光纤耦合激光器耦合光学系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种光纤耦合激光器耦合光学系统，包括与激光器间隔设置的聚焦透镜，其中还包括具有整形准直功能的光学元件，所述光学元件间隔设于聚集透镜与激光器之间。本实用新型专利技术光纤耦合激光器耦合光学系统可以大大提高光纤耦合效率，降低激光器长期工作的失效率，其热能损耗低，适用于高功率的光纤耦合激光器系统中。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光学
，具体涉及一种光纤耦合激光器耦合光学系统。
技术介绍
通常光纤耦合激光器出射的光线是通过一个双胶合聚焦透镜耦合到光纤纤芯里， 这样设计的光学系统结构简单，加工方便。但其存在光纤耦合效率低，热能损耗大，在高功 率的光纤耦合激光器系统中散热性能较差，长期工作会增加该激光器失效率的缺点。所谓 失效率是指工作到某一时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。现 有的这种光学系统影响光纤耦合激光器的使用寿命，因此该种光学系统不能应用到高功率 的光纤耦合激光器中进行光纤耦合。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种光纤耦合激光器耦合光学系统，其可以大大提高 光纤耦合效率，降低激光器长期工作的失效率，使其热能损耗降低，可用于高功率的光纤耦 合激光器系统中。 为了达到上述目的，本技术提供一种光纤耦合激光器耦合光学系统，包括聚 焦透镜，其中还包括具有整形准直功能的光学元件，所述光学元件设于聚集透镜与激光器 之间。 进一步地，所述光学元件为负透镜与正透镜组成的透镜组，所述负透镜与正透镜 间隔设置，所述负透镜设于靠近所述激光器的位置，所述正透镜设于负透镜与聚焦透镜之 间，所述负透镜与正透镜相邻侧的焦点重合。 进一步地，所述负透镜或正透镜的焦距f满足：其中η为透镜的折射率，ri为透镜的左 球面曲率半径，r2为透镜的右球面曲率半径，d为透镜左右中心顶点的距离。 进一步地，所述正透镜与聚焦透镜的距离大于聚焦透镜的曲率半径。 进一步地，所述负透镜为双凹透镜，所述正透镜为双凸透镜。 进一步地，所述负透镜与正透镜的放大倍数相同。 进一步地，所述聚焦透镜为非球面透镜。 进一步地，所述聚焦透镜为偶次非球面透镜。 进一步地，所述负透镜、正透镜均采用H-ZF2玻璃材料加工制成，所述聚焦透镜采 用D-ZK3玻璃材料加工制成。 采用上述方案后，本技术具有以下有益效果： 1、通过在光纤耦合激光器与聚焦透镜之间设置具有整形准直功能的光学元件，从 光纤耦合激光器发射的光束先经过光学元件进行质量校正，使光束形状由非圆形变圆形， 之后再经聚焦透镜对光束进一步汇聚，使激光器发射的光束进入光纤纤芯，从而大大提高 了光纤耦合效率，降低了激光器长期工作的失效率，使其热能损耗降低，并可用于高功率的 光纤耦合激光器系统中；2、光学元件设为由负透镜和正透镜组成的透镜组，使负透镜、正透镜相邻侧的焦 点重合，这样设置结构简单，且能保证从该透镜组射出的是准直校正的圆形光束；3、将负透镜、正透镜设为放大倍数相同，并且负透镜为双凹透镜，正透镜为双凸透 镜，这样设置准直整形效果更佳；4、将聚焦透镜设置为非球面透镜，这样设计使该光学系统在耦合效率高的基础 上，聚焦的耦合效率进一步提高，且该光学系统结构简单紧凑，加工容易，可以采用模压加 工，加工精度较高而且加工成本较低。【附图说明】 图1是本技术光纤耦合激光器耦合光学系统的实施例一结构示意图； 图2是本技术光纤耦合激光器耦合光学系统的实施例二结构示意图； 图3是本技术光纤耦合激光器耦合光学系统的实施例三结构示意图； 图4是本技术的光纤耦合效率的模拟结果图。【具体实施方式】这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及 附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例 中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如 所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。