一種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)及其裝調(diào)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的技術(shù)方案，該方法采用相同數(shù)值孔徑和芯徑的小功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)作為光源，利用光纖分束器作為傳光介質(zhì)，基于光束可逆原理，通過監(jiān)測0°全反射鏡的回光功率作為聚焦系統(tǒng)最佳空間位置的判據(jù)，可實現(xiàn)高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)中聚焦系統(tǒng)和輸出光纖相對空間位置的精密調(diào)節(jié)固定。該發(fā)明具有聚焦系統(tǒng)調(diào)節(jié)簡單易行、調(diào)節(jié)判據(jù)精確可靠等特點?；谠摪l(fā)明研制的半導體激光高亮度光纖耦合輸出光源可應用在泵浦光纖激光器、醫(yī)療及工業(yè)加工等眾多領(lǐng)域。
【專利說明】一種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)及其裝調(diào)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是激光技術(shù)應用領(lǐng)域，尤其是一種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng) 及其裝調(diào)方法，是實現(xiàn)半導體激光光源高效率耦合進輸出光纖的一種有效技術(shù)手段，是半 導體激光光纖耦合系統(tǒng)向高功率發(fā)展的一項關(guān)鍵技術(shù)，基于該發(fā)明研制的高功率半導體激 光光纖耦合輸出模塊可應用在泵浦光纖激光器、醫(yī)療及工業(yè)加工等眾多領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)有技術(shù)中，公知的技術(shù)是：由于半導體激光器具有電光轉(zhuǎn)換效率高、可靠性 好、小型化等優(yōu)點，在激光泵浦源和直接應用等方面均得到迅速發(fā)展及廣泛應用，特別是作 為固體激光器和光纖激光器的泵浦源，推動了全固態(tài)激光器的快速發(fā)展。高亮度、高功率 的半導體激光器泵浦源是光纖激光器和固體激光器實現(xiàn)高效率、高功率輸出的重要基礎條 件。
[0003] 為了實現(xiàn)半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的高功率、高效率耦合輸出，需要聚焦系統(tǒng)和 輸出光纖的相對空間位置精密契合，要求軸向契合精度誤差不大于±5 μ m，旋轉(zhuǎn)軸精度誤 差不大于±3mrad。目前國內(nèi)外針對半導體激光光纖耦合系統(tǒng)中聚焦系統(tǒng)的空間位置裝調(diào) 方法，均采用正向迭代調(diào)節(jié)固定的技術(shù)途徑，即光源一聚焦系統(tǒng)一耦合輸出光纖的模式，該 技術(shù)途徑調(diào)節(jié)涉及變量較多，調(diào)節(jié)復雜且費時費力，難以達到聚焦系統(tǒng)和輸出光纖相對空 間位置的精度要求，這是現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的，就是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種高功率半導體激光 光纖耦合系統(tǒng)及其裝調(diào)方法的技術(shù)方案，該方案采用機械固定的方式，將待耦合光纖固定 到模塊殼體上，采用相同數(shù)值孔徑和芯徑的小功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)作為基準光 源，利用光纖分束器作為傳光介質(zhì)，基于光束可逆原理，通過0°全反射鏡的回光功率作為 聚焦系統(tǒng)最佳空間位置的判據(jù)，可實現(xiàn)高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)聚焦系統(tǒng)和輸出光 纖相對空間位置的精密裝調(diào)固定。
[0005] 本方案是通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)的：一種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)，包 括有基準光源、光纖分束器、光纖分束器、半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖；基準光源 的輸出光纖與光纖分束器的輸入光纖連接；半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖與光纖分 束器的輸出光纖連接；半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的內(nèi)部設置有聚焦系統(tǒng)和0°全反鏡；聚 焦系統(tǒng)由多塊單元透鏡組成。
[0006] 作為本方案的優(yōu)選：基準光源的輸出光纖和半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖 的數(shù)值孔徑和芯徑完全一致。
[0007] 作為本方案的優(yōu)選：光纖分束器的各單元光纖和半導體激光光纖耦合系統(tǒng)輸出光 纖的數(shù)值孔徑和芯徑完全一致。
[0008] 作為本方案的優(yōu)選：0°全反射鏡的反射面與半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光 纖端面保持平行，平行度偏差不大于±0.2°。
