基于梯镜将多分路半导体激光耦合进单根光纤的耦合系统技术方案

一种基于梯镜将多分路半导体激光耦合进单根光纤的耦合系统，包括半导体激光器、准直透镜、梯镜、聚焦透镜和光纤；每个半导体激光器对应位置前设有准直透镜；梯镜上设有水平部和倾斜部，水平部和倾斜部交替布置，倾斜部上设有反光棱镜，倾斜部倾斜角度为44.8～45.2度，倾斜部与半导体激光器出射光方向成44.8～45.2度；准直透镜在半导体激光器和梯镜之间；聚焦透镜设在反光棱镜反光一侧，光纤入光端在聚焦透镜出光端焦点处。本发明专利技术具有如下的优点：结构简单，成本低廉，它不仅安装组合简单方便，还可以增加数量来提高其耦合效率高达85%以上，实现产出高功率密度激光，且省时省工。

Coupling system of multi shunt semiconductor laser into single fiber based on ladder mirror

Based on a ladder mirror branching semiconductor laser coupled into a fiber coupling system, including semiconductor laser, collimating lens, ladder lens, focusing lens and optical fiber; the corresponding position of each semiconductor laser collimating lens is arranged in front of the mirror is provided with a horizontal ladder; and inclined section, horizontal part and obliquely arranged alternately, inclined section a reflecting prism, slope inclination angle of 44.8 to 45.2 degrees and the inclined part and the laser light direction into 44.8 ~ 45.2 degrees; the collimating lens between the semiconductor laser and ladder mirror; focusing lens in reflecting prism reflective optical fiber into the side, in a focal point of optical focusing lens. The invention has the following advantages: simple structure and low cost. It is not only simple and convenient to install and combine, but also can increase the number to increase its coupling efficiency up to 85%, so as to achieve high power density laser output and save time and labor.

