[实用新型]用于大功率激光二极管阵列的光学耦合装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一套能对大功率激光二极管阵列发出的光束进行分割、旋转和整形的光学耦合系统，可将大功率激光二极管阵列出射的激光耦合进光纤中，也可用作固体激光器的抽运耦合系统。

背景技术

激光二极管阵列的发光面多为1×100微米至1×400微米的长方形，发出的激光束在两个方向上具有不通的发散角：沿着长度方向为慢轴，发散角通常为10度；平行于1微米的方向称为快轴，发散角通常为38度。再由不连续的数个这样的发光区呈线形排列组成大功率激光二极管阵列，通常长度方向上达到1cm。不难算得这样的大功率激光二极管阵列在两个方向上的拉格朗日不变量相差可多达上千倍，因此很难将此激光束直接通过透镜组会聚成具有一定焦深的小光斑，也难以进入到具有较低数值孔径(典型值如0.22)的能量传输光纤中。为此有很多发明与方法被用来对激光二极管阵列输出的光束进行整形，其基本的原则是改变快轴与慢轴的拉格朗日不变量，使慢轴方向的拉格朗日不变量减小，而快轴的增大，从而使输出光束能够用透镜组聚焦为具有一定焦深的较小光斑，为能量传输光纤所传输或直接用于抽运激光介质。

图1是一种典型的激光二极管阵列光纤耦合系统，由中科院上海光学精密机械研究所的陆雨田等人提出。图1中激光二极管阵列1发出的激光束经过微柱镜2对快轴方向进行准直，再进入由数片微片棱镜组成的整形器3，经过整形后的光束在两个方向上的拉格朗日不变量几近相同，再经过非球面透镜组4和5聚焦为很小的光斑。该系统的核心部件是称为微片棱镜堆的整形器3，该整形器由数片Dove棱镜薄片倾斜45度角后平行堆叠放置构成。当水平取向的线光源进入该整形器后被分割为数段小线光源，并经过折射和全反射之后变成竖直取向的数段小线光源沿水平方向排列。该整形器具有结构简单，易加工，成本低的特点，缺点是Dove棱镜对非平行光进行旋转时会引入严重的像散，尤其在本例中由于数片棱镜对光束进行了分割，对分割后的每一束光都会产生像散，进而严重影响聚焦光斑的大小与焦深，降低耦合效率。因此采用这项发明的耦合系统目前只能把1cm长的大功率激光二极管发出的激光束的60％的能量耦合进芯径0.6毫米、数值孔径0.22的光纤中。

发明内容

本实用新型的目的是提供一套用于大功率激光二极管阵列的光学耦合装置，克服上述已有技术的缺点，提高耦合效率，同时保持低成本、安装方便，结构简单的优点。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种用于大功率激光二极管阵列的光学耦合装置，包括沿大功率激光二极管阵列发出的光束的前进方向的依次设置的微柱透镜，整形器、第一柱面透镜和第二柱面透镜，其特征在于所述的整形器是由别汉棱镜薄片紧密排列组成的别汉棱镜微片整形器，每片别汉棱镜的光轴与光束前进方向一致并绕光轴旋转45°设置，所述的第一柱面透镜和第二柱面透镜的焦点重合。

所述的别汉棱镜微片整形器的别汉棱镜片数根据整形后两个方向的拉格朗日不变量相等的原则来确定。

所述的第二柱面透镜可用球面透镜代替。

本实用新型的技术效果是由于本实用新型采用别汉棱镜微片整形器，每片别汉棱镜由两片对称的棱镜组成，因此非平行光在棱镜内发生发射时产生的像散会自动被补偿，同时还保证出射光沿原来的方向前进。克服了上述现有技术的像散。

附图说明

图1是已有技术使用Dove棱镜薄片构成核心整形器的线光束整形器示意图，其中1为线光源，2为徼柱透镜，3为徼片整形器，4和5均为为非球面透镜。

图2是本实用新型用于大功率激光二极管阵列的光学耦合装置的结构示意图，其中1为大功率激光二极管阵列，2为微柱透镜，3为别汉棱镜微片整形器，4和5分别为不同焦距的柱面透镜，5也可以是球面透镜或非球面透镜。

图3为别汉棱镜的结构示意图，由对称的两部分组成，玻璃的折射率n为1.517，图3中各参数分别为：

A为单位长度，B＝1.0824A，C＝1.2071A，a＝0.2071A，

D＝1.7071A，E＝1.8284A

α＝22.5°，β＝45°，δ＝112.5°

图4和图5为别汉棱镜微片整形器的结构示意图，其中图4为正视图，即沿光路的方向看；图5为俯视图。

图6为说明水平光束进入一片沿光轴旋转45度放置的别汉棱镜后光束变成垂直光束的光路图。

图7为本实用新型的别汉棱镜微片整形器如何实现对线形光束分割和旋转的说明示意图。

具体实施方式