)出射的激光束束腰的位置确定第二透镜(2)、第三透镜(3)的间距l₂，即第三透镜(3)的主面位于经第二透镜(2)出射的激光束束腰处：7)根据透镜(3)的焦距确定光纤端面(4)的位置l₃：1₃＝f₃