CN110632713B - 一种快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构简单、体积小、适用于大发散角激光的耦合的快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置及方法。本发明包括激光芯片、准直镜、分光棱镜、角锥棱镜、工业相机、耦合物镜和光纤环形器；进行光纤耦合的方法为：点亮激光芯片，通过分光棱镜和角锥棱镜，在工业相机上形成参考光斑，点亮光纤激光器，光纤激光器发出的激光光束从光纤环形器的端口一入射，然后从光纤环形器的端口二出射，经过耦合物镜和光阑后，到达分光棱镜，经过反射后，在工业相机中成像，形成耦合光斑；最后使得工业相机图像中的参考光斑和耦合光斑重合，表明激光芯片（1）与待耦合的单模光纤的耦合端面对位一致，完成耦合。本发明可应用于光纤领域。

Description

一种快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置及方法

技术领域

本发明涉及光纤领域，尤其涉及一种快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置及利用该装置进行大发散角激光耦合至单模光纤的方法。

背景技术

光纤是光信号的传输通道，是光纤通信的关键材料。光纤的两个主要特征是损耗和色散。损耗是光信号在单位长度上的衰减或损耗，用db/km表示，该参数关系到光信号的传输距离，损耗越大，传输距离越短。光纤的色散主要关系到脉冲展宽。

按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤。多模光纤(Multi ModeFiber)的中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤(Single Mode Fiber)的中心玻璃芯较细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，由于单模光纤良好的光学传输特性，而且大部分光器件都是基于单模光纤的，越来越多的场景使用单模光纤。

光纤器件在自由空间光通信中有着重要的应用，将经过远距离传输的空间光耦合进入单模光纤是一项精密工程。在实际应用中，将激光芯片发出的自由空间光耦合到光纤中是最为关键的步骤之一，耦合效率的高低，决定了在光纤输出端能量的大小，由于单模光纤的芯径较窄，如何将激光芯片所发出的光尽可能多的耦合至光纤中成为一大难点。

公开号为CN 108663758 A的文献提出了一种利用平行光管准直激光、进行激光耦合到单模光纤的方案，但该方案仅仅平行光管的焦距就达到了5m，造成整体装置的尺寸在5m以上，尺寸过于庞大，更多的只是限于实验应用，难以实现规模化、产业化，且其只适用于耦合从激光芯片所发出的准平行光，无法用作耦合半导体激光芯片发出的具有较大发散角的激光。

透镜耦合法是目前自由空间光源和光纤耦合时最常用的方法之一。透镜一般有单球面透镜、非球面透镜、多透镜***等,其中单球面透镜最简单也最容易制造，但由于球面像差的存在单球透镜的耦合效率不如其他透镜。因此,目前常用的是耦合物镜或非球面透镜。这种耦合方式的效率比套筒直接耦合方式高出许多,但对透镜的设计要求比较高,需根据激光芯片光源的特性和光纤特性选择合适的透镜。柱状透镜耦合方式也是一种常用的方法,其原理结构与单球透镜耦合方式类似,这种方式的耦合效率主要取决于透镜的尺寸、透镜与激光芯片的距离,同时也与透镜的折射率有关。在其他条件不变的情况下,透镜半径减小,可使耦合效率增大。但在实际应用中，其对调整机构定位精度要求较高,且对外界振动也非常敏感，一定程度上限制了其应用。

若能降低对透镜的设计要求，且提升器件间相互作用的稳定性，降低对外界振动的感应，则透镜耦合法能够大大地节省体积，也能应用于工业自动化领域，且也能耦合具有大发散角的激光。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、体积小、适用于大发散角激光的耦合的快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置，以及利用该装置进行大发散角激光耦合至单模光纤的方法，该方法操作简便，经过调试后，能够具有较高的稳定性，对外界振动不敏感，与现有技术相比，大大地降低了成本。

