一种光纤耦合激光系统

技术领域

本发明涉及激光设备技术领域，尤其涉及一种光纤耦合激光系统。

背景技术

近几年，随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术的发展，特别是在直接半导体激光工业加工应用以及大功率光纤激光器的需求下推动了光纤输出的大功率、高光束质量激光器的飞速发展。

随着光纤激光器的发展，人们对光纤耦合半导体激光器的功率要求越来越高。想要获得更高功率的半导体激光器，一是提高单芯片功率；二是增加光纤激光器中芯片的数量。在芯片没有更新换代前，单芯片功率存在功率上限，所以增加芯片数量是提高光耦合半导体激光器功率的有效方法。

现有半导体激光器多采用空间合束和偏振合束的结构来实现激光耦合提高功率，现有激光器耦合结构大多需要设置多个光学器件，使得装调过程较为复杂，安装精度较难保证。

发明内容

本发明提供一种光纤耦合激光系统，用以解决现有激光器耦合结构大多需要设置多个光学器件，使得装调过程较为复杂，安装精度较难保证的问题。

本发明提供一种光纤耦合激光系统，包括多个激光组件，多个激光组件分为两组，每组激光组件形成一束光，两组激光组件的光束通过偏振合束元件进行合束后输出，所述偏振合束元件包括连接为一体的半波片、反射元件和偏振元件。

根据本发明提供的一种光纤耦合激光系统，所述偏振合束元件包括连接为一体的组合透镜，所述组合透镜上设有反射面和偏振面，所述半波片连接于所述组合透镜。

根据本发明提供的一种光纤耦合激光系统，所述组合透镜包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜的一侧面和所述第二透镜的一侧面相连且所述第一透镜和所述第二透镜之间设置所述偏振面，所述第一透镜与设置偏振面的侧面相对的另一侧面上设置所述反射面。

根据本发明提供的一种光纤耦合激光系统，所述第一透镜呈平行四边形结构，使得所述反射面与所述偏振面平行设置；或者所述第一透镜呈梯形结构或三角形结构，使得所述反射面和所述偏振面相交设置。

根据本发明提供的一种光纤耦合激光系统，所述半波片与所述反射面对应设置，或者所述半波片与所述偏振面对应设置。

根据本发明提供的一种光纤耦合激光系统，所述偏振合束元件通过光胶连接为一体。

根据本发明提供的一种光纤耦合激光系统，两组所述激光组件中一组激光组件的光束方向与所述反射面对应，另一组激光组件的光束方向与所述偏振片对应。

根据本发明提供的一种光纤耦合激光系统，所述偏振合束元件的出光端连接有输出光学系统。

根据本发明提供的一种光纤耦合激光系统，每个所述激光组件包括沿同一直线依次设置的激光芯片、快轴准直镜、慢轴准直镜和反射镜。

根据本发明提供的一种光纤耦合激光系统，所述激光组件和所述偏振合束元件设置在底板上，且所述底板在每组激光组件对应处均设有台阶结构，每组激光组件对应的台阶结构包括与该组的激光组件一一对应且依次设置的台阶面。

本发明提供的一种光纤耦合激光系统，采用一体结构的偏振合束元件来代替传统激光系统中的多个独立分散光学器件，应用于半导体激光器的光路耦合中，既可实现光路的偏振合束，同时改进了组装的工艺，简化了合束步骤的装调过程，一体结构的偏振合束元件的各元件相对位置固定，还有利于提高各元件相对位置的稳定性，保证安装精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的光纤耦合激光系统的应用示意图之一；

图2是本发明提供的偏振合束元件的结构示意图；

图3是本发明提供的光纤耦合激光系统的应用示意图之二；

图4是本发明提供的光纤耦合激光系统的应用示意图之三；

图5是本发明提供的光纤耦合激光系统的应用示意图之四。

附图标记：

1、激光芯片；2、快轴准直镜；3、慢轴准直镜；4、反射镜；5、偏振合束元件；51、第一组合透镜；511、第一透镜；512、第二透镜；513、半波片；514、偏振面；515、反射面；52、第二组合透镜；521、第一透镜；522、第二透镜；523、半波片；524、偏振面；525、反射面；53、第三组合透镜；54、第四组合透镜；6、输出光学系统；7、底板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图5描述本发明的光纤耦合激光系统。

