一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是激光器應(yīng)用技術(shù)，尤其是一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于光纖激光具有轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、熱管理方便、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，高功率光纖激光技術(shù)得到迅速發(fā)展，單纖單模輸出功率巳經(jīng)邁進(jìn)萬瓦量級(jí)，基模千瓦級(jí)光纖激光器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用化。對(duì)于實(shí)際的光纖激光系統(tǒng)，從光纖激光器輸出的光束一般還要經(jīng)過準(zhǔn)直系統(tǒng)擴(kuò)束后再進(jìn)行傳輸和應(yīng)用。目前，現(xiàn)有的光纖準(zhǔn)直器都與光纖輸出端分離，對(duì)于高功率光纖激光來說，為了減小輸出端損耗并保護(hù)光纖端面，通常在光纖輸出端熔接有大直徑石英端帽，并在端帽兩端鍍膜。光纖準(zhǔn)直器與光纖輸出端分離的結(jié)構(gòu)雖然易于更換，但缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，在某些對(duì)體積有嚴(yán)格要求的應(yīng)用中不能滿足使用要求。
[0003]例如多束光纖激光拼接合成應(yīng)用中，要求拼接光束具有較高的占空比，目前的光學(xué)準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占空比低，無法直接排列拼接，需要額外的合成光路才能實(shí)現(xiàn)高占空比的光束拼接。現(xiàn)有的高功率光纖激光端帽與準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)分離，光學(xué)元件及光學(xué)界面較多，增大了激光的傳輸損耗，并且光學(xué)界面的后向散射回光會(huì)對(duì)光纖激光器造成干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)裝置的技術(shù)方案，該方案兼具光纖端帽和激光準(zhǔn)直器的作用，減少了光學(xué)元件的數(shù)量，減小了光纖準(zhǔn)直器的體積并降低了激光散射回光對(duì)光纖激光器的干擾。
[0005]本方案是通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的:
一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)裝置，包括有光纖激光器、準(zhǔn)直器尾光纖和準(zhǔn)直光學(xué)器件;光纖激光器發(fā)出的激光通過準(zhǔn)直器尾光纖耦合進(jìn)入準(zhǔn)直光學(xué)器件后輸出準(zhǔn)直后的激光。
[0006]作為本方案的優(yōu)選:準(zhǔn)直器尾光纖上設(shè)置有尾纖保護(hù)套。
[0007]作為本方案的優(yōu)選:準(zhǔn)直光學(xué)器件為平凸光學(xué)透鏡；所述平凸光學(xué)透鏡的兩個(gè)光學(xué)表面，一個(gè)是平面，另一個(gè)是凸面，平面與凸面的焦平面重合。
[0008]作為本方案的優(yōu)選:平凸光學(xué)透鏡的平面端設(shè)置有多級(jí)臺(tái)階。
[0009]作為本方案的優(yōu)選:準(zhǔn)直器尾光纖與平凸光學(xué)透鏡的平面熔接，準(zhǔn)直器尾光纖的光軸與平凸光學(xué)透鏡的光軸重合。
[0010]作為本方案的優(yōu)選:準(zhǔn)直器尾光纖采用與被準(zhǔn)直的光纖激光器輸出光纖相同的材料和技術(shù)參數(shù)。
[0011]作為本方案的優(yōu)選:平凸光學(xué)透鏡的材料與準(zhǔn)直器尾光纖的纖芯材料相同，平凸光學(xué)透鏡的凸面鍍增透膜。
[0012]作為本方案的優(yōu)選:準(zhǔn)直光學(xué)器件為錐形準(zhǔn)直透鏡;錐形準(zhǔn)直透鏡的錐端與準(zhǔn)直器尾光纖熔接。
[0013]作為本方案的優(yōu)選:錐形準(zhǔn)直透鏡的材料與準(zhǔn)直器尾光纖的纖芯材料相同，錐形準(zhǔn)直透鏡的非錐面鍍增透膜。
[0014]本方案的基本原理是:光纖激光器的纖芯較小，光纖輸出端可以近似認(rèn)為是一個(gè)光束定向傳輸?shù)狞c(diǎn)光源，平凸光學(xué)透鏡的平面端與光纖輸出端恪接在一起，則該點(diǎn)光源與平凸光學(xué)透鏡的平面端重合，由于平凸光學(xué)透鏡的平面端與凸面的焦平面重合，則該點(diǎn)光源也與凸面的焦平面重合，因此經(jīng)過光纖輸出端出射的激光經(jīng)過凸面后被準(zhǔn)直成平行光輸出。