本发明所述快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置采用的技术方案是：它包括待耦合入光纤且具有大发散角的激光芯片，它还包括依次设置在所述激光芯片的光轴上的准直镜、分光棱镜、耦合物镜和光纤环形器，在所述耦合物镜的前端设置有光阑，所述环形器包括有端口一、端口二和端口三，所述端口一设置有光纤激光芯片，所述端口二设置于所述耦合物镜的焦点处，所述激光芯片的发光面设置于所述准直镜的物方焦点处，所述分光棱镜设置在所述准直镜的出射光路上，所述耦合物镜设置在所述分光棱镜的透射光路上，在所述分光棱镜的反射光的出射光路上设置有角锥棱镜，在所述分光棱镜的另一侧且位于所述角锥棱镜的反射光路上还设置有工业相机。

上述方案可见，激光芯片发出激光，激光经过所述准直镜准直后变成与激光芯片光轴相平行的平行光束，在经过分光棱镜分为透射光和反射光，其中的反射光经过分光棱镜反射后进入所述角锥棱镜后，经反射后按原路返回，经过所述分光棱镜的透射后，在所述工业相机中成像，并形成参考光斑；所述分光棱镜另一路透射的光束直接到达设置于远端的耦合物镜上，经过耦合物镜的汇聚后到达光纤环形器的端口二处，大部分的光将耦合进入所述光纤环形器，并从所述光纤环形器的端口三处出射，在设置于所述光纤环形器的端口一处的光纤激光器点亮后，激光光束从所述端口一耦合入所述光纤环形器内，再从所述端口二处出射，经过所述耦合物镜和光阑后，到达所述分光棱镜并反射到达所述工业相机，在工业相机处形成耦合光斑，调整所述光纤环形器，最终在工业相机中形成的参考光斑和耦合光斑重合，从而保证了光纤环形器的端口二与激光芯片的发光面是对位一致的，激光芯片发出的激光光束即可直接耦合进入光纤环形器，在光纤环形器的端口三处连接外接光纤，即实现了光束从激光芯片到光纤的快速耦合；在该过程中，应用的准直镜、分光棱镜、角锥棱镜、工业相机、耦合物镜等均为常规的元器件，不需要额外定制，大大节约了成本；调试也较为简便，元件的重量和体积都比较小，既可以做成手动调节机台，又为整体设备的自动化预留了空间；与价格昂贵且尺寸巨大的平行光管相比，极大地减少了整备的体积和成本；本发明利用分光棱镜引出一束参考光，作为调试中间过程中的评价标准，在调试时有了该评价标准作为参考依据，只要判断光纤环形器的端口二出射的光在相机中形成的耦合光斑是否与参考光斑重合，即能快速地判断激光光束耦合进入光纤，与传统方法在一个较大区域逐点扫描找出能量最大的位置的方式相比，本发明结构简单，且耦合过程快速，大大提升了作业效率；此外，准直镜的设置能够对具有大发散角的激光芯片发射的光束进行准直，准直后的光线能够满足分光棱镜透射和反射的要求，为后续的激光耦合提供保证；光纤环形器的设置则为光纤的接入提供了更加稳定的条件，利用该光纤环形器能够快速地实现光纤耦合，且保持光路的稳定性，即使将激光芯片与环形器之间的元器件撤掉，也能保证可靠性；利用光纤激光器在光纤环形器的端口一处发出光束，大大增强了耦合光斑的强度，大大地降低了外部振动源对装置的影响。

进一步地，所述端口一为所述端口二的输入端，所述端口三为所述端口二的输出端，在所述端口三处设置有连接着光功率计的光功率探头。由此可见，在光纤环形器的端口三处设置能够检测光功率的光功率探头以及能够即时显示光功率的光功率计，在检测从分光棱镜透射出的光束在耦合到光纤环形器上后是否达到最佳状态时，能够快速地根据光功率计的显示结果进行判断，当达到最佳效果时，即确定激光全部耦合进入光纤环形器内，大大地提升了效率。

再进一步地，所述准直镜为具有单片衍射极限的非球透镜，且在通光面上设置有与所述激光芯片出射的激光的波长相适配的增透膜。由此可见，以非球透镜作为准直镜，由于非球透镜具有更佳的曲率半径，可以维持良好的像差修正，以获得所需要的性能，故其能带来更加出色的锐度和更高的分辨率，为激光耦合光纤提供更好的环境；增透膜进一步减少了杂光的产生，避免对耦合结果造成不良影响。