参考图1，本实施例提供一种光纤耦合激光系统，该光纤耦合激光系统包括多个激光组件，多个激光组件分为两组，每组激光组件形成一束光，两组激光组件的光束通过偏振合束元件5进行合束后输出，偏振合束元件5包括连接为一体的半波片、反射元件和偏振元件。激光组件用于发射激光。每组激光组件均包括多个激光组件。每组激光组件中的多个激光组件可平行设置，形成一束光。再利用偏振合束元件5将来自两组激光组件的光汇聚起来，进而得到数量更多的光束，提高了激光器的总体功率。

偏振合束元件5同时位于两组激光组件的光路上，通过对两组激光组件的光束传播方向的调节实现两组激光组件光束的整合。本实施例中偏振合束元件5为连接为一体的半波片、反射元件和偏振元件。即偏振合束元件5整体为一个部件，并同时集成了半波片、反射元件和偏振元件。使得该偏振合束元件5可实现半波片、反射元件和偏振元件的功能，从而可实现两束光的整合合束。

本实施例提供的一种光纤耦合激光系统，采用一体结构的偏振合束元件5来代替传统激光系统中的多个独立分散光学器件，应用于半导体激光器的光路耦合中，既可实现光路的偏振合束，同时改进了组装的工艺，简化了合束步骤的装调过程，一体结构的偏振合束元件5的各元件相对位置固定，还有利于提高各元件相对位置的稳定性，保证安装精度。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供的偏振合束元件5的集成设置结构具体为：偏振合束元件5包括连接为一体的组合透镜，组合透镜上设有反射面和偏振面，半波片连接于组合透镜。组合透镜可包括连接为一体的多个透镜。通过在组合透镜的合适位置设置反射面形成反射元件实现反射功能。通过在组合透镜的合适位置设置偏振面形成偏振元件实现偏振功能。半波片则通过连接在组合透镜的合适位置处进行集成。

在上述实施例的基础上，进一步地，组合透镜包括第一透镜和第二透镜，第一透镜的一侧面和第二透镜的一侧面相连且第一透镜和第二透镜之间设置偏振面，第一透镜与设置偏振面的侧面相对的另一侧面上设置反射面。具体的，第一透镜的一侧面和第二透镜的一侧面贴合相连且在贴合面上设置偏振面。偏振面可为PBS膜结构。

在上述实施例的基础上，进一步地，第一透镜呈平行四边形结构，使得反射面与偏振面平行设置；或者第一透镜呈梯形结构或三角形结构，使得反射面和偏振面相交设置。在第一透镜呈梯形结构时，反射面和偏振面的延长面相接。第二透镜为三角形结构。第二透镜的一侧面用于与第一透镜的一侧面贴合相连以设置偏振面。

在上述实施例的基础上，进一步地，半波片与反射面对应设置，或者半波片与偏振面对应设置。

具体的，参考图2，本实施例提供四种不同的偏振合束元件5集成结构。第一种集成结构的偏振合束元件5包括第一组合透镜51。第一组合透镜51中的第一透镜511呈平行四边形结构；即截面为平行四边形。第一组合透镜51中的第二透镜512呈三角形结构，具体可为直角三角形结构。第二透镜512的斜面与第一透镜511的一侧面相连且二者之间设置偏振面514。在第一透镜511的与偏振面514相对的侧面上设置反射面515。即反射面515与偏振面514平行设置。半波片513连接在第一透镜511与反射面515相邻的侧面上且与反射面515相对设置。

该第一种集成结构的偏振合束元件5可代替反射镜4、半波片和偏振片的三种分散独立设置形式，具体参见图2中第一组合透镜51对应的箭头右侧的三种分散独立设置形式。一体式的偏振合束元件5便于安装调试，有利于提高精度。

