[发明专利]一种基于偏振面复用的高功率光纤耦合系统

说明书

本发明公开了一种基于偏振面复用的高功率光纤耦合系统，对于巴条在垂直方向上堆叠封装方式的激光源，本发明在不需要平板镜、条纹镜或棱镜堆栈的同时，利用合束技术以及直角棱镜与阶梯棱镜相结合的结构件实现波长合束以及两组不同偏振态光束偏振合束，偏振平面得到复用，极大地提高了偏振面的利用效率，并通过对光束快轴方向的压缩来有效消除快轴方向上光束存在的暗区，最终以较高的光效率耦合进光纤。

技术领域

本发明涉及一种光纤耦合系统。

背景技术

半导体激光器因为空间小、寿命长、电光之间的转化率高等优点，在工业加工、激光泵浦、生物医疗等领域得到广泛的使用。为了提高输出功率及满足实际应用，常采用巴条在垂直方向上堆叠等封装方式，这会导致快轴方向上光束存在暗区，快慢轴上的光束质量不均匀，进而难以耦合进入目标光纤，因此对半导体激光器光束整形及光纤耦合模块的设计研究至关重要。

现有的光束整形方法有平行平板玻璃、全反射棱镜、偏振棱镜合束、多波长合束等等，其中所使用的偏振棱镜合束的偏振面的利用效率不高，只有一组P、S偏振光进行偏振合束，另设计的全反射棱镜的阶梯数比较多，安装、生产较复杂，平行板的厚度较薄，加工精度要求较高，调节困难。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于偏振面复用的高功率光纤耦合系统，对于巴条在垂直方向上堆叠封装方式的激光源，能够实现不同偏振光的偏振合束，并有效消除快轴方向上光束存在的暗区，最终以较高的光效率耦合进光纤。

技术方案：一种基于偏振面复用的高功率光纤耦合系统，包括S偏振态的半导体激光器堆叠、第一P偏振态的半导体激光器堆叠、第二P偏振态的半导体激光器堆叠、第一至第三波长合束镜、直角棱镜与阶梯棱镜相结合的结构件、旋转棱镜组、扩束柱面镜以及非球面透镜；

其中，所述直角棱镜与阶梯棱镜相结合的结构件中，直角棱镜与阶梯棱镜的厚度一致，所述阶梯棱镜包括一组直角边平面以及阶梯斜面；所述直角棱镜的斜边平面与所述阶梯棱镜的一个直角边平面相结合，相结合的其中一个面上镀有偏振膜；所述阶梯棱镜的阶梯斜面由依次交替设置的第一斜面和第二斜面构成，其中第一斜面与所述阶梯棱镜的一个直边平角面垂直，第二斜面与第一斜面连接处形成135°夹角；

每组半导体激光器堆叠均包括波长为λ₁、λ₂的两组偏振态激光器；第三波长合束镜用于将所述S偏振态的半导体激光器堆叠输出的不同波长光束进行波长合束后，从所述结构件中阶梯斜面的第二斜面垂直方向入射；第一波长合束镜用于将所述第二P偏振态的半导体激光器堆叠输出的不同波长光束进行波长合束后，从所述结构件中直角棱镜的一个直角边平面垂直方向入射；第二波长合束镜用于将所述第一P偏振态的半导体激光器堆叠输出的不同波长光束进行波长合束后，从所述结构件中直角棱镜的另一个直角边平面垂直方向入射；所述偏振膜用于将输入的两组S、P偏振光进行偏振合束，结构件的所述阶梯斜面用于在快轴方向对偏振合束的光束进行全反射输出，实现快轴方向光束的压缩；

所述旋转棱镜组用于对从所述结构件输出光束进行切割重排，均衡快慢轴方向的光参数积；所述扩束柱面镜对切割重排后的光束宽度进行匀化；所述非球面透镜用于将匀化后的光束聚焦耦合进入光纤中。

进一步的，每组半导体激光器堆叠的结构中都包括用于快轴和慢轴方向上光束准直的D型柱面镜和微透镜阵列。

进一步的，所述S偏振态的半导体激光器堆叠包括输出波长分别为λ₁、λ₂的8个巴条的两组S偏振态的激光器，第一P偏振态的半导体激光器堆叠、第二P偏振态的半导体激光器堆叠均包括输出波长分别为λ₁、λ₂的4个巴条的两组P偏振态的激光器。

进一步的，所述结构件的厚度为9mm-12mm，直角棱镜的两直角边长度为7mm-10mm，直角棱镜的斜边长度为9.9mm-15mm；阶梯棱镜中，单个第一斜面的长度为√2/2mm，单个第二斜面的长度为1.3mm。