本發(fā)明涉及激光技術，具體涉及一種激光合束系統(tǒng)以及激光復合合束系統(tǒng)。

背景技術：

激光作為一種特殊光源，廣泛應用于激光顯示、特種照明、生物醫(yī)療設備、舞臺演示、軍警設備等領域?，F(xiàn)有技術中，單束激光的能量較為有限，為獲取大功率激光，常通過激光合束裝置對多個激光進行合束。

現(xiàn)有技術中的激光合束裝置包括單波長高功率激光器和多波長復合高功率激光器，其中，單波長高功率激光器多采用半導體激光器空間合束而成，光束質量較差，輸出光斑不規(guī)則，散斑嚴重，且受到單波長合光原理和光學合光器件的限制，功率擴展有限。多波長復合高功率激光器，同樣多采用半導體激光器空間合束而成，色散嚴重，光斑不規(guī)則，散斑嚴重，且受到多波長合光器件鍍膜和光學合光器件的限制，功率擴展有限。如申請?zhí)枮?01310446965.9，申請公布日為2013.0927，名稱為“光纖激光合束器”提供的就是這一種光纖合束裝置，其僅經(jīng)過單次合束混光，效果有限。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種激光合束系統(tǒng)以及激光復合合束系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術中的上述不足之處。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種激光合束系統(tǒng)，包括至少兩根輸入輸入光纖，其特征在于，各所述輸入光纖上至少設置有一個拉錐勻化段，在所述拉錐勻化段，各所述輸入光纖形成一體式結構；

所述拉錐勻化段包括位于中部的圓筒熔融部和連接于所述圓筒熔融部兩端的拉錐圓臺部。

上述的激光合束系統(tǒng)，各所述輸入光纖的芯徑相同或不同。

上述的激光合束系統(tǒng)，所述拉錐部的軸向尺寸所述圓筒熔融部的長度的1.2-2.5倍之間。

上述的激光合束系統(tǒng)，各所述輸入光纖上位于所述拉錐勻化段輸入端和/或輸出端的部位內置有固定插芯。

上述的激光合束系統(tǒng)，各所述輸入光纖位于所述拉錐勻化段的兩端被限位形成輸入光纖束。

上述的激光合束系統(tǒng)，還包括輸出光纖，各所述輸入光纖的輸出端熔融形成一圓臺端，所述圓臺端與所述輸出光纖同軸等徑熔接。

上述的激光合束系統(tǒng)，所述輸入光纖和輸出光纖的尺寸滿足以下關系：

d1*na1≥sqrt(m)d0*na0；

其中，m為所述輸入光纖的根數(shù)，d0為所述輸入光纖的芯徑，na0為所述輸入光纖的數(shù)值孔徑，d1為所述輸出光纖的芯徑，na1為所述輸出光纖的數(shù)值孔徑。

一種激光復合合束系統(tǒng)，包括至少兩個上述的激光合束系統(tǒng)，各所述輸出光纖上至少設置有一個拉錐勻化段，在所述拉錐勻化段，各所述輸出光纖形成一體式結構；

所述拉錐勻化段包括位于中部的圓筒熔融部和連接于所述圓筒熔融部兩端的拉錐圓臺部。

在上述技術方案中，本發(fā)明提供的激光合束系統(tǒng)，突破空間合束的光學器件限制，極易實現(xiàn)光源小型化和多波長的復合。

同時，多個光纖輸入的結構形式，極易實現(xiàn)高功率擴展；經(jīng)過多次勻化混光處理，極易實現(xiàn)高質量光束的輸出，光斑規(guī)則，色散和散斑得到很好的控制等。

由于上述激光合束系統(tǒng)具有上述技術效果，包含該激光合束系統(tǒng)的激光復合合束系統(tǒng)也應具有相應的技術效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種實施例提供的激光合束系統(tǒng)的原理示意圖；

圖2為本發(fā)明另一種實施例提供的激光合束系統(tǒng)的原理示意圖；

圖3為本發(fā)明再一種實施例提供的激光合束系統(tǒng)的原理示意圖；

圖4為本發(fā)明一種實施例提供的激光合束系統(tǒng)的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明另一種實施例提供的管夾的部分結構示意圖；

圖6為本發(fā)明再一種實施例提供的板件連接體和壓緊件的結構示意圖；

圖7為本發(fā)明一種實施例提供的激光復合合束系統(tǒng)的結構示意圖；

圖8為本發(fā)明另一種實施例提供的激光復合合束系統(tǒng)的部分結構示意圖。

附圖標記說明：

1、激光發(fā)生模塊；2、耦合模塊；3、輸入光纖；4、拉錐勻化段；4.1、圓筒熔融部；4.2、拉錐圓臺部；5、輸出光纖；6、圓臺端。

具體實施方式

為了使本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細介紹。

如圖1-6所示，本發(fā)明實施例提供的一種激光合束系統(tǒng)，包括至少兩根輸入輸入光纖3，各所述輸入光纖3上至少設置有一個拉錐勻化段，在所述拉錐勻化段，各所述輸入光纖3形成一體式結構；所述拉錐勻化段包括位于中部的圓筒熔融部4.1和連接于所述圓筒熔融部4.1兩端的拉錐圓臺部4.2。