下面结合说明书附图对本技术做进一步的描述。 如图1所示本技术光纤耦合激光器耦合光学系统的实施例一结构示意图，包 括设于光纤耦合激光器与光纤1之间的聚焦透镜2,还包括具有整形准直功能的光学元件， 该光学元件为负透镜3与正透镜4组成的透镜组，负透镜3与正透镜4间隔设置，负透镜3 设于靠近激光器的位置，正透镜4设于负透镜3与聚焦透镜1之间的位置，负透镜3与正透 镜4相邻侧的焦点重合，该实施例中负透镜3的右侧焦点与正透镜4的左侧焦点重合。正 透镜4与聚焦透镜2的距离大于聚焦透镜2的曲率半径。负透镜3、正透镜4均采用H-ZF2 玻璃材料加工制成，聚焦透镜2采用D-ZK3玻璃材料加工制成。上述负透镜3和正透镜4的焦距f均满足公式：*其中η为透镜的折射率，Γι为透镜的左 球面曲率半径，r2为透镜的右球面曲率半径，d为透镜左右中心顶点的距离。工作时，光纤親合激光器发射出光束，光束横截面一般是非圆形的，光束先经过负 透镜3进行放大，之后再进入正透镜4使光束进行汇聚，其中负透镜3可为平凹透镜（即一 面平、一面凹的透镜）、凸凹透镜（即一面凸、一面凹的透镜）或双凹透镜（即双面都凹的透 镜），此实施例选择用平凹透镜，正透镜4可为平凸透镜（即一面平、一面凸的透镜）、凹凸 透镜（即一面凹、一面凸的透镜）或双凸透镜（即双面都凸的透镜），此实施例选择用平凸 透镜。经负透镜3、正透镜4的质量较正后，光束的横截面由非圆形变成圆形，之后光束再经 聚焦透镜2进行汇聚最终耦合进入光纤1的纤芯，其大大提高了光纤耦合效率，降低了光纤 耦合激光器长期工作的失效率，使其热能损耗降低。 如图2所示本技术光纤耦合激光器耦合光学系统的实施例二结构示意图，其 大部分结构与图1所述实施例结构相同，不同之处是：此实施例负透镜3选择用双凹透镜， 正透镜4选择用双凸透镜。为了提高光纤耦合效率，将负透镜3和正透镜4选择为放大倍数 相同，这样设计可以进一步提高光纤耦合的效率，降低光纤耦合激光器长期工作的失效率， 并且光纤耦合激光器的热能损耗会降低。本实施例与图1所述实施例的工作过程一样，此 处不再赘述。 如图3所示本技术光纤耦合激光器耦合光学系统的实施例三结构示意图，其 大部分结构与图2所述实施例结构相同，不同之处是：聚焦透镜2选择用非球面透镜。选择 用非球面的聚焦透镜，这样设计使本技术的光学系统在耦合效率高的基础上，聚焦的 耦合效率进一步提高，进一步优选偶次非球面透镜，这种聚焦透镜加工容易。 以下通过对图3所述实施例的各部件给予具体尺寸及位置数据来对本实用 新型光纤耦合激光器耦合光学系统进行实验测试：光纤耦合激光器的束腰直径给定为 0. 113_，光纤耦合激光器的束腰位置处到负透镜3的左顶点的距离给定为8. 5_，负透镜 3的中心厚度给定为1mm，负透镜3的左、右两个面的曲率半径都为3. 2mm，通光孔径（光 束经过负透镜3的通光截面对应的直径）为6_ ;负透镜3的右顶点到正透镜4的左顶点 距离为13. 3mm，正透镜4的中心厚度为1. 8mm，正透镜4的左、右两个面的曲率半径分别为 58. 61mm和13. 8mm，通光孔径（光束经过正透镜4的通光截面对应的直径）为6mm;正透镜 4的右顶点到非球面的聚焦透镜2左顶点的距离为5_，非球面的聚焦透镜2的中心厚度为 2mm，通光孔径为3. 5mm，非球面的聚焦透镜右顶点到光纤纤芯端面的距离是3. 75mm，波长 为532nm，对应的光纤模场直径为0. 0033mm。如图4所不的光纤親合效率的模拟结果。从 图4可知光纤耦合效率为92. 9829 %。 本技术光纤耦合激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤耦合激光器耦合光学系统，包括聚焦透镜，其特征在于，还包括具有整形准直功能的光学元件，所述光学元件设于聚集透镜与激光器之间；所述光学元件为负透镜与正透镜组成的透镜组，所述负透镜与正透镜间隔设置，所述负透镜设于靠近所述激光器的位置，所述正透镜设于负透镜与聚焦透镜之间，所述负透镜与正透镜相邻侧的焦点重合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭显楚，姚毅，张见，杨健，陈海辉，
申请(专利权)人：北京凌云光技术有限责任公司，
类型：新型
国别省市：北京;11