[发明专利]一种激光二极管线阵/面阵的光束整形系统

说明书

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种激光二极管线阵/面阵的光束整形系统。

背景技术

大功率激光二极管线阵/面阵已经发展到了一个相对比较成熟的阶段，可广泛应用于光通信、半导体激光器、固体激光器、光纤激光器、材料处理、医疗美容、航空航天、军事等各个领域；凭借其电光转换效率高、线宽窄、性能稳定可靠、体积小、质量轻、易调制、易集成等优势，一直以来吸引着人们的关注。

但是，基于激光二极管线阵/面阵的特殊结构，使得其输出光束的发散角很大(快轴方向约为40°，慢轴方向约为10°)、象散严重，且在快慢轴方向上的光束质量差异很大，难以通过普通的光束整形系统将其聚焦成小而圆的光斑；这种输出光束的特性决定了几乎所有的应用都必须要先对其输出光束进行整形、聚焦。

针对上述问题，各种各样的光束整形技术层出不穷。目前主流的光束整形系统分为三类：

第一类，微光学阵列器件透射式光束整形系统和微光学阵列器件反射式光束整形系统；这两种整形系统都是将激光二极管线阵/面阵的输出光束进行分割，然后再将分割形成的次光束旋转并重新排列，使得快慢轴方向上的光参数积趋于一致，以提高输出光束的填充因子和光束质量。

第二类，光学衍射元件光束整形系统；这种整形系统利用二元光学元件或者微型光栅阵列，对光束进行衍射整形和变换。

第三类，非成像元件光束整形系统；这种整形系统通过直径渐变形式的导管，直接将光束积分并聚焦，使得快慢轴方向上的光束相互耦合，以达到整形输出的目的。

前两类光束整形系统需要设计复杂的光学系统，而且对光学元件的制作精度要求很高。对于第三类利用非成像元件进行光束整形聚焦，结构简单实用，聚焦光斑一般在毫米数量级，比较适用于固体激光器的泵浦。但在制作过程中，需要用光学研磨和抛光车床进行表面处理，因而增加了制作的难度和整个光束整形系统的成本。

发明内容

本发明的实施例提供一种激光二极管线阵/面阵的光束整形系统，可实现大功率激光二极管线阵/面阵的高效耦合输出、结构简单、易于生产。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

提供一种激光二极管线阵/面阵的光束整形系统，所述光束整形系统包括位于激光二极管线阵/面阵的光输出端的准直透镜、位于所述准直透镜的光输出端的光束整形器、与所述光束整形器的光输出端相连的光束积分器、以及与所述光束积分器的光输出端相连的耦合光纤；其中，所述准直透镜用于将线阵/面阵的激光进行快轴准直；所述光束整形器用于将准直后的光束整形重排；所述光束积分器用于将整形重排后的光束聚焦；所述耦合光纤用于将聚焦后的光束输出。

可选的，所述光束整形器为石英锥阵列光束整形器；所述石英锥阵列光束整形器包括多个锥形石英棒；每个所述锥形石英棒的两个底面均为圆面，且靠近所述准直透镜的第一底面的面积大于靠近所述光束积分器的第二底面的面积；其中，所有所述锥形石英棒的第一底面沿“一”字形紧密排列，所有所述锥形石英棒的第二底面构成的图案为圆对称图案。

进一步可选的，所述石英锥阵列光束整形器包括7个锥形石英棒；其中，所述7个锥形石英棒的第二底面构成的图案为紧密排列的圆对称“梅花形”图案。

进一步的，所述锥形石英棒的长度为100-200mm；所述锥形石英棒的第一底面的直径为1-2mm，所述锥形石英棒的第二底面的直径为0.3-0.33mm。

可选的，沿所述准直透镜的光输出方向，所有所述锥形石英棒的第一底面的投影完全覆盖所述准直透镜的投影。

进一步的，所述石英锥阵列光束整形器的光输入端与所述准直透镜的光输出端之间的间距为0.1-1mm。

可选的，所述光束积分器为石英锥光束积分器；所述石英锥光束积分器的两个底面均为圆面，且靠近所述光束整形器的第三底面的面积大于靠近所述耦合光纤的第四底面的面积；其中，所述石英锥光束积分器的第三底面与所述光束整形器的光输出端紧密贴合且相互匹配。

进一步可选的，所述石英锥光束积分器的长度为100-200mm；所述石英锥光束积分器的第三底面的直径为0.9-1mm，所述石英锥光束积分器的第四底面的直径为0.125-0.2mm。

可选的，所述耦合光纤为纯石英光纤；其中，所述纯石英光纤与所述光束积分器熔接在一起；所述纯石英光纤的光输入端与所述光束积分器的光输出端相匹配。

进一步可选的，所述纯石英光纤的直径为0.125-0.2mm。