本發(fā)明屬于光纖激光器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于多模光纖的瓦級(jí)激光光纖合束裝置。

背景技術(shù)：

在激光器的應(yīng)用中，需要將多束不同波長(zhǎng)的瓦級(jí)可見光激光合束成一束復(fù)合激光作用于研究對(duì)象，例如，對(duì)于用熒光蛋白或熒光染料標(biāo)記的生物樣品進(jìn)行熒光成像時(shí)，需要將多束不同波長(zhǎng)的瓦級(jí)可見光激光合束為一束復(fù)合激光，用于觀察生物樣品。為了獲得大視場(chǎng)和高質(zhì)量的成像效果，需要激光合束裝置有高穩(wěn)定性、高耦合效率、高合成度、承受瓦級(jí)激光功率以及輸出復(fù)合激光散斑小。

現(xiàn)有技術(shù)中，通常使用多個(gè)濾光片實(shí)現(xiàn)合束，但該方法合成度低，穩(wěn)定性差，耦合效率低。通過對(duì)多根圓形單模光纖與單根圓形單模光纖采用熔融拉錐的方法連接實(shí)現(xiàn)合束，可以獲得好的耦合效率，由于單模光纖可承受的激光功率一般都在幾百毫瓦以下，無法合束瓦級(jí)可見光激光。通過對(duì)多根圓形多模光纖和單根圓形多模光纖采用熔融拉錐形的方法連接實(shí)現(xiàn)激光合束，可以承受瓦級(jí)激光功率，但是由于受到散斑的影響導(dǎo)致復(fù)合激光光斑質(zhì)量很差。在圓形多模光纖輸出端光路中加入振動(dòng)的散射片和準(zhǔn)直透鏡，可以降低散斑的影響，但由于加入振動(dòng)的散射片和準(zhǔn)直透鏡，增加了光路的復(fù)雜性，降低了激光功率效率，且消散斑的效果不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上缺陷，本發(fā)明提供了一種基于多模光纖的瓦級(jí)激光光纖合束裝置，用于解決由于激光光束在多模光纖傳輸過程中存在的模式之間的干涉而產(chǎn)生散斑現(xiàn)象，從而導(dǎo)致現(xiàn)有的光纖合束裝置輸出的復(fù)合激光光強(qiáng)呈現(xiàn)出散斑分布以及光斑質(zhì)量差的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于多模光纖的瓦級(jí)激光光纖合束裝置，包括激光發(fā)生模塊、光纖合束模塊以及振動(dòng)電機(jī)；所述激光發(fā)生模塊的輸出端與所述光纖合束模塊的輸入端連接，所述光纖合束模塊的輸出端纏繞在所述振動(dòng)電機(jī)輸出軸上。

所述激光發(fā)生模塊，用于輸出多束瓦級(jí)可見光激光，并將多束瓦級(jí)可見光激光耦合入光纖合束模塊的輸入端；

所述光纖合束模塊，其輸入端為多根圓形多模光纖，其輸出端為一根纖芯直徑和數(shù)值孔徑大于輸入端圓形多模光纖的非圓形多模光纖；多根圓形多模光纖和非圓形多模光纖通過熔融拉錐的方式連接，將進(jìn)入其輸入端的多束瓦級(jí)可見激光合束為一束復(fù)合激光輸出；

所述振動(dòng)電機(jī)，通過產(chǎn)生的振動(dòng)帶動(dòng)光纖合束模塊的輸出端振動(dòng)，消除復(fù)合激光中的散斑。

激光發(fā)生模塊輸出多束瓦級(jí)可見光激光，并將多束瓦級(jí)可見光激光耦合進(jìn)入光纖內(nèi)，耦合進(jìn)入光纖內(nèi)的多束瓦級(jí)可見光激光經(jīng)過光纖合束模塊合束為一束復(fù)合激光，并由光纖合束模塊中的非圓形多模光纖輸出；該非圓形多模光纖纏繞在振動(dòng)電機(jī)輸出軸上，多種傳輸模式的瓦級(jí)可見激光在非圓形多模光纖內(nèi)的傳輸，可以減少瓦級(jí)可見激光多種傳輸模式之間產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象，另外，通過振動(dòng)非圓形多模光纖，可以使非圓形多模光纖輸出端的光強(qiáng)分布因?yàn)槟Ｊ街g的相位調(diào)制和模式耦合而得到調(diào)制從而實(shí)現(xiàn)消除復(fù)合激光中的散斑。

