一種基于混合拋物線型聚光器的光纖耦合系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及大功率光纖激光器的技術領域，其為可以提高激光器泵浦光注入效率的耦合系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]高功率激光器在工業(yè)和軍事國防等領域均有大量的需求，在這些應用中，對激光器的效率、光束質量、體積、重量等提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)固體激光器增益介質的塊狀結構導致了其散熱效果差的缺點，高功率下產(chǎn)生的熱致雙折射和熱透鏡效應，對于實現(xiàn)大功率輸出是極其不利的。為了解決這個問題，人們開始研宄表面積大，易于散熱的盤式激光器和光纖激光器。相比盤式激光器，光纖激光器具有光束質量好的優(yōu)點，受到人們的更多的關注。光纖激光器是一種新型固體激光器，其特點是使用雙包層摻雜稀土離子光纖作為增益介質。因為光纖本身的特性，使得光纖激光器比其它固體激光器具有明顯的優(yōu)勢，與其它激光系統(tǒng)相比，光纖激光器泵浦效率高，閾值低，散熱好，輸出光束質量高，體積小，結構簡單，可靠性高，靈活性強。這些優(yōu)點使其成為了目前世界范圍內最受關注的激光器系統(tǒng)。
[0003]由于單根光纖達不到高功率輸出的要求，所以需要對多跟光纖的輸出光進行合束之后作為泵浦光耦合進另一根光纖，從而生成大功率激光。但是為了保證好的光束質量，光纖的纖芯很細，合束后的泵浦源很難聚焦到芯部。因此，需要研宄出一種合適的耦合系統(tǒng)，將光斑尺寸較大的泵浦光聚焦壓縮至光纖的纖芯尺寸，系統(tǒng)才能進行高效率地泵浦，完成大功率激光的輸出。
[0004]光纖耦合技術經(jīng)歷了很長的發(fā)展階段，根據(jù)實際情況的不同，光纖耦合有多種多樣的方式來實現(xiàn)。目前總體上來說主要采用分離透鏡耦合法和光纖直接耦合法這兩種方法。分離透鏡耦合法:光纖耦合系統(tǒng)內部的各個光學元器件之間以及這個耦合系統(tǒng)與光纖是分立的。光纖與光纖之間以及光纖與耦合系統(tǒng)中的各個元器件之間必須要達到非常高的共軸準直。因此在對這樣的耦合系統(tǒng)進行裝配的同時，為了保證較高的共軸性，通?？梢圆捎靡恍┬螤钐厥狻⒓庸ぞ容^高的支承件固定各種光學元器件。不過這就使得制作耦合系統(tǒng)的相對成本較高，并且耦合系統(tǒng)的整體尺寸較大。比較常見的幾種由分光元件構成的光學耦合系統(tǒng)有:球透鏡耦合、自聚焦透鏡耦合和組合透鏡耦合。光纖直接耦合法:光纖與光纖之間不存在任何光學元器件，采用直接對接或者對光纖端面進行特殊加工然后再對接的方法。包括平端光纖直接耦合和對光纖加工耦合的方法，如將光纖端面燒制成為球形、錐形等特殊形狀再進行耦合。常見的光纖直接耦合方法有:平端光纖直接耦合法、球形端面光纖直接耦合法、錐形光纖直接耦合法及錐端球面透鏡直接耦合法。
[0005]影響光纖耦合效率的因素有:光纖端面反射損耗、光纖吸收、散射損耗和輻射損耗。其中反射損耗影響最大，其主要體現(xiàn)在光束與光纖失準引起了耦合效率下降，包括:光束與光纖端面位置的縱向間距誤差，光束的光軸與光纖光軸的橫向誤差，光束光軸與光纖光軸的角度誤差。
[0006]因此需要研制出一種耦合系統(tǒng)，能解決或改善現(xiàn)有的耦合系統(tǒng)因這么多誤差而導致的耦合效率低下等問題，更好地實現(xiàn)光纖激光器的大功率激光輸出。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術問題是:提供一種基于混合拋物線型聚光器的光纖耦合系統(tǒng)，克服采用傳統(tǒng)采用成像光學耦合系統(tǒng)存在的泵浦光與摻雜光纖的耦合效率較低的缺點。
[0008]本發(fā)明解決上述技術問題采用的技術方案是:一種基于混合拋物線型聚光器的光纖耦合系統(tǒng)，包括小功率半導體激光器、常規(guī)多模光纖、光纖合束器、多模光纖、混合拋物線型聚光器和有源摻雜光纖，將傳統(tǒng)耦合系統(tǒng)中的雙透鏡組合用基于非成像光學的混合拋物線型聚光器代替，多個LD輸出的激光光束經(jīng)過光纖合束器之后耦合進入多模光纖，多模光纖的出射光斑尺寸較大，經(jīng)過混合拋物線型聚光器耦合系統(tǒng)之后，光斑尺寸大大降低到與有源摻雜光纖的纖芯尺寸相匹配，并且能量大部分集中在有源摻雜光纖的數(shù)值孔徑角度范圍內，提尚了 f禹合效率。
[0009]本發(fā)明的原理是:光從0°到某一最大角度范圍內進入裝置，當最大角度給定后，所有以最大角度入射的光(邊緣光)在經(jīng)過最多一次反射后就被導引到出射口的邊緣，那么以中間角度入射的光都會被反射到出射口內。至此，可實現(xiàn)泵浦光束尺寸壓縮的目的。混合拋物線型聚光器的入射端半徑設計為比入射光束半徑大，這樣簡化了光束對接，也可以消除由于激光束未能完全覆蓋在光纖端面上所引起的耦合效率下降的問題?；旌蠏佄锞€型聚光器的輸出光與有源摻雜光纖進行空間端面泵浦耦合。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有如下優(yōu)點:
[0011]1、本發(fā)明不需要采用復雜的透鏡耦合系統(tǒng)。
[0012]2、本發(fā)明采用的混合拋物線型聚光器結構可以使絕大部分入射的泵浦光導引到混合拋物線型聚光器的出射端，損耗小。
[0013]3、本發(fā)明比現(xiàn)有技術的耦合效率更高。
[0014]4、本發(fā)明結構簡單，在現(xiàn)有的工藝上容易實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0015]圖1為一種基于混合拋物線型聚光器的光纖耦合系統(tǒng)；
[0016]圖2為混合拋物線型聚光器原理示意圖；
[0017]圖3為傳統(tǒng)的基于雙透鏡組的光纖耦合系統(tǒng)；
[0018]圖4為拋物線型聚光器的出射端面光照度分布圖；
[0019]圖5為拋物線型聚光器的出射端面光強分布圖；
[0020]圖6為雙透鏡耦合系統(tǒng)的焦平面光照度分布圖；
[0021]圖7為雙透鏡耦合系統(tǒng)的焦平面光強分布圖。
[0022]圖中:1:小功率半導體激光器，2:常規(guī)多模光纖，3:光纖合束器，4:多模光纖，5:混合拋物線型聚光器，6:有源摻雜光纖，7:雙透