[发明专利]一种带尾纤且免轴向调整的可调光纤耦合器

说明书

本发明公开了一种带尾纤且免轴向调整的可调光纤耦合器，包括光纤准直器、准直器调整架、光纤输出头；待耦合自由空间准直激光入射到光纤准直器，光纤准直器固定于准直器调整架的夹具中，尾纤的输出端连接光纤输出头。所述光纤准直器的透镜与尾纤轴向解耦可调，利用波像差干涉仪依次将透镜和尾纤调校至理想姿态，使光纤准直器具有最佳准直效果和最小波前畸变；所述光纤准直器的透镜与尾纤调整完成后封装为一体，实现了自由空间准直激光的免轴向调整高效率光纤耦合；所述准直器调整架旋转维度解耦可调，配合保偏耦合光路，在不损失耦合效率的前提下，实现了线偏振光的保偏光纤耦合。

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种带尾纤且免轴向调整的可调光纤耦合器，特别适用于各种自由空间准直激光与单模保偏/非保偏光纤的高效率耦合。

背景技术

二十世纪七十年代以来，激光技术迅猛发展，直至今日已经在工业、医疗、商业、科研、信息和军事等领域广泛应用。在部分应用中，激光器直接出射的自由空间激光作为光源会给整体系统的使用带来不便，因此光纤耦合就显得尤为重要。激光耦合后从光纤接头输出，能更好地与后续应用系统相连接，有效减少了杂散光进入系统，增加了使用的便利性和稳定性。

激光光纤耦合中光纤种类分为单模光纤和多模光纤，由于各传输模群延迟不同，多模光纤的应用大受限制。单模光纤克服了多模光纤的缺点而得到广泛应用，但其芯径通常只有多模光纤的十分之一，导致耦合难度更高。此外，实际应用中对于输出光偏振态的要求催生了保偏光纤的应用，相较于非保偏光纤而言，保偏光纤的耦合工作对旋转调整提出了要求。因此如何设计激光器与单模/单模保偏光纤之间的耦合器件，如何更快更准确地进行耦合调节以及提高耦合效率成了光纤耦合激光应用中的关键问题。

Thorlabs公司的光纤端口耦合器(https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm？objectgroup_id＝2940)共有六个调整维度，包括水平和垂直方向的线性调整维度、俯仰和偏摆的角度调整维度、轴向的调整维度以及旋转调整维度；其中需要以相同的增量转动俯仰和偏摆角度的调节器实现沿光轴的轴向平移，即轴向调整与俯仰和偏摆的角度调整未实现解耦；俯仰和偏摆的角度调整依靠三个调节螺丝实现调整，同样未实现水平和上下方向角度调整的解耦。

李庆鹏等在专利《一种带锁紧的可多维度精密调节的光纤耦合器》(CN113805277A)中提出的带锁紧的六维度光纤耦合器，耦合透镜的角度调整和轴向调整通过多个定位螺钉完成，同样未实现轴向调整与角度调整的解耦。

吴金才等在专利《一种自由空间激光耦合至单模光纤的装置及方法》(CN108663758B)中提出了一种利用平行光管和光束分析仪的可视化耦合调节装置与方法，该方法将光斑分析仪置于平行光管的焦面处，同时利用角锥棱镜、分光镜搭建了耦合调节光路，使光纤引入的准直光与被耦合激光互成180度，实现了自由空间激光与单模光纤的可视化耦合调节；该装置和方法适用于实验室场景，体积庞大，如何集成为光纤器件还需进一部探索；同时，该发明并未考虑保偏光纤的耦合问题，为其应用带来了一定的局限性。

发明内容

本发明旨在提供一种带尾纤且免轴向调整的可调光纤耦合器，实现了自由空间准直激光的免轴向调整光纤耦合，解决了现有光纤耦合器轴向维度与其他维度相互耦合的问题，同时解决了高效率免轴向调整保偏耦合输出的问题。

实现本发明的技术解决方案为：一种带尾纤且免轴向调整的可调光纤耦合器，包括光纤准直器、准直器调整架、光纤输出头。

所述光纤准直器的非球面透镜与尾纤轴向解耦可调，并提出了一种基于波像差干涉仪的光纤准直器高精度调校方法，该方法能实时监测光纤准直器的透射波前，能将波前畸变的峰谷值控制在λ₁/20范围内，其中λ₁为波像差干涉仪光源的中心波长，使光纤准直器具有最佳准直效果和极低的波前畸变，从而使耦合效率对光纤准直器的轴向位移不敏感，实现了自由空间准直激光的免轴向调整光纤耦合。尾纤的输出端连接可选光纤输出头，以满足不同光学系统的光源接口要求。