[发明专利]抗反射的激光匀光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种将光纤输出激光的光分布匀化的结构装置，它特别地具有抗反射的功能，适用于光纤输出的激光器，属于激光应用领域。

背景技术

在激光器的应用当中，经常对光斑或光束形状有特殊要求，例如方形均匀光斑。实践中通常需要利用特殊光学元件和光路，例如各种形式的匀光管或透镜阵列等，来改善光斑均匀性，或改变光斑形状。具体说来，例如半导体激光器以其体积小、重量轻、效率高、寿命长、波长范围广等独特的优势，已成为发展快、应用广的核心器件。但是半导体激光器输出的光斑强度分布是不均匀的，特别是大功率多模半导体激光器。在很多场合需要用匀光装置来对光斑进行匀化。还有一些应用当中需要将激光器的输出光通过多模光纤耦合输出，但通常的多模光纤输出光束质量不佳，光强分布不均匀，而且很难控制，这时也需要匀光手段。例如，在激光显示、激光医疗美容等对出射光斑均匀性有要求的应用中，会采用一个六面抛光的玻璃六面体匀光管，使从光纤输出的发散激光束从一端输入，利用光在其内部进行多次的全反射，实现出口处光的均匀化。

一般情况下，匀光管需要直接接触或接近被照射的工作材料表面，或者输出光经过成像光学系统照射在工作材料表面。工作表面的反射光会有一部分甚至大部分返回匀光管。尤其对于反射率高的材料或是表面光洁度较高的材料，在以直接接触或者完全成像方式进行工作时，大部分甚至几乎全部反射光会返回匀光管。这部分回返光，会无损地从匀光管的光输入端反向传播并射出，被光纤、激光器以及附属固定装置吸收，转化为热量，如果处理不当，极易造成输出装置过热，严重的会导致烧毁。这个问题在激光加工领域的焊接、熔覆等应用当中也比较常见，目前没有特别简便有效的解决方法。

发明内容

本发明提供了一种光纤输出激光器的抗反射匀光输出结构。

整个结构包括光纤（1）、匀光管（3）、反射结构和固定装置（2）。激光束从光纤（1）输出，照射到匀光管（3）内，利用其内部的多次全反射，在出口形成均匀化的光分布。反射结构将工作时从出口回来的回返光再次反射回匀光管，正向传输，实现二次利用，避免了这部分反向传输的光能量被光纤、激光器、固定结构等吸收发热，从而提高整个结构的稳定性和可靠性。在反射结构上，光纤输出的光束通过的部分为透光，其他部分为反光。

固定装置（2）将光纤（1）、匀光管（3）和反射结构固定到一起。

匀光管（3）为玻璃或晶体材质，外形是柱状体或喇叭状，截面可以是正方形、长方形、圆形、椭圆形或任意多边形，所有面均抛光，出射端面镀增透膜。通常使用截面为矩形的六面体结构。

反射结构可以直接做到匀光管（3）上，即在匀光管（3）的输入端面（4）上，分两个区域分别镀增透膜和反射膜，光纤（1）输出激光光束对准匀光管（3）的输入端面，输入端面上被激光光束照射的部分（8）镀增透膜，光束没有照射到的部分（9）镀反射膜。在这种结构中，回返光除了照射到增透膜的部分，其他部分全部被反射回匀光管（3），总的反射比例只取决于增透部分的面积占比，只要增透部分足够小，就可以保证尽可能高的反射比例。反射膜可以是金属膜，也可以是介质膜。

上述方案，需要在同一个平面上，部分镀反射膜，部分镀增透膜，实现工艺稍嫌复杂。如果反射结构是与匀光管分离的独立的反射镜，则可以避免镀两种膜的麻烦。反射镜可以是平面镜（5），也可以是凹面镜（6），分别见图2和图3。回返光从匀光管的输入端面（4）反向射出，照到反射镜，被反射镜反射回匀光管（3）。采用这种结构，反射镜上光纤输出的光束通过的部分要开一个通光孔（10），以便光出射，匀光管输入端面（4）镀增透膜。反射镜的表面所镀反射膜，可以是金属膜也可以是介质膜。

光纤（1）和匀光管（3）之间还可以增加透镜（12），输出光束被整形和调整发散角之后再射入匀光管（3），如图4所示。

光纤可以是一根，也可以是多根光纤捆绑输出，或排成阵列输出，如图5、图6所示。

本发明所采用的结构，可以将大部分回返光再次反射回匀光管（3），在提高了激光利用效率的同时，减少了反射造成的影响。同时，该结构具有结构简单、容易实现、成本低的优点。

附图说明

图1采用输入端面镀两种膜的匀光管的结构剖面图。

图2采用分离的平面镜的结构剖面图。

图3采用分离的凹面镜的结构剖面图。

图4为光纤输出光束经过透镜整形后射入匀光管的剖面示意图。

图5用光纤阵列和分离平面镜的结构剖面图。