一種光纖輸出激光均勻化消散斑的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光纖輸出激光均勻化消散斑的方法。該方法包括對光纖輸出激光器的光纖輸出端面或光纖端帽輸出面進行粗化處理，將位于插芯中的光纖輸出端面或者將光纖端帽輸出面清洗后懸浮浸入到腐蝕液中，腐蝕時間為2~20min；所得光纖輸出端面由光滑平面變?yōu)榇只砻?；給激光器通電,觀察光斑，所得均勻化的激光束無暗心、無光環(huán)、無手電筒現象。
【專利說明】一種光纖輸出激光均勻化消散斑的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖輸出激光均勻化消散斑的方法，屬于激光應用【技術領域】。
【背景技術】
[0002]激光作為一種高亮度、單色性好、方向性好的光源得到了廣泛地應用。光纖輸出激光器芯片工作環(huán)境密封、超凈，延長使用壽命，并且光纖輸出提供了柔和的客戶端，使用方便靈活。但由于激光器發(fā)出的光耦合到多模光纖，并經過多模光纖傳輸后，形成很多模式輸出，最終輸出光不是均勻的光束，常見的會出現圓環(huán)狀、螺旋狀或者不對稱狀，模式與模式之間也存在干涉，導致散斑的形成。在照明時，這種光纖輸出光場的不均勻性和干涉散斑嚴重影響檢測端的顯示效果，也直接影響到激光顯示系統(tǒng)中圖像的質量。
[0003]目前存在的一些勻化光場的方法的系統(tǒng)非常復雜，成本也比較高，如中國專利文件CN102169239A公開了一種激光投影系統(tǒng)中的散斑圖像置亂，提供一種激光投影系統(tǒng)，該激光投影系統(tǒng)包括光源、相位延遲元件和光束掃描元件。光源包括至少一個頻率變換激光源，該激光源包括波長可調激光二極管和波長變換器件。相位延遲元件被配置成將頻率變換激光束的偏振分解成兩個正交的線偏分量以使一個偏振分量相對于另一個相位滯后。2D圖像幀內的頻率變換激光束偏振是各偏振分量相對于彼此滯后的程度的函數并隨波長可調激光二極管的輸出中的波長變化而變化。2D圖像幀中的頻率變換激光束的偏振變化足以跨2D圖像幀置亂圖像斑點圖案。但該系統(tǒng)的裝置不夠緊湊，元器件較多，可靠性差。
[0004]中國專利文件CN102081235A公開了多模光纖中傳輸光信號均勻化、消偏振以及消相干的方法，將光纖置于超聲波振蕩器的液體中來實現對光斑的勻化，將光纖纏繞在振蕩器中的光纖限定圈中，采用的液體是水。該裝置相對簡單一些，但由于有液體的存在，使用起來很不方便，而且超聲振蕩器需要外加高壓高頻電源，增加了整個系統(tǒng)的體積和成本。
[0005]中國專利文件CN201285473A公開了一種基于散射的消相干勻場裝置，包括中空波導和散射媒質，激光在散射媒質中的傳播過程，通過散射媒質對激光的散射分束并利用波導的混光作用對激光進行勻化。該裝置相對簡單，但由于散射介質以及波導反射層的吸收損耗，效率不高，光功率的損耗較大。
[0006]美國專利6532244、6810175等所描述的將一定長度的多模光纖進行盤繞或施加分布式的應力，并輔以離軸耦合、將不同直徑的光纖對接的方法。但這些方法實施起來不夠簡便，需要體積比較大的裝置和足夠長的光纖，安裝、調節(jié)都不方便，批量制作的時候一致性難以保證。中國專利文件CN101630045A提供了一種改善多模光纖輸出光束空間分布的裝置，通過給光纖施加應力來改變輸出光束空間分布，包括在傳輸激光的多模光纖上的很短的長度上施加單點、多點或連續(xù)分布的的外應力，方法簡單方便，對于光斑中的圓環(huán)螺旋條紋有明顯的效果，但該方法對光場中的干涉散斑沒有任何的效果，在照明，顯示的時候還是會嚴重影響成像的質量。

【發(fā)明內容】
[0007]針對現有技術光纖輸出光場的不均勻性和干涉散斑的問題，本發(fā)明提供一種光纖輸出激光均勻化消散斑的方法，能同時達到光斑勻化和消減散斑的效果，滿足光纖輸出激光作為光源的高質量要求。
[0008]術語解釋:
[0009]數值孔徑:光纖的常數，與光纖輸出光最大孔徑有關，是一個發(fā)散角的定義方式。入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個角度范圍內的入射光才可以。這個角度ct的正弦值就稱為光纖的數值孔徑(NA=sin α )。
