專利名稱：一種激光光斑整形裝置及激光光斑整形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光光斑整形裝置和激光光斑整形方法。
背景技術(shù)：
在激光領(lǐng)域，通常想要得到相對均勻的光斑可以采用以下方法1、使光線通過空間濾波器后，再做整形處理；2、使光線經(jīng)過一束光纖后，再做整形處理；由此來獲得較均勻的光斑。以上兩種方案各有各的優(yōu)缺點第一種方案，采用空間濾波器。一般的空間濾波器是由顯微透鏡組和微米數(shù)量級的小孔組成。小孔位于透鏡組焦點位置，即頻譜面上，這樣當(dāng)光束經(jīng)過空間濾波器后，零級透過，濾掉正負(fù)一級，得到相對均勻的發(fā)散光斑。后端再用準(zhǔn)直光路整形，一般用一片凸透鏡就可以得到比較均勻的光斑。這種方法比直接用兩片透鏡直接整形得到的光斑均勻性要好得多，但此方案對光能量有很大的損失。第二種方案，激光經(jīng)耦合進(jìn)入單束光纖。請參照圖1，圖I是一種現(xiàn)有技術(shù)將激光耦合進(jìn)入單束光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。光纖12具有一個輸入端面121，激光10經(jīng)過一個聚焦透鏡組11聚焦在輸入端面121。激光10經(jīng)在光纖12中全反射效果后，出射光斑會很均勻。 但是，如果激光10能量很高，對一束光纖12耦合就比較困難，因為能量較高的激光10很容易打壞光纖12。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)利用光纖進(jìn)行激光光斑整形裝置難度較高、容易打壞光纖的問題，本發(fā)明提供一種耦合難度低、不易損壞光纖的激光光斑整形裝置。為了解決現(xiàn)有技術(shù)利用光纖進(jìn)行激光光斑整形方法難度較高、容易打壞光纖的問題，本發(fā)明提供一種耦合難度低、不易損壞光纖的激光光斑整形方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種激光光斑整形裝置，包括一個激光源、一個耦合單元、多個光纖一個分束單兀，所述激光源用于輸出一個光束，所述分束單兀用于將所述光束分為多個分光束，所述率禹合單元用于將所述多個分光束分別對應(yīng)耦合進(jìn)入所述多個光纖，所述多個光纖的輸出端傾斜設(shè)置，使得所述多個光纖輸出的分光束會聚。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述的激光光斑整形裝置還包括一個整形單元，用于對所述多個光纖輸出的會聚的分光束進(jìn)行整形。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述分束單元包括第一分束鏡至第N-I分束鏡，所述激光光束分別經(jīng)過所述第一分束鏡至第N-I分束鏡，所述第一分束鏡至第N-I分束鏡反射的光束構(gòu)成第I至第N-I分光束，第N-I透射的光束構(gòu)成第N分光束。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述第一分束鏡至第N-I分束鏡中第i分束鏡的反射率是 l/(N-i+l)。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述耦合單元包括多個聚焦透鏡組，每個聚焦透鏡組用于將一個分光束耦合進(jìn)入一個光纖。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述的激光光斑整形裝置還包括多個夾持機構(gòu)，用于固持所述光纖的輸出端。一種激光光斑整形方法，其特征在于，包括利用分束單元將一個激光光束分為多個分光束；利用耦合單元將所述多個分光束分別對應(yīng)耦合進(jìn)入多個光纖；通過將所述多個光纖的輸出端傾斜設(shè)置，使得所述多個光纖輸出的分光束的光斑合并為一個整形光斑。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述分束單元包括第一分束鏡至第N-I分束鏡，所述激光光束分別經(jīng)過所述第一分束鏡至第N-I分束鏡，所述第一分束鏡至第N-I分束鏡反射的光束構(gòu)成第I至第N-I分光束，第N-I透射的光束構(gòu)成第N分光束。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述第一分束鏡至第N-I分束鏡中第i分束鏡的反射率是 l/(N-i+l)。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述多個分光束的能量相等。本發(fā)明激光光斑整形裝置和方法由于分光束經(jīng)在光纖中全反射效果后，出射會很均勻，最終合并的整形光斑也非常均勻。而且由于分光束的能量只有原光束的幾分之一，所以更容易耦合進(jìn)入光纖，更容易被傳輸，也更不容易損壞光纖。


