一种基于偏振面复用的高功率光纤耦合系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于偏振面复用的高功率光纤耦合系统，对于巴条在垂直方向上堆叠封装方式的激光源，本发明专利技术在不需要平板镜、条纹镜或棱镜堆栈的同时，利用合束技术以及直角棱镜与阶梯棱镜相结合的结构件实现波长合束以及两组不同偏振态光束偏振合束，偏振平面得到复用，极大地提高了偏振面的利用效率，并通过对光束快轴方向的压缩来有效消除快轴方向上光束存在的暗区，最终以较高的光效率耦合进光纤。纤。纤。

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏振面复用的高功率光纤耦合系统


[0001]本专利技术涉及一种光纤耦合系统。

技术介绍

[0002]半导体激光器因为空间小、寿命长、电光之间的转化率高等优点，在工业加工、激光泵浦、生物医疗等领域得到广泛的使用。为了提高输出功率及满足实际应用，常采用巴条在垂直方向上堆叠等封装方式，这会导致快轴方向上光束存在暗区，快慢轴上的光束质量不均匀，进而难以耦合进入目标光纤，因此对半导体激光器光束整形及光纤耦合模块的设计研究至关重要。
[0003]现有的光束整形方法有平行平板玻璃、全反射棱镜、偏振棱镜合束、多波长合束等等，其中所使用的偏振棱镜合束的偏振面的利用效率不高，只有一组P、S偏振光进行偏振合束，另设计的全反射棱镜的阶梯数比较多，安装、生产较复杂，平行板的厚度较薄，加工精度要求较高，调节困难。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种基于偏振面复用的高功率光纤耦合系统，对于巴条在垂直方向上堆叠封装方式的激光源，能够实现不同偏振光的偏振合束，并有效消除快轴方向上光束存在的暗区，最终以较高的光效率耦合进光纤。
[0005]技术方案：一种基于偏振面复用的高功率光纤耦合系统，包括S偏振态的半导体激光器堆叠、第一P偏振态的半导体激光器堆叠、第二P偏振态的半导体激光器堆叠、第一至第三波长合束镜、直角棱镜与阶梯棱镜相结合的结构件、旋转棱镜组、扩束柱面镜以及非球面透镜；
[0006]其中，所述直角棱镜与阶梯棱镜相结合的结构件中，直角棱镜与阶梯棱镜的厚度一致，所述阶梯棱镜包括一组直角边平面以及阶梯斜面；所述直角棱镜的斜边平面与所述阶梯棱镜的一个直角边平面相结合，相结合的其中一个面上镀有偏振膜；所述阶梯棱镜的阶梯斜面由依次交替设置的第一斜面和第二斜面构成，其中第一斜面与所述阶梯棱镜的一个直边平角面垂直，第二斜面与第一斜面连接处形成135
°
夹角；
[0007]每组半导体激光器堆叠均包括波长为λ1、λ2的两组偏振态激光器；第三波长合束镜用于将所述S偏振态的半导体激光器堆叠输出的不同波长光束进行波长合束后，从所述结构件中阶梯斜面的第二斜面垂直方向入射；第一波长合束镜用于将所述第二P偏振态的半导体激光器堆叠输出的不同波长光束进行波长合束后，从所述结构件中直角棱镜的一个直角边平面垂直方向入射；第二波长合束镜用于将所述第一P偏振态的半导体激光器堆叠输出的不同波长光束进行波长合束后，从所述结构件中直角棱镜的另一个直角边平面垂直方向入射；所述偏振膜用于将输入的两组S、P偏振光进行偏振合束，结构件的所述阶梯斜面用于在快轴方向对偏振合束的光束进行全反射输出，实现快轴方向光束的压缩；
[0008]所述旋转棱镜组用于对从所述结构件输出光束进行切割重排，均衡快慢轴方向的
光参数积；所述扩束柱面镜对切割重排后的光束宽度进行匀化；所述非球面透镜用于将匀化后的光束聚焦耦合进入光纤中。
[0009]进一步的，每组半导体激光器堆叠的结构中都包括用于快轴和慢轴方向上光束准直的D型柱面镜和微透镜阵列。
[0010]进一步的，所述S偏振态的半导体激光器堆叠包括输出波长分别为λ1、λ2的8个巴条的两组S偏振态的激光器，第一P偏振态的半导体激光器堆叠、第二P偏振态的半导体激光器堆叠均包括输出波长分别为λ1、λ2的4个巴条的两组P偏振态的激光器。
[0011]进一步的，所述结构件的厚度为9mm
‑
12mm，直角棱镜的两直角边长度为7mm
‑
10mm，直角棱镜的斜边长度为9.9mm
‑
15mm；阶梯棱镜中，单个第一斜面的长度为√2/2mm，单个第二斜面的长度为1.3mm。
[0012]进一步的，所述结构件的各入射面均镀99.5％的增透膜。
[0013]进一步的，所述旋转棱镜组由三个结构相同的旋转棱镜组成，各旋转棱镜的长边为8mm，短边及厚度为4mm，斜边倾角为45
°
。
