本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器光束整形，尤其涉及一種基于階梯棱鏡的波長復(fù)用高效光纖耦合系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、半導(dǎo)體激光器因為空間小、壽命長、電與光之間的轉(zhuǎn)換率高的優(yōu)點在工業(yè)加工、激光泵浦、生物醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛的使用。市面上大多數(shù)發(fā)光巴條的封裝形式是在垂直方向上堆疊，這大大提高了半導(dǎo)體激光器的功率，但是由于有散熱的需求，所以熱沉存在一定厚度，導(dǎo)致快軸方向上光束存在暗區(qū)，快慢軸上的光束質(zhì)量不均勻，光束很難耦合進入目標光纖，因此光纖耦合模塊的光束整形和合束顯得至關(guān)重要。

2、目前針對半導(dǎo)體激光器獲得大功率光纖耦合輸出主要是通過波長合束和偏振合束，它們都能在不惡化光束質(zhì)量的情況下提高輸出功率。針對半導(dǎo)體激光堆棧進行光纖耦合，用光束整形消除巴條間暗區(qū)是必須操作。然而，現(xiàn)有光束整形技術(shù)需要的整形棱鏡較多，導(dǎo)致系統(tǒng)比較復(fù)雜、難調(diào)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對以上缺點，本發(fā)明提供一種基于階梯棱鏡的波長復(fù)用高效光纖耦合系統(tǒng)。

2、技術(shù)方案：為解決上述問題，本發(fā)明采用一種基于階梯棱鏡的波長復(fù)用高效光纖耦合系統(tǒng)，包括多組激光光源、若干階梯棱鏡、準直透鏡、偏振合束棱鏡、擴束鏡，聚焦鏡；所述多組激光光源至少包括兩組入射方向垂直且偏振態(tài)相反的激光光源，每組激光光源均包括波長分別為λ1、λ2的兩種激光，所述準直透鏡設(shè)置于激光光源的出射端；每組激光光源相互平行地設(shè)置于一個階梯棱鏡兩側(cè)，所述階梯棱鏡包括水平面、坡面和反射面，所述水平面與坡面呈135°夾角，所述坡面的兩端各銜接一個水平面，所述坡面上鍍有透射波長λ1、反射波長λ2激光的薄膜或透射波長λ2、反射波長λ1的薄膜；所述水平面與坡面交替排布形成階梯面，所述反射面位于階梯面一側(cè)；

3、每組激光光源中波長λ1的激光經(jīng)過鍍有透射波長λ2、反射波長λ1的薄膜，激光光源中波長λ2的激光經(jīng)過鍍有透射波長λ1、反射波長λ2激光的薄膜，一部分激光被直接反射，另一部分激光進入階梯棱鏡內(nèi)部，進入階梯棱鏡內(nèi)部的激光經(jīng)坡面和反射面后射出階梯棱鏡，多組激光光源再經(jīng)過偏振合束棱鏡以實現(xiàn)偏振合束，最后依次經(jīng)過擴束鏡，聚焦鏡。

4、進一步的，所述階梯棱鏡的底面與水平面平行，所述反射面包括相互垂直的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面與水平面呈135°夾角，所述第二反射面與底面呈135°夾角。

5、進一步的，所述多組激光光源包括偏振態(tài)為p態(tài)的第一激光光源組、偏振態(tài)為s態(tài)的第二激光光源組，所述第一激光光源組與第二激光光源組入射方向相互垂直，所述偏振合束棱鏡鍍有透射p光，反射s光的薄膜。

6、進一步的，還包括與第二激光光源組平行設(shè)置第三激光光源組，且第三激光光源組偏振態(tài)為s態(tài)，第三激光光源組經(jīng)過另一偏振合束棱鏡與第一激光光源組、第二激光光源組實現(xiàn)偏振合束。

7、進一步的，每組激光光源包括一組波長為λ1的半導(dǎo)體激光堆棧和一組波長為λ2半導(dǎo)體激光堆棧的激光堆棧，每組激光堆棧包括若干巴條。

8、進一步的，所述階梯棱鏡的厚度h1為9-12mm，所述水平面的長度l1為1.2-1.5mm，所述坡面在水平面所在平面上的投影長度l2為0.42-0.84mm，所述第一反射面和第二反射面的長度l3相等，l3為5.4-5.7mm。

9、進一步的，所述準直透鏡包括快軸準直透鏡、慢軸準直鏡，快軸準直透鏡為d型非球面柱透鏡，所述慢軸準直透鏡為微柱透鏡陣列。

10、進一步的，所述階梯棱鏡、準直透鏡、偏振合束棱鏡、擴束鏡，聚焦鏡的光束入射面都鍍有增透膜，光束反射面都鍍有增反膜。

11、進一步的，所述擴束鏡為伽利略擴束鏡，包括一個平凹和一個平凸柱透鏡，擴束鏡用于勻化快慢軸方向上的光斑尺寸。

12、進一步的，所述聚焦鏡為非球面透鏡，用于將光束耦合進入目標光纖。

13、有益效果：本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，其顯著優(yōu)點是通過階梯棱鏡的波長合束面的多次反復(fù)使用來有效改變光束路徑，從而實現(xiàn)了高效的光束暗區(qū)壓縮和波長合束，進而提升快軸方向的光束質(zhì)量，再結(jié)合偏振合束來提高輸出功率；最后采用擴束柱面鏡以勻化快軸與慢軸方向上的光斑尺寸。整個系統(tǒng)采用單個棱鏡來壓縮光寬和實現(xiàn)波長合束，減少了棱鏡的使用數(shù)量，從而有效地降低了損耗，實現(xiàn)了緊湊且高效的光纖耦合。