圖I是一種現(xiàn)有技術(shù)將激光耦合進(jìn)入單束光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明激光光斑整形方法的流程圖。圖3是本發(fā)明第一實施方式的激光光斑整形裝置2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明第二實施方式的激光光斑整形裝置3的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式請參照圖2，圖2是本發(fā)明激光光斑整形方法的流程圖。本發(fā)明的激光光斑整形方法包括如下步驟步驟SI :利用分束單元將一個激光光束分為多個分光束；所述分束單元包括第一分束鏡至第N-I分束鏡，所述第一分束鏡至第N-I分束鏡中第i分束鏡的反射率是l/(N-i+l)。所述激光光束分別經(jīng)過所述第一分束鏡至第N-I分束鏡，所述第一分束鏡至第N-I分束鏡反射的光束構(gòu)成第I至第N-I分光束，第N-I透射的光束構(gòu)成第N分光束。步驟S2 :利用耦合單元將所述多個分光束分別對應(yīng)耦合進(jìn)入多個光纖；步驟S3 :通過將所述多個光纖的輸出端傾斜設(shè)置，使得所述多個光纖輸出的分光束的光斑合并為一個整形光斑。下面介紹用于實施本發(fā)明激光光斑整形方法的激光光斑整形裝置的第一實施方式。請參照圖3，圖3是發(fā)明第一實施方式的激光光斑整形裝置2的結(jié)構(gòu)示意圖。激光光斑整形裝置2包括沿光路依序設(shè)置的一個激光源21、一個分束單元22、一個耦合單元 23、第一光纖242、第二光纖243和一個合并裝置25。
激光源21用于輸出一個具有較高能量的激光光束211。在本實施方式中，激光源 21是半導(dǎo)體泵浦激光器。分束單元22用于將光束211分為一個第一分光束212和一個第二分光束213，并且使第一分光束212和第二分光束213的能量盡可能相同。在本實施方式中，分束單元22 包括一個分束鏡221、第一反射鏡226、第二反射鏡227、第三反射鏡228。理想的分束鏡221 的反射率為50%，透射率為50%，與光束211傳播方向呈45度放置，因此光束211經(jīng)分束鏡221后，一半能量的光束211被反射而成為第一分光束212，另一半能量的光束211穿透分束鏡221而成為第二分光束213。第一反射鏡226與第二分光束213傳播方向呈45度放置，用于改變第二分光束213使其與第一分光束212平行。第二反射鏡227、第三反射鏡 228用于再次改變第一分光束212、第二分光束213的傳播方向和調(diào)整間距，將第一分光束 212、第二分光束213導(dǎo)向耦合單元23。稱合單兀23用于將第一分光束212和第二分光束213分別對應(yīng)稱合進(jìn)入第一光纖242和第二光纖243。在本實施方式中，耦合單元23包括第一聚焦透鏡組231和第二聚焦透鏡組232，第一聚焦透鏡組231和第二聚焦透鏡組232用于將第一分光束212和第二分光束213分別對應(yīng)稱合進(jìn)入第一光纖242和第二光纖243。通過第一聚焦透鏡組231和第二聚焦透鏡組232而到達(dá)第一光纖242和第二光纖243的第一分光束212和第二分光束 213需要保證會聚的角度小于光纖的數(shù)值孔徑角，以保證第一分光束212和第二分光束213 能在第一光纖242和第二光纖243中傳輸。合并裝置25用于將從第一光纖242和第二光纖243輸出的第一分光束212和第二分光束213的光斑合并為一個整形光斑260。在本實施方式中，合并裝置25包括兩個夾持機構(gòu)251,用于固持第一光纖242和第二光纖243的輸出端,使第一光纖242和第二光纖 243之間的間距和夾角盡可能小，以保證其可傳輸性盡可能高，且使得從所述第一光纖242 和第二光纖243輸出的第一分光束212和第二分光束213能夠會聚，將第一分光束212和第二分光束213的光斑合并為一個整形光斑260。本實施方式由于第一分光束212和第二分光束213經(jīng)在第一光纖242和第二光纖 243中全反射效果后，出射光斑會很均勻，最終合并的整形光斑260也非常均勻。而且由于第一分光束212和第二分光束213的能量只有光束211的一半，所以更容易耦合進(jìn)入光纖， 更容易被傳輸，也更不容易損壞光纖。請參照圖4，圖4是本發(fā)明第二實施方式的激光光斑整形裝置3的結(jié)構(gòu)示意圖。