專(zhuān)利名稱(chēng)：一種二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光器中泵浦光源的整形耦合系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)。用于大尺寸片狀工作介質(zhì)激光器的端面均勻泵浦耦合。
背景技術(shù)：
隨著二極管泵浦固體激光器向高技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的深入推進(jìn)，對(duì)激光器的輸出功率和光束質(zhì)量都提出了更高的要求。但是高功率激光輸出伴隨著高的廢熱產(chǎn)生，由此導(dǎo)致的熱畸變將使光束質(zhì)量快速下降。提高激光器中泵浦耦合系統(tǒng)對(duì)大發(fā)光面積二極管陣列光源的勻化能力是克服增益介質(zhì)熱畸變的有效方法。同時(shí)，為了便于推廣應(yīng)用，系統(tǒng)需要簡(jiǎn)單、可靠、成本低?，F(xiàn)有的二極管陣列耦合系統(tǒng)主要有兩種形式:1)光纖耦合系統(tǒng):將二極管陣列光源用微光學(xué)元件耦合到光纖中，出射光經(jīng)透鏡準(zhǔn)直后用拋物面鏡和直角棱鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)激光介質(zhì)的多通泵浦。2)微透鏡陣列耦合系統(tǒng):二極管陣列快慢軸方向的處理方法相同，即先用準(zhǔn)直透鏡組對(duì)光源陣列中每個(gè)二極管進(jìn)行準(zhǔn)直，接著用微柱透鏡陣列將每個(gè)二極管光源分割成多個(gè)子束，再用另一個(gè)微柱透鏡陣列作為場(chǎng)鏡，改變每個(gè)子束的發(fā)散角，最后用一柱透鏡將多個(gè)子束在焦平面上進(jìn)行疊加，疊加光斑的大小可以用第二個(gè)微透鏡陣列進(jìn)行調(diào)節(jié)。這兩種耦合方 法均存在一些不足:第一種耦合系統(tǒng)雖然可以實(shí)現(xiàn)多通，但將二極管陣列耦合到光纖中需要復(fù)雜的微光學(xué)元件，光纖中出射的光不是均勻分布而是近高斯分布，系統(tǒng)的耦合效率約為609^70% ;第二種耦合方式需采用兩組微透鏡陣列組，調(diào)試難度大，加工成本高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)中二極管陣列稱(chēng)合光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜、微光學(xué)兀件加工難度大和成本高的不足，本發(fā)明提供一種二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)。本發(fā)明的二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，所述的耦合系統(tǒng)包括準(zhǔn)直透鏡、正交柱透鏡組、空心波導(dǎo)、成像透鏡組，其中，正交柱透鏡組包括第一柱透鏡和第二柱透鏡，成像透鏡組包括第一球透鏡和第二球透鏡。二極管陣列的出射光依次經(jīng)準(zhǔn)直透鏡、第一柱透鏡、第二柱透鏡壓縮到空心波導(dǎo)中，光束經(jīng)空心波導(dǎo)的分割、展寬和疊加后在出口端得到近平頂分布的光斑，光斑通過(guò)第一球透鏡、第二球透鏡成像到激光介質(zhì)上，以此大幅降低增益區(qū)的熱畸變。所述的準(zhǔn)直透鏡焦距為0.6mnT0.9mm,材料為光學(xué)玻璃。所述的第一柱透鏡的焦距為310mnT380mm，材料為光學(xué)玻璃。所述的第二柱透鏡的焦距為240mnT260mm，材料為光學(xué)玻璃。所述的空心波導(dǎo)通光口徑為方形或六邊形，通光口徑的圓內(nèi)切直徑范圍為O 40mm O 60mm,長(zhǎng)度為 200mm 350mm。所述的空心波導(dǎo)鍍高反膜，反射率≥98%。
所述的空心波導(dǎo)的材料選用航空鋁或不銹鋼。所述的第一球透鏡和第二球透鏡直徑為OSSmnr*!1100mm,焦距為70mnTl90mm,材
料為光學(xué)玻璃。本發(fā)明的二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)，采用準(zhǔn)直透鏡和正交柱透鏡組將大發(fā)光面二極管陣列光源整形成小光斑，小光斑與空心波導(dǎo)入口端的通光口徑相內(nèi)接，光束經(jīng)空心波導(dǎo)的勻化作用后在出口端得到高均勻性的光斑，空心波導(dǎo)出口端的勻化光斑用成像透鏡組成像到工作介質(zhì)上，以此提高工作介質(zhì)的增益均勻性。二極管泵浦固體激光器的發(fā)展所面臨的棘手問(wèn)題是提高出射激光的亮度，提高激光介質(zhì)增益區(qū)的泵浦均勻性是解決這一問(wèn)題的一種有效方法，然而組成二極管陣列的激光二極管兩個(gè)方向的光束質(zhì)量因子差別很大，即在Ium方向的光束質(zhì)量因子M2 一 I，IOmm方向的光束質(zhì)量因子M2 一 2700，二極管陣列在Ium方向有數(shù)十個(gè)激光二極管堆疊，由此二極管陣列光束質(zhì)量因子變得更差，這將大大的制約二極管陣列作為泵浦源的應(yīng)用。在光纖耦合系統(tǒng)中需要采用微光學(xué)元件將激光二極管光源進(jìn)行整形，光 路復(fù)雜且耦合效率不理想，微透鏡陣列耦合系統(tǒng)需要將激光二極管光源分割為多個(gè)子束，場(chǎng)鏡陣列中的微透鏡要與各個(gè)子束對(duì)應(yīng)用來(lái)控制發(fā)散角，所有這些都會(huì)對(duì)光學(xué)元件提出很高的要求，這也限制了這些方法的應(yīng)用。本發(fā)明的二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)中采用的準(zhǔn)直透鏡、正交柱透鏡組、空心波導(dǎo)和成像透鏡組都是通用的光學(xué)元件。本發(fā)明的耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耦合效率較高，易于加工和裝調(diào)，成本低。