技術(shù)特征：

1.一種基于階梯棱鏡的波長復(fù)用高效光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于，包括多組激光光源、若干階梯棱鏡(5)、準直透鏡、偏振合束棱鏡(8)、擴束鏡(9)，聚焦鏡(10)；所述多組激光光源至少包括兩組入射方向垂直且偏振態(tài)相反的激光光源，每組激光光源均包括波長分別為λ1、λ2的兩種激光，所述準直透鏡設(shè)置于激光光源的出射端；每組激光光源相互平行地設(shè)置于一個階梯棱鏡(5)兩側(cè)，所述階梯棱鏡(5)包括水平面(51)、坡面(52)和反射面(53)，所述水平面(51)與坡面(52)呈135°夾角，所述坡面(52)的兩端各銜接一個水平面(51)，所述坡面(52)上鍍有透射波長λ1、反射波長λ2激光的薄膜或透射波長λ2、反射波長λ1的薄膜；所述水平面(51)與坡面(52)交替排布形成階梯面，所述反射面(53)位于階梯面一側(cè)；

2.如權(quán)利要求1所述的光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于，所述階梯棱鏡(5)的底面(54)與水平面(51)平行，所述反射面(53)包括相互垂直的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面與水平面(51)呈135°夾角，所述第二反射面與底面(54)呈135°夾角。

3.如權(quán)利要求1所述的光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于，所述多組激光光源包括偏振態(tài)為p態(tài)的第一激光光源組(1)、偏振態(tài)為s態(tài)的第二激光光源組(2)，所述第一激光光源組(1)與第二激光光源組(2)入射方向相互垂直，所述偏振合束棱鏡(8)鍍有透射p光，反射s光的薄膜。

4.如權(quán)利要求3所述的光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于，還包括與第二激光光源組(2)平行設(shè)置第三激光光源組(3)，且第三激光光源組(3)偏振態(tài)為s態(tài)，第三激光光源組(3)經(jīng)過另一偏振合束棱鏡(8)與第一激光光源組(1)、第二激光光源組(2)實現(xiàn)偏振合束。

5.如權(quán)利要求1所述的光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于，每組激光光源包括一組波長為λ1的半導(dǎo)體激光堆棧和一組波長為λ2半導(dǎo)體激光堆棧的激光堆棧，每組激光堆棧包括若干巴條。

6.如權(quán)利要求2所述的光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于，所述階梯棱鏡(5)的厚度h1為9-12mm，所述水平面(51)的長度l1為1.2-1.5mm，所述坡面(52)在水平面(51)所在平面上的投影長度l2為0.42-0.84mm，所述第一反射面和第二反射面的長度l3相等，l3為5.4-5.7mm。

7.如權(quán)利要求1所述的光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于，所述準直透鏡包括快軸準直透鏡(6)、慢軸準直鏡(7)，快軸準直透鏡(6)為d型非球面柱透鏡，所述慢軸準直透鏡(7)為微柱透鏡陣列。

8.如權(quán)利要求1所述的光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于，所述階梯棱鏡(5)、準直透鏡、偏振合束棱鏡(8)、擴束鏡(9)，聚焦鏡(10)的光束入射面都鍍有增透膜，光束反射面都鍍有增反膜。

9.如權(quán)利要求1所述的光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于，所述擴束鏡(9)為伽利略擴束鏡，包括一個平凹和一個平凸柱透鏡，擴束鏡(9)用于勻化快慢軸方向上的光斑尺寸。

10.如權(quán)利要求1所述的光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于，所述聚焦鏡(10)為非球面透鏡，用于將光束耦合進入目標光纖。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于階梯棱鏡的波長復(fù)用高效光纖耦合系統(tǒng)，包括多組激光光源、若干階梯棱鏡、準直透鏡、偏振合束棱鏡、擴束鏡，聚焦鏡，激光光源進入階梯棱鏡實現(xiàn)波長合束后，再經(jīng)過偏振合束棱鏡實現(xiàn)偏振合束，最后依次經(jīng)過擴束鏡，聚焦鏡。本發(fā)明通過階梯棱鏡的波長合束面的多次反復(fù)使用來有效改變光束路徑，從而實現(xiàn)了高效的光束暗區(qū)壓縮和波長合束，進而提升快軸方向的光束質(zhì)量，再結(jié)合偏振合束來提高輸出功率；最后采用擴束柱面鏡以勻化快軸與慢軸方向上的光斑尺寸。整個系統(tǒng)采用單個棱鏡來壓縮光寬和實現(xiàn)波長合束，減少了棱鏡的使用數(shù)量，從而有效地降低了損耗，實現(xiàn)了緊湊且高效的光纖耦合。

技術(shù)研發(fā)人員：程立文,顏子怡,劉昶,薛禮瑞,謝露,史一鳴,孟思雨,伏可璞,文俊啟
受保護的技術(shù)使用者：揚州大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/3/10