進(jìn)一步地，所述激光發(fā)生模塊包括瓦級(jí)可見光激光器組和耦合入纖模塊，所述瓦級(jí)可見光激光組的輸出端與耦合入纖模塊的輸入端連接；瓦級(jí)可見光激光器組，由多個(gè)瓦級(jí)可見光激光器組成，用于產(chǎn)生多束瓦級(jí)可見光激光；

耦合入纖模塊，用于將多束瓦級(jí)可見光激光耦合入光纖。

采用瓦級(jí)可見光激光器組與耦合入纖模塊的方式，對(duì)瓦級(jí)可見光激光器要求不高，減少裝置成本。

進(jìn)一步地，所述激光發(fā)生模塊也為由多個(gè)瓦級(jí)可見光光纖耦合激光器組成，減少光路的復(fù)雜性。

進(jìn)一步地，所述振動(dòng)電機(jī)的振幅為毫米級(jí)，振動(dòng)頻率小于兩萬轉(zhuǎn)每分鐘，對(duì)振動(dòng)電機(jī)的性能要求不高，可以顯著降低本發(fā)明的成本，且該振幅下能夠降低對(duì)光纖合束模塊輸出端的損傷。

進(jìn)一步地，振動(dòng)電機(jī)為微型直流振動(dòng)電機(jī)，用于降低裝置成本。

進(jìn)一步地，所述耦合入纖模塊包括第一反射鏡、第二反射鏡、第一孔徑光闌、第二孔徑光闌與光纖準(zhǔn)直器；

所述第一反射鏡，所述瓦級(jí)可見光激光經(jīng)過第一反射鏡的反射，打到第二反射鏡的鏡面；

所述第二反射鏡，通過反射再次改變由第一反射鏡反射后的瓦級(jí)可見光激光的路徑；

所述第一孔徑光闌，用于準(zhǔn)直瓦級(jí)可見光激光，經(jīng)過第一反射鏡與第二反射鏡改變路徑的瓦級(jí)可見光激光通過第一孔徑光闌的孔徑中心；

所述第二孔徑光闌，用于準(zhǔn)直瓦級(jí)可見光激光，和所述第一孔徑光闌的中心高度相等，經(jīng)過第一孔徑光闌的孔徑中心的瓦級(jí)可見光激光同時(shí)也通過第二孔徑光闌的孔徑中心；

所述光纖準(zhǔn)直器，用于將瓦級(jí)可見光激光耦合入圓形多模光纖，所述經(jīng)過第二孔徑光闌的孔徑中心的瓦級(jí)可見光激光打到光纖準(zhǔn)直器。

進(jìn)一步地，所述第一反射鏡與第二反射鏡鍍有可見光波段的增透膜，用于減少瓦級(jí)可見光激光功率損失。

進(jìn)一步地，所述圓形多模光纖和非圓形多模光纖端部設(shè)有SMA接頭，用于增大光纖纖端的功率損傷閾值。

通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下技術(shù)效果：

1、采用熔融拉錐的方式將多根圓形多模光纖與一個(gè)非圓形多模光纖連接，實(shí)現(xiàn)將多束瓦級(jí)可見激光合束為一束復(fù)合激光，并將非圓形多模光纖繞于振動(dòng)電機(jī)輸出軸上，非圓形多模光纖有利于減少?gòu)?fù)合激光的散斑，進(jìn)一步，通過振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)，使非圓形多模光纖振動(dòng)，由于多種傳輸模式的瓦級(jí)可見光激光在同一根多模光纖傳輸而造成的光斑就會(huì)因?yàn)閭鬏斈Ｊ街g的相位調(diào)制和模式耦合而被調(diào)制，實(shí)現(xiàn)消除復(fù)合激光中的散斑。