参考图2，本实施例中第二种集成结构的偏振合束元件5包括第二组合透镜52。第二组合透镜52的第一透镜521为梯形结构，即截面为梯形具体可为等腰梯形。第二透镜522为三角形结构，即截面为三角形，具体可为直角三角形。第一透镜521的侧面与第二透镜522的斜面相连且二者之间设有偏振面524。在第一透镜521的与偏振面524相对的侧面上设置反射面525。即偏振面524和反射面525设置在呈梯形的第一透镜521的两个腰部侧面上。半波片523连接在第一透镜521与反射面525相邻的侧面上且与反射面515相对设置。即半波片523连接在呈梯形的第一透镜521的下底面上且与反射面525相接处。在另一实施例中，第一透镜521可为三角形结构。偏振面524和反射面525设在呈三角形的第一透镜521的两个侧面上。

该第二种集成结构的偏振合束元件5可代替反射镜4、半波片和偏振片的三种分散独立设置形式，具体参见图2中第二组合透镜52对应的箭头右侧的三种分散独立设置形式。一体式的偏振合束元件5便于安装调试，有利于提高精度。

参考图2，第三种集成结构的偏振合束元件5包括第三组合透镜53。第三组合透镜53中的第一透镜呈平行四边形结构；即截面为平行四边形。第一组合透镜51中的第二透镜呈三角形结构，具体可为直角三角形结构。第二透镜的斜面与第一透镜的一侧面相连且二者之间设置偏振面。在第一透镜的与偏振面相对的侧面上设置反射面。即反射面和偏振面平行设置。半波片连接在第二透镜与偏振面相对的侧面上。

该第三种集成结构的偏振合束元件5可代替反射镜4、半波片和偏振片的两种分散独立设置形式，具体参见图2中第三组合透镜53对应的箭头右侧的两种分散独立设置形式。一体式的偏振合束元件5便于安装调试，有利于提高精度。

参考图2，本实施例中第四种集成结构的偏振合束元件5包括第四组合透镜54。第四组合透镜54的第一透镜为梯形结构，即截面为梯形具体可为等腰梯形。第二透镜为三角形结构，即截面为三角形，具体可为直角三角形。第一透镜的侧面与第二透镜的斜面相连且二者之间设有偏振面。在第一透镜的与偏振面相对的侧面上设置反射面。即偏振面和反射面设置在呈梯形的第一透镜的两个腰部侧面上。半波片连接在第二透镜与偏振面相对的侧面上。在另一实施例中，第一透镜可为三角形结构。偏振面和反射面设在呈三角形的第一透镜的两个侧面上。

该第四种集成结构的偏振合束元件5可代替反射镜4、半波片和偏振片的两种分散独立设置形式，具体参见图2中第四组合透镜54对应的箭头右侧的两种分散独立设置形式。一体式的偏振合束元件5便于安装调试，有利于提高精度。

偏振合束元件5的不同集成结构可实现不同方位的两束光的整合，具体集成结构可根据实际需要灵活设置，不做限定，以能实现两束光的合束为目的。

在上述实施例的基础上，进一步地，偏振合束元件5通过光胶连接为一体。即偏振合束元件5的各元件之间可通过光胶工艺连接固定形成一体结构。

在上述实施例的基础上，进一步地，两组激光组件中一组激光组件的光束方向与反射面对应，另一组激光组件的光束方向与偏振片对应。

在上述实施例的基础上，进一步地，偏振合束元件5的出光端连接有输出光学系统6。两组激光组件的光束通过偏振合束元件5合束后输出至输出光学系统6中。

在上述实施例的基础上，进一步地，每个激光组件包括沿同一直线依次设置的激光芯片1、快轴准直镜2、慢轴准直镜3和反射镜4。激光芯片1为芯片在热沉上封装好的芯片。每个激光芯片1均对应设有一个快轴准直镜2FAC、慢轴准直镜3SAC和一个反射镜4；一个激光芯片1与其对应的快轴准直镜2FAC、慢轴准直镜3SAC和反射镜4都固定在一条直线上；快轴准直镜2FAC的光轴对准相对应的激光芯片1的发光面；慢轴准直镜3SAC的光轴对准相对应的激光芯片1的发光面，并与快轴准直镜2FAC的光轴重合；反射镜4与水平面垂直放置，且同相对应的快轴准直镜2FAC、慢轴准直镜3SAC的光轴夹角为45°。

