CN201681171U - 玻璃圆台激光光纤耦合器 - Google Patents

Abstract

玻璃圆台激光光纤耦合器属于高功率、大能量激光光纤耦合器件技术领域。现有的高功率、大能量激光光纤耦合器加工难度大。本实用新型提供了一种具有实心圆台结构的耦合器，圆台下底面为入光面，上底面为出光面，锥面为反射面(外镀膜)，入光面与出光面和二者之间均以光学玻璃为介质，出光面与光纤的光输入端面重合。这种耦合器不仅适用于高功率、大能量激光光纤耦合，而且，加工简单。这种耦合器可应用于象Nd:YAG激光器这类大功率激光器输出的高功率、大能量的激光束与光纤的耦合。

Description

玻璃圆台激光光纤耦合器

技术领域

本发明属于高功率、大能量激光光纤耦合器件技术领域。

背景技术

在现有技术中，专利号为200410042735.7的中国专利记载的空心圆台激光光纤耦合器所要解决的问题是在提高激光与光纤耦合效率的同时，降低耦合器出光面的光斑功率密度，以保证大功率激光与光纤耦合时光纤端面不被损毁。见图1所示，耦合器其工作腔呈空心圆台状，圆台下底面为入光面1，上底面为出光面2，锥面为反射面3，入光面1和出光面2以及二者之间均以空气为介质，出光面2与光纤端面重合。该技术方案的主要技术特征是激光束直接入射耦合器。激光束中较弱的边缘光束a经反射面3反射到出光面2接近轴心处，激光束强度适中的中间光束b经反射面3反射到出光面2远离轴心处，边缘光束a、中间光束b只经过一次反射即进入光纤4，而激光束中较强的中心光束c直接照射到出光面2的中心部位，在输出光面2形成功率密度接近均匀的光斑，由此实现降低耦合器出光面的光斑功率密度的目的。

发明内容

上述技术可以实现高功率、大能量激光与光纤的耦合。但是，空心圆台的锥反射面需要抛光，而抛光面是圆锥形内表面，圆台上下底面直径又是毫米级，加工难度很大。为了解决抛光难的问题，我们发明了玻璃圆台激光光纤耦合器。

本发明之方案见图2所示，与现有技术相同之处在于，所说的耦合器其工作腔呈圆台状，圆台下底面为入光面5，上底面为出光面6，锥面为反射面7，出光面6与光纤端面9重合。与现有技术不同之处在于，所说的耦合器工作腔为实心，以光学玻璃为导光介质，并且在锥面7的外表面镀反射膜8。本发明之玻璃圆台激光光纤耦合器易于加工，克服了现有技术的缺点。

下面结合附图具体说明本发明的实施方案。

附图说明

图1是现有的空心圆台激光光纤耦合器件及与光纤耦合示意图。

图2是本发明之玻璃圆台激光光纤耦合器件及与光纤耦合示意图。

图3是本发明一实例示意图。

具体实施方式

见图2和图3所示，本发明之玻璃圆台激光光纤耦合器可以采用石英、光学玻璃制作成实心玻璃圆台状。如图2所示，锥面7是工作面，要求具有良好的光学反射性能，先将锥面7加工成光学镜面，然后根据所耦合的激光波长的不同，在镜面上镀金属反射膜或介质反射膜8。入光面5的孔径D与激光光斑的孔径相匹配，出光面6的孔径与光纤9的数值孔径NA相匹配。孔径D、d和空心圆台的高h决定了锥面7的锥度。该锥度与光纤的数值孔径密切相关。

现举一实例说明本发明，见图3所示，玻璃圆台激光光纤耦合器采用K₉玻璃，圆台下底面孔径D为10mm，圆台上底面孔径d为1mm。圆台锥面7外表面镀铝反射膜8。与之耦合的光纤9的数值孔径NA为0.37，K₉玻璃对波长λ为1.064μm激光的折射率n₀为1.5069。耦合器出光面6与光纤9的光输入端面同轴、重合。激光束边缘光束u照射到反射面8上，其反射光u′作为入射光在耦合器出光面6折射，折射光u″作为入射光在光纤9内部全反射，进而在光纤9中传输。要实现上述光传播过程，决定反射面7的锥度的最后因素，也就是玻璃圆台的高h和底角度数的值可通过下述推导过程求得：

因为n₀sinθ＝NA

则 $\sin \mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{NA}}{n_0}$

$h=\frac{D}{2}\mathrm{ctg\θ}$

$\mathrm{tg\α}=\frac{D}{D-d}\mathrm{ctg\θ}$

将各数值代入，得到入射光的入射角θ＝14.2139°，玻璃圆台高h＝19.7mm，玻璃圆台的底角α＝12.8°。该玻璃圆台激光光纤耦合器可实现Nd:YAG激光器波长λ为1.064μm激光束与光纤的耦合。

Claims (1)

1.一种激光光纤耦合器，激光束通过其工作腔后发生反射，工作腔具有锥面工作面，所说的耦合器呈圆台状，圆台下底面为入光面[5]，上底面为出光面[6]，锥面为反射面[7]，入光面[5]和出光面[6]以及二者之间均以光学玻璃为介质，出光面[6]与光纤[9]端面重合，其特征在于：

工作腔为实心，以光学玻璃为导光介质，锥面外表面镀反射膜。 

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