2、由于非圓形光纖具有和激光輸出光斑更好的匹配特性而能得到更高的耦合效率；另外，通過將多根圓形輸入多模光纖和一根非圓形輸出多模光纖以熔融拉錐的方式進(jìn)行熔接，減少瓦級(jí)可見光激光功率損失，提高了功率耦合效率。

3、本發(fā)明中對(duì)振動(dòng)電機(jī)的性能要求不高，顯著降低了本發(fā)明的成本，易于大規(guī)模生產(chǎn)制造。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本實(shí)施例中提供的一種多模光纖的瓦級(jí)激光光纖合束裝置，包括激光發(fā)生模塊，用于輸出多束瓦級(jí)可見光激光，并將多束瓦級(jí)可見光激光耦合入光纖，光纖合束模塊由多根圓形多模光纖和一根芯徑和數(shù)值孔徑芯徑和數(shù)值孔徑均大于輸入端圓形多模光纖的非圓形多模光纖通過熔融拉錐的方式連接，耦合進(jìn)入光纖的多束瓦級(jí)可見光激光經(jīng)過光纖合束模塊合束為一束復(fù)合激光，光纖合束模塊中的非圓形多模光纖纏繞在振動(dòng)電機(jī)上。

激光發(fā)生模塊輸出多束瓦級(jí)可見光激光，并將多束瓦級(jí)可見光激光耦合進(jìn)入光纖合束模塊中每個(gè)圓形多模光纖內(nèi)，經(jīng)過光纖合束模塊合束為一束復(fù)合激光，并由光纖合束模塊中的非圓形多模光纖輸出。該非圓形多模光纖纏繞在振動(dòng)電機(jī)的輸出軸上，多種傳輸模式的瓦級(jí)可見光激光在非圓形多模光纖中傳輸，可以減少瓦級(jí)可見激光多種傳輸模式之間產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象，減少散斑；另外，振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)時(shí)使非圓形多模光纖受到外部振動(dòng)，可以使非圓形多模光纖輸出端的光強(qiáng)分布因?yàn)槟Ｊ街g的相位調(diào)制和模式耦合而得到調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)消除復(fù)合激光中的散斑。

此外，由于非圓形光纖具有和激光輸出光斑更好的匹配特性而能得到更高的耦合效率，通過將多根圓形輸入多模光纖和一根非圓形輸出多模光纖以熔融拉錐的方式進(jìn)行熔接，減少瓦級(jí)可見光激光功率損失，提高了功率耦合效率。

作為本發(fā)明的另一種實(shí)施例，為了降低瓦級(jí)可見光激光路徑的復(fù)雜程度，激光發(fā)生模塊可以為瓦級(jí)可見光激光光纖耦合激光器，瓦級(jí)可見光激光光纖耦合激光器直接通過圓形多模光纖輸出瓦級(jí)可見光激光，減少了因?yàn)橥呒?jí)可見光激光通過反射鏡改變光路以及孔徑光闌的準(zhǔn)直造成的功率損失。

作為本發(fā)明的另一種實(shí)施例，振動(dòng)電機(jī)為振幅為毫米級(jí)且振動(dòng)頻率小于兩萬轉(zhuǎn)每分鐘，該振幅及該振動(dòng)頻率下可以有效地緩解瓦級(jí)可見光激光多種傳輸模式之間的干涉現(xiàn)象，且該振幅下能夠降低振動(dòng)對(duì)非圓形多模光纖的損傷，對(duì)振動(dòng)電機(jī)的性能要求不高，能夠顯著降低本發(fā)明的成本，有利于大規(guī)模生產(chǎn)制造。