在上述实施例的基础上，进一步地，激光组件和偏振合束元件5设置在底板7上，且底板7在每组激光组件对应处均设有台阶结构，每组激光组件对应的台阶结构包括与该组的激光组件一一对应且依次设置的台阶面。依次设置的台阶面即多个台阶面依次升高排布。每组激光组件中的一个激光组件设置在一个台阶面上。使得每组激光组件中的多个激光组件在高度方向上依次错位分布，便于该组多个激光组件的光束耦合。

在上述实施例的基础上，进一步地，基于目前市场上的半导体激光器多采用空间合束和偏振合束结构，大部分都使用分散独立的多种镜片设置方式来实现的现状，本实施例提供一种一体镜片的光纤耦合激光系统，采用一片式的组合透镜，来替代原来的2-3片镜片，应用于半导体激光器的光路耦合中，实现光路的偏振合束。

参考图1，本实施例提供偏振合束元件5为第一种集成结构下的一种光纤耦合激光系统的具体应用实例，本案例中的激光芯片1发出的光，经过快轴准直镜2进行快轴压缩，再经过慢轴准直镜3的慢轴压缩，整形成一束平行光，多束平行光再通过反射镜4，合束成两束光即两组激光组件的光，两束光通过偏振合束元件5的偏振合束作用，合束成一束光，最终合成的一束光进入其他的输出光学系统6进行聚焦或其他作用。其中底板7起到支撑和散热的作用。

参考图3，本实施例提供偏振合束元件5为第二种集成结构下的一种光纤耦合激光系统的具体应用实例，本案例中的激光芯片1发出的光，经过快轴准直镜2进行快轴压缩，再经过慢轴准直镜3的慢轴压缩，整形成一束平行光，多束平行光再通过反射镜4，合束成两束光，两束光通过偏振合束元件5的偏振合束作用，合束成一束光，最终合成的一束光进入其他的光学系统进行聚焦或其他作用。其中底板7起到支撑和散热的作用。本案例组合镜形状同前两个案例不同。

参考图4，本实施例提供偏振合束元件5为第三种集成结构下的一种光纤耦合激光系统的具体应用实例，本案例中的激光芯片1发出的光，经过快轴准直镜2进行快轴压缩，再经过慢轴准直镜3的慢轴压缩，整形成一束平行光，多束平行光再通过反射镜4，合束成两束光，两束光通过偏振合束元件5的偏振合束作用，合束成一束光，最终合成的一束光进入其他的光学系统进行聚焦或其他作用。其中底板7起到支撑和散热的作用。同图1所示激光系统相比，本案例半波片的位置不同，导致出光方向也不同。

参考图5，本实施例提供偏振合束元件5为第四种集成结构下的一种光纤耦合激光系统的具体应用实例，本案例中的激光芯片1发出的光，经过快轴准直镜2进行快轴压缩，再经过慢轴准直镜3的慢轴压缩，整形成一束平行光，多束平行光再通过反射镜4，合束成两束光，两束光通过偏振合束元件5的偏振合束作用，合束成一束光，最终合成的一束光进入其他的光学系统进行聚焦或其他作用。其中底板7起到支撑和散热的作用。同图3所示激光系统相比，本案例半波片的位置不同，导致出光方向也不同。

本实施例采用一个组合透镜代替原来的2-3片镜片，实现原来的2-3片镜片所实现的功能。改进了组装的工艺，简化了本步骤的装调过程，利用加工精度保证镜片之间的位置关系。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。