激光光斑整形裝置3包括沿光路依序設(shè)置的一個激光源31、一個分束單元32、一個耦合單元 33、第一光纖342、第二光纖343、第三光纖344和一個合并裝置35。激光源31用于輸出一個具有較高能量的激光光束311。在本實施方式中，激光源 31是半導(dǎo)體泵浦激光器。分束單兀32用于將光束311分為第一分光束312、第二分光束313和第三分光束314，并且使第一分光束312、第二分光束313和第三分光束314的能量盡可能相同。在本實施方式中，分束單兀32包括一個第一分束鏡321、一個第二分束鏡322和第一反射鏡 326、第二反射鏡327、第三反射鏡328、第四反射鏡329。理想的第一分束鏡321的反射率為 33. 33%，透射率為66. 67%，與光束211傳播方向呈45度放置。理想的第二分束鏡322的反射率為50 %，透射率為50 %，也與光束211傳播方向呈45度放置于第一分束鏡321的后方。光束311經(jīng)第一分束鏡321后，約為1/3光束211能量被反射而成為第一分光束 312，另2/3光束211能量穿透第一分束鏡321而成為中間光束。第二分束鏡322再將中間光束的一半能量(即約為1/3光束211能量)反射成為第二分光束313，將中間光束的一半能量(即約為1/3光束211能量)透射成為第三分光束314。第一反射鏡326與第三分光束314傳播方向呈45度放置，用于改變第三分光束314使其與第一分光束312、第二分光束313平行。第二反射鏡327、第三反射鏡328、第四反射鏡329用于再次改變第一分光束
312、第二分光束313、第三分光束314的傳播方向和調(diào)整間距，將第一分光束312、第二分光束313、第三分光束314導(dǎo)向耦合單元33。稱合單兀33用于將第一分光束312、第二分光束313、第三分光束314分別對應(yīng)率禹合進(jìn)入第一光纖342、第二光纖343、第三光纖344。在本實施方式中，稱合單兀33包括第一聚焦透鏡組331、第二聚焦透鏡組332、第三聚焦透鏡組333，第一聚焦透鏡組331、第二聚焦透鏡組332、第三聚焦透鏡組333用于將第一分光束312、第二分光束313、第三分光束314 分別對應(yīng)稱合進(jìn)入第一光纖342、第二光纖343、第三光纖344。通過第一聚焦透鏡組331、第二聚焦透鏡組332、第三聚焦透鏡組333而到達(dá)第一光纖342、第二光纖343、第三光纖344 的第一分光束312、第二分光束313、第三分光束314需要保證會聚的角度小于光纖的數(shù)值孔徑角，以保證第一分光束312、第二分光束313、第三分光束314能在第一光纖342、第二光纖343、第三光纖344中傳輸。合并裝置35用于將從第一光纖342、第二光纖343、第三光纖344輸出的第一分光束312、第二分光束313、第三分光束314的光斑合并為一個整形光斑360。在本實施方式中，合并裝置35包括三個夾持機構(gòu)351,用于固持第一光纖342、第二光纖343、第三光纖 344的輸出端,使第一光纖342、第二光纖343、第三光纖344之間的間距和夾角盡可能小，以保證其可傳輸性盡可能高，且使得從所述第一光纖342、第二光纖343、第三光纖344輸出的第一分光束312、第二分光束313、第三分光束314能夠會聚，將第一分光束312、第二分光束
313、第三分光束314的光斑合并為一個整形光斑360。本實施方式由于第一分光束312、第二分光束313、第三分光束314經(jīng)在第一光纖 342、第二光纖343、第三光纖344中全反射效果后，出射會很均勻，最終合并的整形光斑360 也非常均勻。而且由于第一分光束312、第二分光束313、第三分光束314的能量只有光束 311的1/3，所以更容易耦合進(jìn)入光纖，更容易被傳輸，也更不容易損壞光纖。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上述實施方式可以確定，本發(fā)明不僅可以被分成2等份和3 等份，還可以根據(jù)光束211或光束311的能量強度以及光纖所能承受的最大光強度，將光束
211或光束311分為4等分、5等份......N等份，其中N為任意正整數(shù)。在將光束211或
光束31 IN等份時，一個較佳的實施方式是，分束單元包括第一分束鏡至第N-I分束鏡，以及第I反射鏡至第N+1反射鏡。理想的第一分束鏡至第N-I分束鏡的反射率分別是1/N、1/
(N-l)、l/(N-2)、l/(N-3)、l/(N-4)......1/3、1/2。第一分束鏡至第 N-I 分束鏡與光束 211