如圖2所示，本發(fā)明的另一種實(shí)施例，激光發(fā)生模塊包括瓦級(jí)可見光激光器組和耦合入纖模塊，瓦級(jí)可見光激光器組由多個(gè)瓦級(jí)可見光激光器組成，用于產(chǎn)生多束瓦級(jí)可見光激光，瓦級(jí)可見光激光器1至瓦級(jí)可見光激光器4構(gòu)成瓦級(jí)可見光激光器組，用于輸出四路瓦級(jí)可見光激光器；耦合入纖模塊，用于將多束瓦級(jí)可見光激光耦合入光纖，耦合入纖模塊5至耦合入纖模塊8用于將四路瓦級(jí)可見光激光耦合入光纖，瓦級(jí)可見光激光組的輸出端與耦合入纖模塊的輸入端連接。本實(shí)施例中對(duì)瓦級(jí)可見光激光器的性能要求不高，有利于減少裝置成本。

耦合入纖模塊5包括第一反射鏡9、第二反射鏡10、第一孔徑光闌11、第二孔徑光闌12以及光纖準(zhǔn)直器13，第一孔徑光闌11與第二孔徑光闌12尺寸相同且孔徑中心位于同一水平線，由瓦級(jí)可見光激光器1發(fā)出的瓦級(jí)可見光激光經(jīng)過第一反射鏡9和第二反射鏡10反射后，先后從第一孔徑光闌11的孔徑中心和第二孔徑光闌12的孔徑中心通過，實(shí)現(xiàn)光束的準(zhǔn)直，通過光纖準(zhǔn)直器13耦合進(jìn)入圓形多模光纖14。耦合入纖模塊6至耦合入纖模塊8的結(jié)構(gòu)同耦合入纖模塊5的結(jié)構(gòu)相同。

為了提高圓形多模光纖14的功率損傷閾值，在四根圓形多模光纖14端部設(shè)有SMA光纖接頭，本實(shí)施例中圓形多模光纖的纖芯直徑為50um，包層直徑為125um，數(shù)值孔徑為0.2，非圓形多模光纖15的纖芯直徑為200um，包層直徑為400um，數(shù)值孔徑為0.22。四根圓形多模光纖通過熔融拉錐的方式與非圓形多模光纖連接；四路經(jīng)過耦合入纖裝置的耦合進(jìn)光纖合束模塊輸入端的瓦級(jí)可見光激光經(jīng)過光纖合束模塊合束為一束復(fù)合激光，由非圓形多模光纖15輸出，非圓形多模光纖15纏繞在振動(dòng)電機(jī)16上。本實(shí)施例中振動(dòng)電機(jī)16選擇常用的微型直流振動(dòng)電機(jī)，該微型直流振動(dòng)電機(jī)的振幅在毫米級(jí)，振動(dòng)頻率為6000轉(zhuǎn)每分鐘，通過微型直流振動(dòng)電機(jī)的振動(dòng)，使非圓多模光纖15產(chǎn)生振動(dòng)，多種傳輸模式的瓦級(jí)可見光激光在同一根多模光纖輸出的光斑就會(huì)因?yàn)閭鬏斈Ｊ街g的相位調(diào)制和模式耦合而被調(diào)制，從而將復(fù)合激光中的散斑去除。為了提高非圓形多模光纖17的功率損傷閾值，在非圓形多模光纖17端部設(shè)有SMA光纖接頭。

通過光功率計(jì)分別測(cè)量進(jìn)入光纖合束模塊的不同波長(zhǎng)的瓦級(jí)可見光激光功率，并且測(cè)量經(jīng)過振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)后的非圓形多模光纖輸出的復(fù)合激光的功率，計(jì)算出光纖合束裝置的耦合效率紫外可以達(dá)到70％，可見光可達(dá)到90％，散斑強(qiáng)度對(duì)比度可達(dá)到0.0375，高于一般光纖合束器的性能，且本發(fā)明中部件精度要求較低、制作成本低且操作方便。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。