具體的，本實施例提供的激光合束系統(tǒng)，由激光發(fā)生模塊1發(fā)射出的激光，再經(jīng)過耦合模塊2的整形，消像差處理，其中激光發(fā)生模塊1中的每一個激光發(fā)射單元對應一個耦合模塊2的非球面鏡，本實施例中，激發(fā)發(fā)生模塊可以是固體激光器、氣體激光器、光纖激光器、半導體泵浦激光器、半導體激光器等，但優(yōu)選的，激光發(fā)生模塊1為ld半導體激光器，其具有體積較小、體積小、重量輕、效率高、使用壽命長等特點，耦合模塊2可以是自聚焦透鏡、非球面鏡、球面鏡、柱面鏡、自由曲面、光纖熔接器件等，優(yōu)選的為非球面鏡，其體積小、重量輕、矯正像差能力強。

本實施例中，各束激光經(jīng)由激光發(fā)生模塊1、耦合模塊2進入輸入光纖3，各輸入光纖3通過拉錐勻化段進行合束和勻化，拉錐勻化段為這樣的結構：中部的圓筒熔融部4.1和兩端的拉錐圓臺部4.2，拉錐圓臺部4.2上較大徑向的一端(簡稱底面)連接各光纖，拉錐圓臺部4.2上較小徑向的一端(簡稱頂面)連接圓筒熔融部4.1，拉錐圓臺部4.2的較小徑向尺寸的一端的芯徑與圓筒熔融部4.1的徑向尺寸相同，兩者等軸布置，此時拉錐圓臺部4.2和圓筒熔融部4.1相連的部分為平滑過渡。本實施例中，為形成拉錐勻化段，優(yōu)選的，各輸入光纖3上的一段先去除涂覆層，再在高溫下進入熔融以連接成一體式錐形結構，即熔融以形成上述的圓筒熔融部4.1和拉錐圓臺部4.2。除上述實現(xiàn)方式外，現(xiàn)有技術中其它的可以形成上述拉錐勻化段的方法亦可適用于本實施例，如先制造拉錐勻化段，再行將各輸入光纖3連接到拉錐勻化段上。

本實施例中，輸入光纖3在尺寸范圍內可以設置有多個拉錐勻化段，如兩個、三個、四個乃至更多，如此以反復的合束、勻化，實現(xiàn)多重勻化混光處理，以實現(xiàn)高質量的光束的輸出。同時，可以解決散斑嚴重、色散嚴重，輸出光斑不規(guī)則、光束質量差等一系列問題。

在一個實施例中，選用3根芯徑105μm，數(shù)值孔徑na0.22的光纖作為輸入光纖3，拉錐勻化段兩端各連接兩個上述尺寸的輸入光纖3，最終熔接拉錐效率大于95％，效率極高。

在對比試驗中，對比對象分別為本申請?zhí)峁┑募す夂鲜到y(tǒng)和背景技術中對比文件1(申請?zhí)?01310446965.9)提供的僅有一個拉錐圓臺部的激光合束系統(tǒng)，其試驗結果如下表1所示。

在表1中，均勻度描述激光光強的整體勻化效果，此參數(shù)越接近于1，勻化效果越好；平穩(wěn)度描述激光的散斑情況，反映光強分布的平滑狀態(tài)，此參數(shù)越接近于0，消散斑效果越好。

由表1可知，在其它參數(shù)完全相同的情況下，本實施例提供的多錐區(qū)激光合束系統(tǒng)相比單錐區(qū)激光合束系統(tǒng)，其均勻度提高了50％左右，平穩(wěn)度提升了100％以上，效果極為優(yōu)越。究其內在原因，本實施例提供的拉錐勻化段中的兩個拉錐圓臺部4.2相對設置且中間通過圓筒熔融部4.1直連，激光運行過程降低了干涉等負面因素，相比單純兩個錐區(qū)效果更為優(yōu)越。

本發(fā)明實施例提供的激光合束系統(tǒng)，無需額外的合束勻光器件，其占據(jù)空間較小，突破空間合束的光學器件限制，極易實現(xiàn)光源小型化和多波長的復合。

同時，多個光纖輸入的結構形式，極易實現(xiàn)高功率擴展；經(jīng)過多次勻化混光處理，極易實現(xiàn)高質量光束的輸出，光斑規(guī)則，色散和散斑得到很好的控制等。

