[发明专利]一种带尾纤且免轴向调整的可调光纤耦合器

权利要求书

1.一种带尾纤且免轴向调整的可调光纤耦合器，其特征在于：包括光纤准直器(1)、准直器调整架(2)、光纤输出头(3)，光纤准直器(1)包括非球面透镜(4)、尾纤(5)、镀金管(6)，非球面透镜(4)固定于镀金管(6)第一端，尾纤(5)的输入端从镀金管(6)的第二端伸入，并位于非球面透镜(4)的焦面处；所述光纤准直器(1)固定于准直器调整架(2)上，并由准直器调整架(2)调节其姿态，使入射光束完全耦合进入尾纤(5)中，尾纤(5)的输出端连接光纤输出头(3)，以满足不同光学系统的光源接口要求。

2.根据权利要求1所述的带尾纤且免轴向调整的可调光纤耦合器，其特征在于：所述光纤准直器(1)中非球面透镜(4)的F数和尾纤(5)的数值孔径NA满足以下关系，

3.根据权利要求2所述的带尾纤且免轴向调整的可调光纤耦合器，其特征在于：利用波像差干涉仪(7)对光纤准直器(1)中非球面透镜(4)和尾纤(5)进行姿态调校，使调校后的尾纤(5)输入端位于非球面透镜(4)的焦面处，且二者光轴重合，光纤准直器(1)的波前畸变峰谷值在λ₁/20内，且具有最佳准直效果，其中λ₁为波像差干涉仪(7)光源的中心波长。

4.根据权利要求3所述的带尾纤且免轴向调整的可调光纤耦合器，其特征在于：光纤准直器(1)具有最佳准直效果，具体为：

尾纤(5)的输出光束通过束腰位于其输入端，且模场半径为w₀的基模高斯光束表征，经过焦距为f的非球面透镜(4)后，像方高斯光束的束腰半径w'₀满足：

同时，根据光束质量因子M²的定义，得到像方高斯光束的发散角全角θ'：

其中，l是尾纤(5)端面到非球面透镜(4)的距离，λ₂是待耦合激光的光波长；具有最佳准直效果的光纤准直器(1)的出射光束瑞利距离最长、束腰半径w'₀最大且发散角θ'最小，即极小，令得到l＝f，即尾纤(5)的输入端面位于非球面透镜(4)的焦平面处。

5.根据权利要求4所述的带尾纤且免轴向调整的可调光纤耦合器，其特征在于：自由空间准直激光与尾纤(5)的耦合效率η用光纤准直器(1)出射光束的复振幅E₁与自由空间准直激光的复振幅E₂的重叠积分表示：

表示对E₂取共轭，设自由空间准直激光为平面波，在调节光纤准直器(1)的过程中，光纤准直器(1)的轴向位移远小于其出射光束的瑞利距离，由重叠积分决定的耦合效率基本保持不变，具有最佳准直效果的光纤准直器(1)实现了自由空间准直激光的免轴向调整光纤耦合。

6.根据权利要求3所述的带尾纤且免轴向调整的可调光纤耦合器，其特征在于：波像差干涉仪(7)调校非球面透镜(4)和尾纤(5)的过程包括两步；

步骤1，将非球面透镜(4)粘接于镀金管(6)的第一端，并将非球面透镜(4)置于波像差干涉仪(7)测试臂的出光口，标准球面反射镜(8)置于非球面透镜(4)后，且标准球面反射镜(8)的球心与非球面透镜(4)的焦点重合；在波像差干涉仪(7)视场中心标记出非球面透镜(4)的有效口径，调节非球面透镜(4)和标准球面反射镜(8)的姿态，至干涉图与上述标记重合，此时波像差干涉仪(7)的测试臂和参考臂光轴重合，继续调节非球面透镜(4)和标准球面反射镜(8)的姿态，至得到零条纹的干涉图像，此时非球面透镜(4)的姿态调校完成；

步骤2，将标准球面反射镜(8)更换为尾纤(5)，将尾纤(5)的输入端从第二端伸入镀金管(6)中，光纤输出头(3)连接外置激光光源，调节尾纤(5)姿态，使波像差干涉仪(7)的测试臂和参考臂光轴重合；关闭外置激光光源，对尾纤(5)的输出端进行平切，继续调节尾纤(5)姿态，直至干涉图像与所做标记完全重合且条纹数最少，此时完成尾纤(5)的姿态调校；最后将尾纤(5)与镀金管(6)固连，并将光纤输出头(3)与尾纤(5)输出端熔接。

7.根据权利要求1所述的带尾纤且免轴向调整的可调光纤耦合器，其特征在于：准直器调整架(2)用于实现上下平移、左右平移、俯仰、偏摆和旋转五个可调维度；旋转维度与其他四个维度互相解耦，在不损失耦合效率的前提下，将保偏尾纤的快/慢轴与自由空间准直激光的偏振方向精准对齐，实现线偏振光的保偏耦合。