[0015]平凸光學(xué)透鏡凸面的作用是對(duì)光纖輸出激光進(jìn)行準(zhǔn)直，其表面形狀可以是球面也可以是非球面，根據(jù)光學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)果，滿足光纖激光準(zhǔn)直的光束質(zhì)量要求即可。平凸光學(xué)透鏡的直徑應(yīng)稍大于準(zhǔn)直后激光束的直徑，其焦距f由光纖激光的數(shù)值孔徑和準(zhǔn)直后激光束尺寸決定，計(jì)算公式如下:
f=d/NA
其中，d是準(zhǔn)直后激光束半徑;NA是平凸光學(xué)透鏡平面端熔接的光纖的數(shù)值孔徑。
[0016]由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用單一器件既實(shí)現(xiàn)了光纖激光的準(zhǔn)直，又具有傳統(tǒng)端帽對(duì)光纖輸出端的保護(hù)作用，結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，減小了準(zhǔn)直系統(tǒng)的體積，提高了光纖準(zhǔn)直系統(tǒng)的占空比，并且光纖激光準(zhǔn)直過程中僅有一個(gè)光學(xué)界面，激光損耗小，散射雜散光少，傳輸效率高，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著地進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見的。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中，I為光纖激光器，2為準(zhǔn)直器尾光纖，3為平凸光學(xué)透鏡，4為尾纖保護(hù)套，5是異形平凸光學(xué)透鏡，6是錐形準(zhǔn)直透鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0022]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0023]實(shí)施例1
圖1是本發(fā)明的光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)器件光路結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，準(zhǔn)直器尾光纖2與平凸光學(xué)透鏡3的平面端熔接在一起，兩者熔接完成后裝配進(jìn)金屬材料的準(zhǔn)直器保護(hù)套4中，通過粘膠與準(zhǔn)直器保護(hù)套4固定。準(zhǔn)直器保護(hù)套4的作用是保護(hù)準(zhǔn)直器的尾纖2與平凸光學(xué)透鏡3的熔接點(diǎn)不被外力損傷。使用時(shí)，準(zhǔn)直器尾光纖2與光纖激光器I的輸出端相熔接。
[0024]圖1中，光纖激光器I采用的光纖數(shù)值孔徑NA=0.06，芯徑20μπι，材料為熔石英，包層直徑400μπι，輸出激光波長1064nm，光束質(zhì)量M2 ? 1.5，經(jīng)過準(zhǔn)直后激光輸出光束直徑約2mm。準(zhǔn)直器尾光纖2采用與光纖激光器I相同的光纖。平凸光學(xué)透鏡3的材料為熔石英，凸面形狀是球面，曲率半徑R=6.194mm，曲率半徑加工誤差A(yù)R/R〈0.03%，透鏡中心厚度19.90mm土
0.01mm，直徑4mm，凸面鍍1064nm激光增透膜。準(zhǔn)直器尾光纖2與平凸光學(xué)透鏡3熔接時(shí)控制兩者光軸角度誤差小于1mrad。
[0025]實(shí)施例2
圖2是本實(shí)施例的另一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)器件光路結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處在于:實(shí)施例1中，準(zhǔn)直器件是一個(gè)平凸光學(xué)厚透鏡;本實(shí)施例中，準(zhǔn)直器件仍是平凸透鏡，但外觀形狀有較大變化。異形平凸光學(xué)透鏡5的外徑分為三個(gè)部分，靠近凸面的部分直徑7.5mm，中間部分直徑是5mm，其作用是固定尾纖保護(hù)套4，與準(zhǔn)直器尾光纖2相連的部分直徑是1.5mm，其直徑的選擇是方便光纖熔接機(jī)自動(dòng)對(duì)中，保證準(zhǔn)直器尾光纖2與異形平凸光學(xué)透鏡5熔接在一起。異形平凸光學(xué)透鏡加工過程中保證外徑不同的三部分嚴(yán)格同心。
[0026]圖2中，異形平凸光學(xué)透鏡5材料為熔石英，凸面形狀是球面，曲率半徑R=18.000臟，曲率半徑加工誤差厶1?/1?〈0.01%，透鏡中心厚度57.81臟±0.02臟，凸面鍍106411111激光增透膜。準(zhǔn)直器尾光纖2與平凸光學(xué)透鏡5熔接時(shí)控制兩者光軸角度誤差小于5mrad。