本實施例中，優(yōu)選的，各所述輸入光纖3的芯徑相同，如此光纖拉錐時較為方便?？蛇x的，各所述輸入光纖3的芯徑不同，如此可以適用于不同的輸入形式。

本實施例中，無論各輸入光纖3的芯徑相同與否，其輸入的激光的參數(shù)可以相同，如均為同一波長的單色光，也可以不同，如各種波長的光。

本實施例中，無論各輸入光纖3的芯徑相同與否，拉錐勻化段兩端的輸入光纖3的數(shù)量可以相同，也可以不同，即一端熔接的輸入光纖3的數(shù)量多于或少于另一端熔接的輸入光纖3的數(shù)量。

本實施例中，進一步的，所述拉錐部的軸向尺寸所述圓筒熔融部4.1的長度的1.2-2.5倍之間，經(jīng)試驗，該尺寸下拉錐及激光勻化等效果更好，如熔接拉錐效率大于90％。

本實施例中，進一步的，各所述輸入光纖3上位于所述拉錐勻化段輸入端和/或輸出端的部位內置有固定插芯，可選的，僅拉錐勻化段的輸出端或者輸入端的輸入光纖3內設置有固定插芯，但優(yōu)選的，拉錐勻化段的兩端的輸入光纖3內設置有固定插芯，固定插芯用于緊固和定位輸入光纖3，便于各輸入光纖3緊固以形成光纖束，同時便于輸入光纖3的熔融拉錐加工。

本實施例中，進一步的，還包括輸出光纖5，各所述輸入光纖3的輸出端熔融形成一圓臺端6，所述圓臺端6與所述輸出光纖5同軸等徑熔接，優(yōu)選的，各所述輸入光纖3的輸出端去除涂覆層并進行拉錐，拉錐束腰處截斷截面以形成圓臺端6，圓臺端6保持截面整潔光滑并與輸出光纖5進行同軸等徑熔融連接，圓臺端6的端部與輸出光纖5芯徑相同，同軸設置。此時，激光合束系統(tǒng)多路輸入僅有一路輸出，實現(xiàn)激光功率的增加，且最終輸出的激光光斑規(guī)則，色散和散斑得到很好的控制。

本實施例中，進一步的，所述輸入光纖3和輸出光纖5的尺寸滿足以下關系：

d1*na1≥sqrt(m)d0*na0；

其中，m為所述輸入光纖的根數(shù)，d0為所述輸入光纖的芯徑，na0為所述輸入光纖的數(shù)值孔徑，d1為所述輸出光纖的芯徑，na1為所述輸出光纖的數(shù)值孔徑。在一個實施例中，輸入光纖3有三根，其芯徑105μm，數(shù)值孔徑na0.22，輸出光纖5芯徑400μm，數(shù)值孔徑na0.22,最終熔接拉錐效率大于92％，效率極高。多路輸入單路輸出不可避免的降低了熔接拉錐效率，符合上式參數(shù)的輸出輸入可以較大的實現(xiàn)熔接拉錐效率的最大化，進而實現(xiàn)更高功率更高質量的光束輸出。

相應的，在對比試驗中，其獲取的技術效果如下表2所示：

由上表2可知，當各技術參數(shù)滿足上式的要求時，熔接拉錐效率在85％以上甚至可以達到90％以上，而不滿足上述公式則熔接拉錐效率顯著減低乃至無法應用。

如圖7-8所示，本發(fā)明實施例還提供一種激光復合合束系統(tǒng)，包括至少兩個上述的激光合束系統(tǒng)，各所述輸出光纖5上至少設置有一個拉錐勻化段，在所述拉錐勻化段，各所述輸出光纖5形成一體式結構；所述拉錐勻化段包括位于中部的圓筒熔融部4.1和連接于所述圓筒熔融部4.1兩端的拉錐圓臺部4.2。

具體的，即輸出光纖5本身并不是直接由激光發(fā)生模塊1、耦合模塊2直接連接的，而是已經(jīng)經(jīng)過上述激光合束系統(tǒng)合束混光勻化后輸出的光纖，如此設置后，可以實現(xiàn)海量的輸入光纖3的激光的混合，如100個，1000個，乃至一萬個，10個輸入光纖3輸入形成一路輸出光纖5，再10路輸出光纖5再形成一路輸出光纖5，循環(huán)往復；相應的，海量的光纖輸入可以實現(xiàn)極高功率的激光輸出，由于上述激光合束系統(tǒng)具有上述技術效果，包含該激光合束系統(tǒng)的激光復合合束系統(tǒng)也應具有相應的技術效果。

以上只通過說明的方式描述了本發(fā)明的某些示范性實施例，毋庸置疑，對于本領域的普通技術人員，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對所描述的實施例進行修正。因此，上述附圖和描述在本質上是說明性的，不應理解為對本發(fā)明權利要求保護范圍的限制。