[发明专利]一种输出高功率匀化方形光斑的装置

说明书

本发明提供一种输出高功率匀化方形光斑的装置，包括：激光源，其用于发射激光；纤芯，其包括第一、第二方形纤芯，所述第一、第二方形纤芯端面对准且以旋转40～45度的方式熔接；包层，其为圆形且包覆于所述纤芯外；耦合装置，其用于将所述激光源发射的激光耦合进所述第一方形纤芯中；以及输出装置，其用于准直所述第二方形纤芯输出的光、并挡住所述包层的漏光。本发明的有益效果：在激光通过第一、第二方形纤芯的熔接点后部分被引入包层，更多的激发第二方形纤芯的高阶模使输出的光斑更加均匀；第一方形纤芯可以小NA耦合输入避免了端面损坏，大幅减小输入端的光纤损伤风险，漏光大幅减小，传输效率提升，对于激光器模式的要求大幅降低。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种输出高功率匀化方形光斑的装置。

背景技术

高功率匀化方形光斑在太阳能电池加工方面有着广泛的应用，特别是用于激光掺杂。作为未来最重要的清洁能源，太阳能电池转换效率的提升一直是所有能源工作者的目标，而激光掺杂作为太阳能电池加工的重要一环，激光光斑的匀化效果直接影响了掺杂的均匀性，进而影响着电池转换效率的提升。

目前一般激光掺杂使用的激光光源为纳秒绿光，通过衍射光学元件(DOE)将高斯光斑转换为匀化的方形光斑。这种方法对激光器的模式和光斑稳定性提出了非常苛刻的要求，要求光斑非常高斯且圆度非常好才能实现匀化的方形光斑。另外，光路的轻微漂移也会影响方形光斑的匀化效果和形状，导致设备需要经常停机调试，影响了电池的加工效率。

如中国专利CN107678086A中将单模高斯光斑直接NA(数值孔径)匹配耦合进方形光纤无法实现很好的匀化效果，需要大NA注入(远超光纤NA)才可实现匀化方形光斑，但会带来光纤端面损坏和传输效率低下的问题。

中国专利CN109683252 A中，将单模高斯光斑先小NA耦合进一段方形光纤，实现匀化效果不佳的多模方形光斑输出，再NA匹配的耦合进另一段方形光纤，实现匀化的方形光斑输出。这种方法需要两套光纤耦合装置，对机械稳定性提出了较高的要求，不利于工程化。

中国专利CN 108474906 A通过模式混合匀化光纤与方形光纤熔接实现匀化的方形光斑输出，模式混合匀化光纤用于将单模高斯光斑转换为匀化光斑。该方法，模式混合光纤通过在纤芯中设置不对称的掺杂区域，从而尽可能更多的激发高阶模式，通过模式混合形成平顶光出射，实现激光整形。但几何不对称设计的掺杂区域，难以实现掺杂区域的大小和折射率精确控制，光纤制备过程难以做到标准可控，其制备的激光整形光纤的批次一致性差、次品率高。

发明内容

有鉴于此，为了解决方形光斑的匀化问题，本发明的实施例提供了一种输出高功率匀化方形光斑的装置。

本发明的实施例提供一种输出高功率匀化方形光斑的装置，包括：

激光源，其用于发射激光；

纤芯，其包括第一方形纤芯和第二方形纤芯，所述第一方形纤芯和所述第二方形纤芯端面对准且以旋转40～45度的方式熔接；

包层，其为圆形且包覆于所述纤芯外；

耦合装置，其用于将所述激光源发射的激光耦合进所述第一方形纤芯中；

以及输出装置，其用于准直所述第二方形纤芯输出的光、并挡住所述包层的漏光。

进一步地，所述第一方形纤芯和第二方形纤芯的横截面的形状和大小均相同。

进一步地，所述第二方形纤芯相对所述第一方形纤芯旋转45°。

进一步地，所述第一方形纤芯与第二方形纤芯的光纤数值孔径相同。

进一步地，所述输出装置包括用于准直的第一输出装置和用于滤除包层光的第二输出装置。

进一步地，所述第一输出装置为非球面镜；和/或，所述第二输出装置为带孔的吸光块。