圖1是本發(fā)明的二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)的光路 圖中，1.準(zhǔn)直透鏡 2.第一柱透鏡 3.第二柱透鏡 4.空心波導(dǎo) 5.第一球透鏡 6.第二球透鏡。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。實(shí)施例1
圖1是本發(fā)明的一種二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)實(shí)施例1的光路圖。圖1中，本發(fā)明的二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)，包括準(zhǔn)直透鏡1、正交柱透鏡組、空心波導(dǎo)4、成像透鏡組，其中，正交柱透鏡組包括第一柱透鏡2和第二柱透鏡3，成像透鏡組包括第一球透鏡5和第二球透鏡6。二極管陣列的出射光依次經(jīng)準(zhǔn)直透鏡1、第一柱透鏡2、第二柱透鏡3壓縮到空心波導(dǎo)4中，光束經(jīng)空心波導(dǎo)4的分割、展寬和疊加后在出口端得到近平頂分布的光斑，光斑通過(guò)第一球透鏡5、第二球透鏡6成像到激光介質(zhì)上。本實(shí)施例中，所述的準(zhǔn)直透鏡I焦距為0.6mm，材料為光學(xué)玻璃。所述的第一柱透鏡2的通光口徑為IIOmmX 110mm，焦距為310mm，材料為光學(xué)玻璃。所述的第二柱透鏡3的通光口徑為IIOmmX 120mm，焦距為240臟，材料為光學(xué)玻璃。所述的空心波導(dǎo)4的通光口徑為方形，通光口徑的圓內(nèi)切直徑為040mm，空心波導(dǎo)的長(zhǎng)度為200mm，空心波導(dǎo)鍍高反膜，反射率> 98%，空心波導(dǎo)材料為航空鋁。所述的第一球透鏡5的直徑為OSOmm,焦距為130mm,材料為光學(xué)玻璃。所述的第二球透鏡6的直徑為O 55mm，焦距為70mm，材料為光學(xué)玻璃。
實(shí)施例2
本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處是，準(zhǔn)直透鏡焦距為0.9mm，材料為光學(xué)玻璃。空心波導(dǎo)的通光口徑為六邊形，通光口徑的圓內(nèi)切直徑為040_，空心波導(dǎo)長(zhǎng)度為250mm，材料為不銹鋼。實(shí)施例3
本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處是，第一柱透鏡通光口徑為120mmX80mm，焦距為380mm，材料為光學(xué)玻璃。第二柱透鏡通光口徑為106mmX 140mm，焦距為260mm，材料為光學(xué)玻璃?？招牟▽?dǎo)的通光口徑為六邊形，通光口徑的圓內(nèi)切直徑為060_，空心波導(dǎo)長(zhǎng)度為350mm，空心波導(dǎo)材料為航空鋁。實(shí)施例4
本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處是，第一球透鏡的直徑為O 100mm，焦距為190mm，材料為光學(xué)玻璃。第二球透鏡的直徑為O60mm，焦距為90mm，材料為光學(xué)玻璃。
權(quán)利要求
1.一種二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述的耦合系統(tǒng)包括準(zhǔn)直透鏡(I)、正交柱透鏡組、空心波導(dǎo)(4)、成像透鏡組，其中，正交柱透鏡組包括第一柱透鏡(2)和第二柱透鏡(3)，成像透鏡組包括第一球透鏡(5)和第二球透鏡(6)； 二極管陣列的出射光依次經(jīng)準(zhǔn)直透鏡(I)、第一柱透鏡(2)、第二柱透鏡(3)壓縮到空心波導(dǎo)(4)中，光束經(jīng)空心波導(dǎo)(4)的分割、展寬和疊加后在出口端得到近平頂分布的光斑，光斑通過(guò)第一球透鏡(5 )、第二球透鏡(6 )成像到激光介質(zhì)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述的準(zhǔn)直透鏡(I)焦距為0.6mm 0.9mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述的第一柱透鏡(2)的焦距為310mm 380mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述的第二柱透鏡(3)的焦距為240_ 260_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述的空心波導(dǎo)(4)中的通光口徑為方形或六邊形，通光口徑的圓內(nèi)切直徑范圍為040mm O 60mm,空心波導(dǎo)長(zhǎng)度為200mm 350mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述的空心波導(dǎo)(4)鍍高反膜，反射率> 98%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述的空心波導(dǎo)(4)的材料選用航空鋁或不銹鋼。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述的第一球透鏡(5)和第二球透鏡(6)的直徑為①55mm C1IOOmm,焦距為70mm 190_。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)，所述的耦合系統(tǒng)中的準(zhǔn)直透鏡和正交柱透鏡組將二極管陣列光源的出射光整形壓縮到空心波導(dǎo)中，光束經(jīng)空心波導(dǎo)的分割、展寬和疊加后在出口端得到近平頂分布的光斑，再用成像透鏡組將勻化光斑成像到激光介質(zhì)上，提高激光器的增益均勻性，降低熱畸變。本發(fā)明的二極管陣列波導(dǎo)勻化成像耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耦合效率高，易于加工和裝調(diào)，成本低。
文檔編號(hào)G02B27/09GK103163648SQ20131008147
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者蔣建鋒, 于益, 靳金偉, 涂波, 王亞麗, 蔡震, 姚震宇 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所