【技术实现步骤摘要】
基于梯镜将多分路半导体激光耦合进单根光纤的耦合系统
本专利技术涉及激光
，具体涉及一种基于梯镜将多分路半导体激光耦合进单根光纤的耦合系统。
技术介绍
通过光纤输出的半导体激光器具有广泛的应用领域。无论是激光手术刀、还是工业激光打标、切割或全固体激光器和光纤激光器，都需要具有良好的光束质量、高功率密度并且使用灵活的激光光源。将半导体激光器耦合入单根光纤再输出，可以满足这种需求。实现高功率密度光纤输出激光的方法有两种：一是提高单个半导体激光器的输出光功率密度；二是将多个半导体激光器芯片输出的光组合后输出。依赖于耦合技术的改进是目前获得大功率和超大功率激光输出的主要途径。如专利申请号CN201120534542.9所述的一种将多路分立半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，包括多路激光器，一阶梯热沉，一聚焦透镜，一耦合光纤；所述激光器通过过渡热沉安装于所述阶梯热沉的阶梯平面上，每一所述激光器前依次设有与激光器输出光束同轴的一快轴准直透镜、一使激光器输出光束以同一方向反射至所述聚集透镜入射面的反射棱镜；每一所述激光器输出端到其对应反射棱镜出射面的光程相等；所述聚集透镜出射面后设有与其同轴的所述耦合光纤；其中，所述反射棱镜为一全反射棱镜，所述全反射棱镜的入射面或出射面为一对所述激光器输出光束进行慢轴准直的柱面。此装置，激光器通过过渡热沉安装于所述阶梯热沉的阶梯平面上，且每一所述激光器前依次设有与激光器输出光束同轴的一快轴准直透镜，结构的安装与组合复杂；同时，只使用了一阶梯热沉，所耦合的只是一个阶梯热沉上的半导体激光器芯片输出的光，虽效率有所提高，但是当数量再增多时便会因折射或反射产生过多的损耗导致耦合效率低；此外，全反射棱镜数量多导致成本高，且较难对齐中心导了致增加调试难度。因而，现有的多分路半导体激光耦合进单根光纤的耦合系统，仍因其结构的原因存在着安装与组合复杂的不足；同时，其数量增加还会导致过多的损耗产生耦合效率低下的不足,且成本较高，调试也费时费工。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种结构简单、成本低廉的基于梯镜将多分路半导体激光耦合进单根光纤的耦合系统，它不仅安装组合简单方便，还可以增加数量来提高其耦合效率高达85％以上，实现产出高功率密度激光，且省时省工。本专利技术的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括半导体激光器、准直透镜、梯镜、聚焦透镜和光纤；每个半导体激光器对应位置前设有准直透镜；梯镜上设有水平部和倾斜部，水平部和倾斜部交替布置，倾斜部上设有反光棱镜，倾斜部倾斜角度为44.8～45.2度，倾斜部与半导体激光器出射光方向成44.8～45.2度；准直透镜在半导体激光器和梯镜之间；聚焦透镜设在反光棱镜反光一侧，光纤入光端在聚焦透镜出光端焦点处。在本专利技术中，每个半导体激光器对应位置前设有准直透镜，准直透镜可分别对半导体激光器发出的光束的快轴和慢轴进行准直；梯镜倾斜部上设有反光棱镜，反光棱镜可以将光束进行反射，由于倾斜部倾斜角度为44.8～45.2度，倾斜部与半导体激光器出射光方向成44.8～45.2度；保证了光束的接近90度转角传向聚焦透镜；光纤入光端在聚焦透镜出光端焦点处，光束经聚焦透镜聚焦后耦合进光纤。本专利技术中的半导体激光器可多层次排列布置，可以单层或多层圆形排列布置，也可以是单层或多层方形排列布置，还可以是不规则形状排列布置。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：结构简单，成本低廉，它不仅安装组合简单方便，还可以增加数量来提高其耦合效率高达85％以上，实现产出高功率密度激光，且省时省工。附图说明本专利技术的附图说明如下：图1是本专利技术的一种示意图；图2是本专利技术的第二种示意图；图3是本专利技术的第三种示意图；图4是本专利技术的部分构件的一种示意图。图中：1.半导体激光器；2.准直透镜；3.梯镜；4.聚焦透镜；5.光纤；6.水平部；7.倾斜部；9.光束；10.快轴准直透镜；11.慢轴准直透镜。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1至图3所示，本专利技术包括半导体激光器1、准直透镜2、梯镜3、聚焦透镜4和光纤5；每个半导体激光器1对应位置前设有准直透镜2；梯镜3上设有水平部6和倾斜部7，水平部6和倾斜部7交替布置，倾斜部7上设有反光棱镜，倾斜部7倾斜角度为44.8～45.2度，倾斜部7与半导体激光器1出射光方向成44.8～45.2度；准直透镜2在半导体激光器1和梯镜3之间；聚焦透镜4设在反光棱镜反光一侧，光纤5入光端在聚焦透镜4出光端焦点处。在本专利技术中，每个半导体激光器1对应位置前设有准直透镜2，准直透镜2可分别对半导体激光器1发出的光束9的快轴和慢轴进行准直；梯镜3倾斜部上设有反光棱镜，反光棱镜可以将光束9进行反射，由于倾斜部7倾斜角度为44.8～45.2度，倾斜部7与半导体激光器1出射光方向成44.8～45.2度；保证了光束9的接近90度转角传向聚焦透镜4；光纤5入光端在聚焦透镜4出光端焦点处，光束9经聚焦透镜聚焦4后耦合进光纤5。进一步的，本专利技术中，准直透镜2和聚焦透镜4的曲面的曲线满足方程式：z＝cr2/(1+√(1-1+kc2r2))，其中，c为曲率，c＝1/R，R为曲率半径，k为二次曲率系数，r为曲面上点的半径，c＝1/R，R为曲率半径，k为二次曲率系数，r为曲面上点到z轴的距离。本专利技术中，准直透镜2(快轴准直透镜10和慢轴准直透镜11)和聚焦透镜5的取值参数范围：其中，厚度即每个透镜的厚度，半高即透镜中心至透镜边缘的垂直距离，r1、k1为透镜一面的取值，r2、k2为透镜的另一面的取值，“-”表示没有。梯镜反射面的层数为两层宽为10mm(根据并排排列的半导体激光器数量而定)，反射面的高度为5mm(根据光斑的尺寸大小定义)。进一步的，在一实施例中，取值如下：其中，厚度即每个透镜的厚度，半高即透镜中心至透镜边缘的垂直距离，r1、k1为透镜一面的取值，r2、k2为透镜的另一面的取值。如图4所示，本设计例子针对欧司朗450nm-1.6w的半导体激光器以2*2的方式排列，得到数据如下：光纤200um-400um耦合效率可达60％以上；光纤400um-600um耦合效率可达80％以上；光纤大于600um耦合效率可达85％以上。进一步的，准直透镜2为1个或1个以上的球面镜、非球面镜或者是柱面镜；如图1所示，准直镜2为两个透镜的组合，分别为快轴准直透镜10和慢轴准直透镜11，分别对光束9的快轴和慢轴进行准直。进一步的，如图1只图3所示，聚焦透镜4为单个或多个球面镜或非球面镜；其主要作用对反射棱镜反射得光束9进行聚焦耦合进入光纤5中。进一步的，准直透镜2组和聚焦透镜4的入射面或/和出射面镀有增透膜；增透膜的设置，可以增加光束9的透光率，提高光束9的耦合效率。进一步的，在本专利技术中，梯镜3可以同时并列排列2个或2个以上或/和梯镜3设有1个或1个以上倾斜部7；根据不同的需要增加梯镜3的水平部6和倾斜部7，相对应的增加反光棱镜和半导体激光器1，来增加产出激光的功率；也可以根据需求并排增加梯镜3的数量来实现更高功率激光的输出；还可以同时增加梯镜3的水平部6和倾斜部7的数量和梯镜的数量来达高功率激光的输出。进一步的，在本专利技术中，反射棱镜还可以是反光镜，并且还可以在其上镀有反光膜，来获得更好的反射效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于梯镜将多分路半导体激光耦合进单根光纤的耦合系统，其特征在于：包括半导体激光器（1）、准直透镜（2）、梯镜（3）、聚焦透镜（4）和光纤（5）；每个半导体激光器（1）对应位置前设有准直透镜（2）；梯镜（3）上设有水平部（6）和倾斜部（7），水平部（6）和倾斜部（7）交替布置，倾斜部（7）上设有反光棱镜，倾斜部（7）倾斜角度为44.8～45.2度，倾斜部（7）与半导体激光器（1）出射光方向成44.8～45.2度；准直透镜（2）在半导体激光器（1）和梯镜（3）之间；聚焦透镜（4）设在反光棱镜反光一侧，光纤（5）入光端在聚焦透镜（4）出光端焦点处。