[0009] 作為本方案的優(yōu)選：光纖分束器分別與功率計和吸收池連接。
[0010] 一種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的調(diào)裝方法，包括以下步驟： 步驟一：將基準光源的輸出光纖熔接到光纖分束器的輸入光纖上，同時將半導體激光 光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖和光纖分束器的輸出光纖進行熔接； 步驟二：將半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖和模塊殼體進行機械固定，并在模塊 內(nèi)部合適位置放置聚焦系統(tǒng)和0°全反射鏡； 步驟三：循環(huán)迭代調(diào)節(jié)聚焦系統(tǒng)內(nèi)單元透鏡的空間位置，使得光纖分束器前向光監(jiān)測 光纖的功率達到最大； 步驟四：利用光敏膠水依次固定聚焦系統(tǒng)中的單元透鏡。
[0011] 作為本方案的優(yōu)選：步驟一中，基準光源輸出光纖和半導體激光光纖耦合系統(tǒng)輸 出半導體激光光纖的數(shù)值孔徑和芯徑必須完全一致；光纖分束器各單元光纖和半導體激光 光纖耦合系統(tǒng)輸出光纖的數(shù)值孔徑和芯徑必須完全一致。
[0012] 作為本方案的優(yōu)選：步驟二中，0°全反射鏡的反射面應與半導體激光光纖耦合系 統(tǒng)的輸出光纖端面保持平行，平行度偏差不大于±0.2°。
[0013] 作為本方案的優(yōu)選：步驟三中，調(diào)節(jié)聚焦系統(tǒng)內(nèi)單元透鏡的空間位置的循環(huán)迭代 次數(shù)至少為3次，并記錄每一次光纖分束器前向光監(jiān)測光纖的最大功率。
[0014] 作為本方案的優(yōu)選：步驟四中，聚焦系統(tǒng)和半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖 固定后，光纖分束器前向光監(jiān)測光纖的功率與步驟三中的前向光監(jiān)測光纖最大功率偏差不 大于0. 1%。
[0015] 本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，由于在該方案中采用機械固定 的方式，將待耦合光纖固定到模塊殼體上，采用相同數(shù)值孔徑和芯徑的小功率半導體激光 光纖稱合系統(tǒng)作為基準光源，利用光纖分束器作為傳光介質(zhì)，基于光束可逆原理，通過0° 全反射鏡的回光功率作為聚焦系統(tǒng)最佳空間位置的判據(jù)，可實現(xiàn)高功率半導體激光光纖耦 合系統(tǒng)聚焦系統(tǒng)和輸出光纖相對空間位置的精密裝調(diào)固定。
[0016] 由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實質(zhì)性特點和進步，其實施的有益效果也 是顯而易見的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖中，1為0°全反射鏡；2為聚焦系統(tǒng)；3為半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖 的端面；4為半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖與光纖分束器的輸出光纖的連接點；5為 光纖分束器；6為基準光源；7為功率計；8為吸收池。

【具體實施方式】
[0019] 為能清楚說明本方案的技術(shù)特點，下面通過一個【具體實施方式】，并結(jié)合其附圖，對 本方案進行闡述。
[0020] 通過附圖可以看出，本方案的高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)，包括有基準光源、 光纖分束器、光纖分束器、半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖；基準光源的輸出光纖與光 纖分束器的輸入光纖連接；半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖與光纖分束器的輸出光纖 連接；半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的內(nèi)部設置有聚焦系統(tǒng)和0°全反鏡；聚焦系統(tǒng)由多塊單 元透鏡組成。
[0021] 基準光源的輸出光纖和半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖的數(shù)值孔徑和芯徑 完全一致。光纖分束器的各單元光纖和半導體激光光纖耦合系統(tǒng)輸出光纖的數(shù)值孔徑和芯 徑完全一致。0°全反射鏡的反射面與半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖端面保持平行， 平行度偏差不大于±0.2°。光纖分束器分別與功率計和吸收池連接。
[0022] 高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的調(diào)裝方法為： 采用光纖熔接機將半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖和基準光源的輸出光纖分別 熔接到光纖分束器的輸入光纖和輸出光纖上。
[0023] 采用機械固定的方式將半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖端面固定到半導體 激光光纖耦合系統(tǒng)的殼體上，并在殼體內(nèi)部合適的位置放置〇°全反射鏡，采用He-Ne激光 器保證0°全反射鏡和半導體激光光纖耦合系統(tǒng)輸出光纖共光軸且反射鏡的反射面與光纖 端面保持平行，平行度偏差不大于±0.2°。