[0010]光纖芯徑/包層:是光纖內芯直徑與外包層的直徑，例如，光纖芯徑/包層為400/440微米，是指光纖內芯直徑為400微米，包層直徑440微米。
[0011]本發(fā)明的技術方案如下:
[0012]一種光纖輸出激光均勻化消散斑的方法，包括對光纖輸出激光器的光纖輸出端面或光纖端帽輸出面進行粗化處理，步驟如下:
[0013](I)清洗
[0014]對光纖輸出端面進行清洗處理，除掉其表面污物；將光纖固定在光纖輸出激光器連接頭插芯中，光纖輸出端面與插芯端面平齊；或者，
[0015]將光纖輸出端熔接一個光纖端帽，清理光纖端帽輸出面，除掉其表面污物；
[0016](2)粗化
[0017]將位于插芯中的光纖輸出端面或者將光纖端帽輸出面懸浮浸入到腐蝕液中，腐蝕時間為2?20min ;所述腐蝕液是體積比為1:5?20的HF和水混合而成；所得光纖輸出端面由光滑平面變?yōu)榇只砻?；取出位于插芯中的光纖，用去離子水沖洗光纖輸出端面；
[0018](3)將位于插芯中的光纖粗化處理后，或者將熔接的光纖端帽粗化處理后，給激光器通電，觀察光斑，得到均勻化的輸出激光。
[0019]根據本發(fā)明優(yōu)選的，上述步驟(2)中粗化處理是將固定有光纖的插芯浸入腐蝕液中3-6mm深度；或者將光纖輸出端熔接的光纖端帽浸入腐蝕液中3_6mm深度。
[0020]根據本發(fā)明優(yōu)選的，所述光纖或光纖端帽材料為石英材料。石英材料受到HF酸作用，使端面表面毛化(如圖2所示)其傳播路徑由原來的有指向性變?yōu)殡s亂；端面輸出光發(fā)生不同角度的折射，打破光纖模場對光形成的限制，實現光斑的勻化。
[0021]本發(fā)明方法所得均勻化的激光束無暗心、無光環(huán)和無手電筒現象(如圖5b所示)。
[0022]根據本發(fā)明優(yōu)選的，所述光纖長度20-60cm，光纖芯徑/包層為400/440微米，數值孔徑0.22。
[0023]根據本發(fā)明優(yōu)選的，所述光纖端帽長度為5-20mm，直徑為1.5_5mm。光纖端帽長度和直徑成比例保證光不在光纖端帽的側面輸出，光纖端帽材料一般選為石英或玻璃等透光率高的介質。
[0024]根據本發(fā)明優(yōu)選的，所述光纖輸出激光器，輸出波長為780_980nm。
[0025]本發(fā)明的原理是:
[0026]在光纖輸出端面進行粗化處理，使原來嚴格按照光纖內部模場傳輸的光束傳輸路徑在端面處發(fā)生變化，輸出光線在端面處經過不同角度的出射面，發(fā)生不同角度的折射，打破光纖模場對光形成的限制，實現光斑的勻化。并且該方法同時實現了光程的改變，光通過不同的面輸出，光程出現差異，也可以減少因干涉造成的散斑，進一步實現光斑勻化。[0027]圖3是未粗化光纖端面、光在光纖中傳輸意圖,光在光纖中傳輸按照全反射規(guī)律，受到光纖內部模式的影響，按光纖內部模式有序輸出，造成輸出光光斑有序，形成圓環(huán)星形圖等有序圖樣，如圖5b中所示。
[0028]圖4是經過粗化后的光纖端面、光在光纖中傳輸不意圖,光在光纖中傳輸按照全反射規(guī)律，受到光纖內部模式的影響，與未粗化形成區(qū)別在光纖的端面進行粗化，粗化后光打亂原來的有序輸出，形成廣角度雜亂輸出，如圖5a中所示。經過該粗化步驟形成了光的均勻廣角度輸出。
[0029]本發(fā)明適用于多模光纖輸出激光器的光斑勻化，光纖直徑尺寸越大勻化效果越好。將光纖焊接到玻璃光纖帽上，對光纖帽端面進行粗化毛化，效果更好。
[0030]本發(fā)明方法簡單、成本低，適用于以光纖輸出激光為光源的應用領域中，如激光夜視、安防、激光投影等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為位于插芯中的粗化前光纖端面示意圖；
[0032]圖2為位于插芯中的粗化后光纖端面示意圖；
[0033]圖3為粗化前光輸出光纖端面示意圖；
[0034]圖4為粗化后光輸出光纖端面不意圖；
[0035]圖5為光纖端面粗化前后激光器光纖輸出激光的光斑變化不意圖。
[0036]圖6是光纖輸出端熔接光纖端帽示意圖。
[0037]圖中:1、光纖；2、插芯；3、粗化后光纖端面；4、光線；5、粗化前光纖端面；6、光纖端帽。
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明，但不限于此。