[0027]實(shí)施例3
圖3是本實(shí)施例的另一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)器件光路結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處在于:實(shí)施例1中，準(zhǔn)直器件是一個(gè)平凸光學(xué)厚透鏡;本實(shí)施例中，準(zhǔn)直器件仍是平凸透鏡，但外觀形狀有較大變化。錐形準(zhǔn)直透鏡6外徑直徑7.5mm，錐形尾端與尾光纖2相連的平面直徑是1mm，錐形全角為20°，錐形準(zhǔn)直透鏡與光纖連接部分的的形狀選擇主要是方便光纖熔接機(jī)自動(dòng)對(duì)中，尾光纖2與錐形準(zhǔn)直透鏡6熔接的成品率。錐形準(zhǔn)直透鏡加工過程中保證入射平面與出射曲面同心。
[0028]圖3中，錐形準(zhǔn)直透鏡5材料為熔石英，凸面形狀是球面，曲率半徑R=18.000mm，曲率半徑加工誤差A(yù)R/R〈0.01%，透鏡中心厚度57.81mm±0.02mm，凸面鍍1064nm激光增透膜。準(zhǔn)直器尾光纖2與錐形準(zhǔn)直透鏡熔接時(shí)控制兩者光軸角度誤差小于5mrad。
[0029]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)裝置，其特征是:包括有光纖激光器、準(zhǔn)直器尾光纖和準(zhǔn)直光學(xué)器件;所述光纖激光器發(fā)出的激光通過準(zhǔn)直器尾光纖耦合進(jìn)入準(zhǔn)直光學(xué)器件后輸出準(zhǔn)直后的激光。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)裝置，其特征是:所述準(zhǔn)直器尾光纖上設(shè)置有尾纖保護(hù)套。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)裝置，其特征是:所述準(zhǔn)直光學(xué)器件為平凸光學(xué)透鏡;所述平凸光學(xué)透鏡的兩個(gè)光學(xué)表面，一個(gè)是平面，另一個(gè)是凸面，平面與凸面的焦平面重合。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)裝置，其特征是:所述平凸光學(xué)透鏡的平面端設(shè)置有多級(jí)臺(tái)階。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)裝置，其特征是:所述準(zhǔn)直器尾光纖與平凸光學(xué)透鏡的平面熔接，準(zhǔn)直器尾光纖的光軸與平凸光學(xué)透鏡的光軸重合。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)裝置，其特征是:所述準(zhǔn)直器尾光纖采用與被準(zhǔn)直的光纖激光器輸出光纖相同的材料和技術(shù)參數(shù)。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)裝置，其特征是:所述平凸光學(xué)透鏡的材料與準(zhǔn)直器尾光纖的纖芯材料相同，平凸光學(xué)透鏡的凸面鍍增透膜。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)裝置，其特征是:所述準(zhǔn)直光學(xué)器件為錐形準(zhǔn)直透鏡;所述錐形準(zhǔn)直透鏡的錐端與準(zhǔn)直器尾光纖熔接。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)裝置，其特征是:所述錐形準(zhǔn)直透鏡的材料與準(zhǔn)直器尾光纖的纖芯材料相同，錐形準(zhǔn)直透鏡的非錐面鍍增透膜。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光纖激光一體化準(zhǔn)直光學(xué)裝置，該方案包括有光纖激光器、準(zhǔn)直器尾光纖和準(zhǔn)直光學(xué)器件；光纖激光器發(fā)出的激光通過準(zhǔn)直器尾光纖耦合進(jìn)入準(zhǔn)直光學(xué)器件后輸出準(zhǔn)直后的激光。該方案兼具光纖端帽和激光準(zhǔn)直器的作用，減少了光學(xué)元件的數(shù)量，減小了光纖準(zhǔn)直器的體積并降低了激光散射回光對(duì)光纖激光器的干擾。
【IPC分類】G02B27/30
【公開號(hào)】CN105511098
【申請?zhí)枴緾N201610045335
【發(fā)明人】唐淳, 李建民, 顏宏, 王樹峰, 雒仲祥, 田飛, 李騰龍, 吳娟, 孫殷宏, 謝庚辰, 馬毅, 陳黎, 羅佳
【申請人】中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年1月25日