[0014]有益效果：对于巴条在垂直方向上堆叠封装方式的激光源，本专利技术在不需要平板镜、条纹镜或棱镜堆栈的同时，利用波长合束技术以及直角棱镜与阶梯棱镜相结合的结构件实现波长合束以及多组偏振光合束，并使偏振平面得到复用，极大地提高了偏振面的利用效率，并通过对光束快轴方向的压缩来有效消除快轴方向上光束存在的暗区，最终以较高的光效率耦合进光纤。
附图说明
[0015]图1为本专利技术基于偏振面复用的高功率光纤耦合系统的整体结构示意图；
[0016]图2为本专利技术中直角棱镜与阶梯棱镜相结合的结构件的结构示意图；
[0017]图3为本专利技术中直角棱镜与阶梯棱镜相结合的结构件的光线传播示意图；
[0018]图4为本专利技术中旋转棱镜的结构示意图；
[0019]图5为本专利技术中光束扩束镜的结构示意图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。
[0021]如图1所示，一种基于偏振面复用的高功率光纤耦合系统，包括S偏振态的半导体激光器堆叠1、第一P偏振态的半导体激光器堆叠2、第二P偏振态的半导体激光器堆叠3、第一至第三波长合束镜6～8、直角棱镜与阶梯棱镜相结合的结构件9、旋转棱镜组11、扩束柱面镜12以及非球面透镜13。
[0022]其中，直角棱镜与阶梯棱镜相结合的结构件9中，直角棱镜与阶梯棱镜的厚度一致，阶梯棱镜包括一组直角边平面以及阶梯斜面；直角棱镜的斜边平面与阶梯棱镜的一个直角边平面相结合，相结合的其中一个面上镀有偏振膜。阶梯棱镜的阶梯斜面由依次交替设置的第一斜面和第二斜面构成，其中第一斜面与阶梯棱镜的一个直边平角面垂直，第二斜面与第一斜面连接处形成135
°
夹角。
[0023]每组半导体激光器堆叠均包括波长为λ1、λ2的两组偏振态激光器。每组半导体激光器堆叠的结构中都包括用于快轴和慢轴方向上光束准直的D型柱面镜4和微透镜阵列。第三
波长合束镜8用于将S偏振态的半导体激光器堆叠1输出的不同波长光束进行波长合束后，从结构件9中阶梯斜面的第二斜面垂直方向入射。第一波长合束镜6用于将第二P偏振态的半导体激光器堆叠3输出的不同波长光束进行波长合束后，从结构件9中直角棱镜的一个直角边平面垂直方向入射。第二波长合束镜7用于将第一P偏振态的半导体激光器堆叠2输出的不同波长光束进行波长合束后，从结构件9中直角棱镜的另一个直角边平面垂直方向入射。结构件9中，偏振膜用于将输入的两组S、P偏振光进行偏振合束，阶梯斜面用于在快轴方向对偏振合束的光束进行全反射输出，实现快轴方向光束的压缩来填补暗区，从而消除快轴方向上光束存在的暗区，光线传播示意图如图3所示。
[0024]旋转棱镜组11用于对从结构件9输出光束进行切割重排，均衡快慢轴方向的光参数积。扩束柱面镜12对切割重排后的光束宽度进行匀化。非球面透镜13用于将匀化后的光束聚焦耦合进入光纤14中。
[0025]结构件9上部分为直角棱镜，下部分为阶梯棱镜，结构件9的厚度为9mm...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振面复用的高功率光纤耦合系统，其特征在于，包括S偏振态的半导体激光器堆叠(1)、第一P偏振态的半导体激光器堆叠(2)、第二P偏振态的半导体激光器堆叠(3)、第一至第三波长合束镜(6～8)、直角棱镜与阶梯棱镜相结合的结构件(9)、旋转棱镜组(11)、扩束柱面镜(12)以及非球面透镜(13)；其中，所述直角棱镜与阶梯棱镜相结合的结构件(9)中，直角棱镜与阶梯棱镜的厚度一致，所述阶梯棱镜包括一组直角边平面以及阶梯斜面；所述直角棱镜的斜边平面与所述阶梯棱镜的一个直角边平面相结合，相结合的其中一个面上镀有偏振膜；所述阶梯棱镜的阶梯斜面由依次交替设置的第一斜面和第二斜面构成，其中第一斜面与所述阶梯棱镜的一个直边平角面垂直，第二斜面与第一斜面连接处形成135
°
夹角；每组半导体激光器堆叠均包括波长为λ1、λ2的两组偏振态激光器；第三波长合束镜(8)用于将所述S偏振态的半导体激光器堆叠(1)输出的不同波长光束进行波长合束后，从所述结构件(9)中阶梯斜面的第二斜面垂直方向入射；第一波长合束镜(6)用于将所述第二P偏振态的半导体激光器堆叠(3)输出的不同波长光束进行波长合束后，从所述结构件(9)中直角棱镜的一个直角边平面垂直方向入射；第二波长合束镜(7)用于将所述第一P偏振态的半导体激光器堆叠(2)输出的不同波长光束进行波长合束后，从所述结构件(9)中直角棱镜的另一个直角边平面垂直方向入射；所述偏振膜用于将输入的两组S、P偏振光进行偏振合束，结构件(9)的所述阶梯斜面用于在快轴方向对偏振合束的光束进行全反射输出，实现快轴方向光束的压缩；所述旋转棱镜组(11)...

【专利技术属性】
技术研发人员：程立文，刘昶，罗雨中，季张杰，薛礼瑞，马立，蒋晨洁，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：