[0039]實施例1:一種光纖輸出激光均勻化消散斑的方法，步驟如下:
[0040]( I )2ff光纖輸出激光器，石英材料的光纖固定在光纖輸出激光器連接頭插芯中，光纖輸出端面與插芯端面平齊；光纖長度20cm, —般情況下光纖越短光線受光纖內部模式影響越嚴重，光纖直徑400/440，數值孔徑0.22，輸出波長808nm，正負極通電2A觀察光斑；光斑受多模光纖內部模式影響，在空間分布上不均勻，出現暗心及手電筒現象，如圖5a所示；
[0041]關掉電源，取出并清理光纖輸出端面，除掉表面污物。如圖1所示，光纖I位于插芯2中，為未粗化光纖端面,此時光纖I端面與插芯端面平齊，輸出表面光滑，約有0.05微米拋光；
[0042](2)配制體積比為1: 10的HF和水混合腐蝕液；
[0043]把位于插芯中的光纖輸出端面懸浮在配置好的腐蝕液中，插芯浸入液面深度6_，腐蝕IOmin取出；光纖材料為石英,受到HF酸作用，光纖輸出端面表面毛化,如圖2所不,光纖端面3為腐蝕之后表面；
[0044]用去離子水沖洗光纖輸出端面。本步驟整個過程中注意避免溶液的腐蝕傷害；
[0045]光纖端面微結構如圖4示意，表面毛化，其傳播路徑由原來的有指向性變?yōu)殡s亂；
[0046](3)給激光器正負極通電2A，觀察光斑。光斑由變?yōu)閳D5a所示轉變?yōu)閳D5b所示；得到均勻化的輸出激光。
[0047]實施例2:
[0048]光纖輸出激光器，不帶連接頭，裸光纖輸出。把光纖I輸出端熔接到光纖端帽6上，光纖端帽6是直徑大于光纖的石英柱,米用1.8mm直徑的光纖端帽6 —端熔接到光纖I上，另一端研磨好，光纖端帽6的長度為8mm。如圖6所示。
[0049](I)清理光纖端帽6輸出面，除掉表面污物；
[0050](2)配制腐蝕液，按照體積比為1:10的HF和水混合；把光纖端帽懸浮在配置好的溶液中，光纖端帽浸入腐蝕液液面下3_深，腐蝕IOmin取出光纖端帽；光纖端帽材料為石英，受到HF酸作用，表面毛化；用去離子水沖洗光纖端帽，接觸溶液的整個過程注意溶液對人體的腐蝕傷害；光纖端面微結構如圖4示意，表面毛化，其傳播路徑由原來的有指向性變?yōu)殡s亂；
[0051](3)激光器正負極通電2A,觀察光斑,如圖5b所不。得到均勻化的輸出激光。
【權利要求】
1.一種光纖輸出激光均勻化消散斑的方法，包括對光纖輸出激光器的光纖輸出端面或光纖端帽輸出面進行粗化處理，步驟如下: (1)清洗 對光纖輸出端面進行清洗處理，除掉其表面污物；將光纖固定在光纖輸出激光器連接頭插芯中，光纖輸出端面與插芯端面平齊；或者， 將光纖輸出端熔接一個光纖端帽，清理光纖端帽輸出面，除掉其表面污物； (2)粗化 將位于插芯中的光纖輸出端面或者將光纖端帽輸出面懸浮浸入到腐蝕液中，腐蝕時間為2?20min ;所述腐蝕液是體積比為1:5?20的HF和水混合而成；所得光纖輸出端面由光滑平面變?yōu)榇只砻妫蝗〕鑫挥诓逍局械墓饫w，用去離子水沖洗光纖輸出端面； (3 )將位于插芯中的光纖粗化處理后，或者將熔接的光纖端帽粗化處理后，給激光器通電，觀察光斑，得到均勻化的輸出激光。
2.如權利要求1所述的光纖輸出激光均勻化消散斑的方法，其特征在于步驟(2)中粗化處理是將固定有光纖的插芯浸入腐蝕液中3-6mm深度；或者將光纖輸出端熔接的光纖端帽浸入腐蝕液中3-6_深度。
3.如權利要求1所述的光纖輸出激光均勻化消散斑的方法，其特征在于所述光纖或光纖端帽材料為石英材料。
4.如權利要求1所述的光纖輸出激光均勻化消散斑的方法，其特征在于所述光纖長度20-60cm，光纖芯徑/包層為400/440微米，數值孔徑0.22。
5.如權利要求1所述的光纖輸出激光均勻化消散斑的方法，其特征在于所述光纖端帽長度為5-20mm,直徑為1.5_5mm。
6.如權利要求1所述的光纖輸出激光均勻化消散斑的方法，其特征在于所述光纖輸出激光器，輸出波長為780-980nm。
【文檔編號】G02B6/14GK103837992SQ201210482736
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月25日 優(yōu)先權日:2012年11月25日
【發(fā)明者】于果蕾, 秦華兵, 江建民, 劉成成 申請人:山東浪潮華光光電子股份有限公司