【技术特征摘要】
1.基于梯镜将多分路半导体激光耦合进单根光纤的耦合系统，其特征在于：包括半导体激光器（1）、准直透镜（2）、梯镜（3）、聚焦透镜（4）和光纤（5）；每个半导体激光器（1）对应位置前设有准直透镜（2）；梯镜（3）上设有水平部（6）和倾斜部（7），水平部（6）和倾斜部（7）交替布置，倾斜部（7）上设有反光棱镜，倾斜部（7）倾斜角度为44.8～45.2度，倾斜部（7）与半导体激光器（1）出射光方向成44.8～45.2度；准直透镜（2）在半导体激光器（1）和梯镜（3）之间；聚焦透镜（4）设在反光棱镜反光一侧，光纤（5）入光端在聚焦透镜（4）出光端焦点处。2.根据权利要求1所述的基于梯镜将多分路半导体激光耦合进单根光纤的耦合系统，其特征在于：准直透镜（2）和聚焦透镜（4）的曲面的曲线满足方程式：z=cr²/(1+√(1-（1+k）c²r²))公式显示有问题，其中，c为曲率，c=1/R，R为曲率半径，k为二次曲率系数，r为曲面上点到z轴的距离。3.根据权利要求1或2所述的基于梯镜将多分路半导体激光耦合进单根光纤的耦合系统，其特征在于：准直透镜（2）为一个或一个以上的球面镜、非球面镜或柱面镜。4.根据权利要求1或2所述的基于梯镜将多分路半导体激光耦合进单根光纤的耦合系统，其特征在于：聚焦透镜（4）为单个或多个球面镜或非球面镜。5.根据权利要求3所述的基于梯镜将多分路半导体激光耦合进单根光纤的耦合系统，其特征在于：聚焦透镜（4）为单个或多个球面镜或非球面镜。6.根据权利要求1或2所述的基于梯镜将多分路半导体激光耦合进单根光纤的耦合系统，其特征在于：聚焦透镜（4）为单个或多个球面...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋光平，刘征平，杨仲奎，
申请(专利权)人：重庆光遥光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50