[0024] 用直流電源驅(qū)動基準光源出光，調(diào)節(jié)聚焦系統(tǒng)內(nèi)部第一個單元透鏡的空間位置， 當功率計上的功率讀數(shù)達到最大時，順序依次調(diào)節(jié)其余單元透鏡，要保證功率計上的功率 讀數(shù)均達到最大，完成第一次迭代調(diào)節(jié)。重復以上調(diào)節(jié)步驟至少三次，直到調(diào)節(jié)各單元透鏡 空間位置時，功率計功率讀數(shù)不再增加，即完成聚焦系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。
[0025] 最后采用光敏膠水，依次固定聚焦系統(tǒng)內(nèi)各單元透鏡，每固定一個單元透鏡，都要 對功率進行復核，若偏差大于〇. 3%，需要重新調(diào)節(jié)該單元透鏡，直至功率偏差小于0. 3%，其 余單元透鏡依此方法進行固定。
[0026] 本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的 新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【權(quán)利要求】
1. 一種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)，其特征是：包括有基準光源、光纖分束器、光 纖分束器、半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖、聚焦系統(tǒng)和0°全反鏡；所述基準光源的 輸出光纖與光纖分束器的輸入光纖連接；所述半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖與光纖 分束器的輸出光纖連接；所述聚焦系統(tǒng)由多塊單元透鏡組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)，其特征是：所述基準 光源的輸出光纖和半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖的數(shù)值孔徑和芯徑完全一致。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)，其特征是：所述光纖 分束器的各單元光纖和半導體激光光纖耦合系統(tǒng)輸出光纖的數(shù)值孔徑和芯徑完全一致。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)，其特征是：所述0° 全反射鏡的反射面與半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖端面保持平行，平行度偏差不大 于 ±0. 2°。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)，其特征是：所述光纖 分束器分別與功率計和吸收池連接。
6. -種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的調(diào)裝方法，其特征是：包括以下步驟： 步驟一：將基準光源的輸出光纖熔接到光纖分束器的輸入光纖上，同時將半導體激光 光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖和光纖分束器的輸出光纖進行熔接； 步驟二：將半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖和模塊殼體進行機械固定，并在模塊 內(nèi)部合適位置放置聚焦系統(tǒng)和0°全反射鏡； 步驟三：循環(huán)迭代調(diào)節(jié)聚焦系統(tǒng)內(nèi)單元透鏡的空間位置，使得光纖分束器前向光監(jiān)測 光纖的功率達到最大； 步驟四：利用光敏膠水依次固定聚焦系統(tǒng)中的單元透鏡。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)，其特征是：所述步驟 一中，基準光源輸出光纖和半導體激光光纖耦合系統(tǒng)輸出半導體激光光纖的數(shù)值孔徑和芯 徑必須完全一致；光纖分束器各單元光纖和半導體激光光纖耦合系統(tǒng)輸出光纖的數(shù)值孔徑 和芯徑必須完全一致。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)，其特征是：所述步驟 二中，0°全反射鏡的反射面應與半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖端面保持平行，平行 度偏差不大于±0. 2°。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)，其特征是：所述步驟 三中，調(diào)節(jié)聚焦系統(tǒng)內(nèi)單元透鏡的空間位置的循環(huán)迭代次數(shù)至少為3次，并記錄每一次光 纖分束器前向光監(jiān)測光纖的最大功率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高功率半導體激光光纖耦合系統(tǒng)，其特征是：所述步驟 四中，聚焦系統(tǒng)和半導體激光光纖耦合系統(tǒng)的輸出光纖固定后，光纖分束器前向光監(jiān)測光 纖的功率與步驟三中最大功率偏差不大于〇. 1%。
【文檔編號】H01S5/06GK104049324SQ201410314820
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】唐淳, 郭林輝, 余俊宏, 王昭, 譚昊, 高松信, 武德勇 申請人:中國工程物理研究院應用電子學研究所