或光束311傳播方向呈45度依序放置，并使光束211或光束311依序經(jīng)過第一分束鏡至第 N-I分束鏡。被第一分束鏡至第N-I分束鏡反射的光束構(gòu)成第一分光束至第N-I分光束， 從第N-I分束鏡透射的光束構(gòu)成第N分光束。這樣第一分光束至第N分光束就具有相等的能量了。第一反射鏡與第N分光束傳播方向呈45度放置，用于將第N+1分光束的傳播方向調(diào)整為與第一分光束至第N-I分光束平行。第二反射鏡至第N+1反射鏡用于改變第一分光束、第二分光束、第三分光束的傳播方向和調(diào)整間距，將第一分光束至第N分光束導(dǎo)向I禹合單元。為了舉例說明本發(fā)明的實現(xiàn)，描述了上述的具體實施方式
。但是本發(fā)明的其他變化和修改，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，在本發(fā)明所公開的實質(zhì)和基本原則范圍內(nèi)的任何修改/變化或者仿效變換都屬于本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種激光光斑整形裝置，包括一個激光源、一個耦合單元、多個光纖，其特征在于 還包括一個分束單元，所述激光源用于輸出一個光束，所述分束單元用于將所述光束分為多個分光束，所述耦合單元用于將所述多個分光束分別對應(yīng)耦合進(jìn)入所述多個光纖，所述多個光纖輸出的多個分光束的光傳播路徑相交于一點。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光光斑整形裝置，其特征在于，所述多個光纖的輸出端的中心軸線位于同一平面并且相交于一點。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的激光光斑整形裝置，其特征在于，所述的激光光斑整形裝置還包括一個整形單元，用于對所述多個光纖輸出的會聚分光束的光斑進(jìn)行整形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的激光光斑整形裝置，其特征在于，所述分束單元包括第一分束鏡至第N-I分束鏡，所述激光光束分別經(jīng)過所述第一分束鏡至第N-I分束鏡，所述第一分束鏡至第N-I分束鏡反射的光束構(gòu)成第I至第N-I分光束，第N-I透射的光束構(gòu)成第 N分光束。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光光斑整形裝置，其特征在于，所述第一分束鏡至第N-I分束鏡中第i分束鏡的反射率是l/(N-i+l)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的激光光斑整形裝置，其特征在于，所述耦合單元包括多個聚焦透鏡組，每個聚焦透鏡組用于將一個分光束耦合進(jìn)入一個光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的激光光斑整形裝置，其特征在于，所述的激光光斑整形裝置還包括多個夾持機構(gòu)，用于固持所述光纖的輸出端。
8.一種激光光斑整形方法，其特征在于，包括利用分束單兀將一個激光光束分為多個分光束；利用耦合單元將所述多個分光束分別對應(yīng)耦合進(jìn)入多個光纖；通過將所述多個光纖的輸出端傾斜設(shè)置，使得所述多個光纖輸出的分光束的光斑合并為一個整形光斑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光光斑整形方法，其特征在于，所述分束單元包括第一分束鏡至第N-I分束鏡，所述激光光束分別經(jīng)過所述第一分束鏡至第N-I分束鏡，所述第一分束鏡至第N-I分束鏡反射的光束構(gòu)成第I至第N-I分光束，第N-I透射的光束構(gòu)成第N分光束。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光光斑整形方法，其特征在于，所述第一分束鏡至第N-I 分束鏡中第i分束鏡的反射率是l/(N-i+l)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光光斑整形裝置和激光光斑整形方法，所述裝置包括一個激光源、一個耦合單元、多個光纖、一個分束單元，所述激光源用于輸出一個光束，所述分束單元用于將所述光束分為多個分光束，所述耦合單元用于將所述多個分光束分別對應(yīng)耦合進(jìn)入所述多個光纖，所述多個光纖的輸出端傾斜設(shè)置，使得所述多個光纖輸出的分光束會聚。本發(fā)明裝置和方法使激光光束更容易耦合進(jìn)入光纖，更容易被傳輸，也更不容易損壞光纖。
文檔編號G02B27/09GK102540470SQ201110058078
公開日2012年7月4日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者吳海濤, 樊仲維 申請人:北京國科世紀(jì)激光技術(shù)有限公司