[发明专利]用于高功率光纤激光器的功率合束器

说明书

技术领域：

本发明属于光纤激光器技术领域，用于将多束光纤激光器合成并输出，达到提高光纤激光器输出功率的目的用于高功率光纤激光器的功率合束。

背景技术：

光纤激光器是继传统气体激光器和固体激光器后的第三代新型激光器，具有结构紧凑、寿命长、免维护、光束质量好、节能环保等优点，已成功应用于工业加工、出版印刷、医疗卫生、军事国防等领域。随着其应用领域的不断拓展，对光纤激光器的输出功率提出了更高的要求，如船舶制造行业中厚金属板的激光切割和焊接，通常要求激光器的功率在10kW以上。

对于光纤激光器来说，由于掺杂光纤内的非线性效应以及热损伤等物理机制的限制，单根光纤输出功率的进一步提升将非常困难，目前成熟的单光纤激光器产品功率一般在500W以内。

为提高光纤激光器的输出功率，这就需要将多个光纤激光器合为一束输出，主要有相干合成和非相干合成两种方法。光纤激光器的相干合成结构较为复杂，且不易调节，不适合应用于高功率光纤激光器产品中。光纤激光器的非相干合成主要有光栅法、布拉格体光栅法等，但对整个系统的精度要求较高且稳定性较差。

发明内容：

本发明为解决背景技术中存在的技术问题，提出了一种一体化设计的用于高功率光纤激光器的功率合束器，简单插拔即可实现多束光纤激光束合合成并输出。

本发明的技术方案为：

用于高功率光纤激光器的功率合束器，包括凹面反射镜、平面反射镜和输出准直镜，其特征在于：凹面反射镜、平面反射镜和输出准直镜通过机械基座将三个元件安装为一个整体，且凹面反射镜将多束光纤激光束会聚，再通过一平面反射镜对会聚光束进行反射，最后在光束会聚点放置一输出准直透镜对会聚光束进行准直并输出。

所述的凹面反射镜和平面反射镜，其反射波长根据输入光纤激光器的波长来选定，反射率应在99.5％以上。如输入光纤激光器为掺镱光纤激光器，则凹面反射镜和平面反射镜对1.0-1.1μm激光的反射率均在99.5％以上。

所述的凹面反射镜，在中心开口，作为激光输出通道。

所述的平面反射镜，位于凹面反射镜焦点内侧，与凹面反射镜的距离小于或等于凹面反射镜焦距的一半，将会聚激光束反射后会聚在凹面反射镜开口外侧或开口处。

所述的输出准直镜，其透射波长根据输入光纤激光器的波长来选定，透射率应在99.5％以上。如输入光纤激光器为掺镱光纤激光器，所述的输出准直镜则对1.0-1.1μm激光的透射率在99.5％以上。

所述的输出准直镜，位于激光会聚点外侧10mm处。

附图说明：

图1为本发明的工作原理图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为采用本发明的对12束光进行合成的模拟图。

图4为采用本发明的合成光束聚焦后光斑的能量分布图。

具体实施方式：

结合附图对本发明作进一步描述。

如图1、图2所示，本发明包括凹面反射镜2、平面反射镜1和输出准直镜3，凹面反射镜2、平面反射镜1和输出准直镜3通过机械基座将三个元件安装为一个整体，且凹面反射镜2将多束光纤激光束会聚，再通过一平面反射镜1对会聚光束进行反射，最后在光束会聚点放置一输出准直透镜3对会聚光束进行准直并输出。所述的凹面反射镜和平面反射镜，其反射波长根据输入光纤激光器的波长来选定，反射率应在99.5％以上。如输入光纤激光器为掺镱光纤激光器，则凹面反射镜和平面反射镜对1.0-1.1μm激光的反射率均在99.5％以上。所述的凹面反射镜，在中心开口，作为激光输出通道。

所述的平面反射镜，位于凹面反射镜焦点内侧，平面反射镜与凹面反射镜距离为125mm。所述的输出准直镜，其透射波长根据输入光纤激光器的波长来选定，透射率应在99.5％以上。如输入光纤激光器为掺镱光纤激光器，所述的输出准直镜则对1.0-1.1μm激光的透射率在99.5％以上。

另一实施例将所述的输出准直镜，位于激光会聚点外侧10mm处。

以输入12束1000W光束为例，光束沿半径为12mm的圆周均匀分布，每束光直径3mm，相邻两束光间距为约6.2mm。凹面反射镜焦距为-250mm，平面反射镜与其距离为125mm，采用9.44mm焦距的输出准直镜后，可获得如图3所示的半径为0.6mm的光束输出。随后采用焦距4.14mm的透镜进行聚焦后，聚焦光斑能量分布如图4所示，中心点功率密度为5.4211×10¹¹W/cm²。