再又进一步地，所述分光棱镜为分束镜，所述分光棱镜的反射透射比R:T范围为10:90～50:50。由此可见，以分束镜作为分光棱镜，能够满足产生反射光和透射光的要求，而分束镜作为一种常规的光学透镜，与现有的价格高昂且尺寸巨大的平行光管相比也大大地降低了成本；而分束镜的反射透射比的范围可选，则能够满足不同波长激光的耦合要求。

再更进一步地，所述角锥棱镜的入射面设置有与所述激光芯片出射的激光的波长相适配的增透膜，在所述角锥棱镜的反射面上涂抹有消光漆。由此可见，通过增透膜的设置，减少了在角锥棱镜处杂光的增加，保证工业相机获得的参考光光斑的精度。

又更进一步地，所述耦合物镜为无限远物镜，所述光阑与所述耦合物镜一体成型。由此可见，采用无限远物镜作为耦合物镜，能够使得分光棱镜的透射光更好地聚焦，保证光纤环形器的耦合效果。

更具体地，所述分光棱镜的反射透射比R:T为10:90。由此可见，选择较低的反射透射比能够保证光纤最后的耦合效率。

另外，利用上述快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置将激光耦合到单模光纤的方法是在五轴调整平台上实现的，在该五轴调整平台上设置有直线导轨，在直线导轨上设置有可沿着所述直线导轨运动的光束质量分析仪，该方法包括以下步骤：

A.通过所述五轴调整平台、所述直线导轨和所述光束质量分析仪的配合，对所述激光芯片、所述准直镜、所述分光棱镜、所述角锥棱镜、所述工业相机、所述耦合物镜和所述光纤环形器的位姿进行调整到位；

B.点亮所述激光芯片，所述激光芯片发出的激光光束经过所述准直镜准直后形成平行光并直射所述分光棱镜，所述分光棱镜将入射光分为透射光和反射光，其中的透射光继续通过所述光阑和所述耦合物镜，最后耦合如所述光纤环形器的端口二，所述分光棱镜分出的反射光入射到所述角锥棱镜后，被所述角锥棱镜反射至所述工业相机成像，形成参考光斑；

C.点亮所述光纤激光器，所述光纤激光器发出的激光光束从所述光纤环形器的端口一入射，然后从所述光纤环形器的端口二出射，经过所述耦合物镜和所述光阑后，到达所述分光棱镜，经过反射后，成像在所述工业相机中，在所述工业相机上形成耦合光斑；

D.调整所述端口二和所述耦合物镜之间的轴向距离，使得所述工业相机图像中对应的光斑聚焦，然后调整所述端口一的垂轴XY位置，使得工业相机图像中的参考光斑和耦合光斑重合，表明所述激光芯片与待耦合的单模光纤的耦合端面对位一致，完成耦合。

由此可见，通过准直镜、分光棱镜、角锥棱镜、工业相机、耦合物镜和光纤环形器这些常规的元器件，组建成本发明装置，与现有的采用大体积平行光管的方案相比，本发明大大降低了成本和体积，便于大规模工业化和自动化；利用分光棱镜分出透射光和反射光，反射光经过角锥棱镜反射后在工业相机上形成参考光斑，而透射光在经过耦合物镜汇聚后到达光纤环形器的端面二，并最终从端面三出射，而在光纤环形器的端口一处设置光纤激光器，利用该光纤激光器发出的光束从端口一处进入光纤环形器中并从端口一出射，经过耦合物镜和光阑后到达分光棱镜，最后反射在工业相机上并形成耦合光斑，通过判断耦合光斑与参考光斑之间的重合程度，并调整光纤环形器的位姿，最终使得耦合光斑与参考光斑完全重合，使得激光芯片的发光面完全与光纤环形器的端口二正对并保持对位一致，实现激光芯片发出的激光到光纤的完全耦合，该方法操作简单，且行之有效，经过测试，激光全部都能耦合入光纤中，和现有技术相比，大大节省了设备成本，也提升了耦合效率，减小了设备体积；在完成光纤耦合后可以方便的去掉设备，不会因为耦合设备的存在而造成能量的损失，保证了耦合质量；此外，光纤环形器的引入，保证了整个装置的稳定性，同时能够降低对外界的振动敏感度。

进一步地，该方法还包括以下步骤：

E. 所述端口一为所述端口二的输入端，所述端口三为所述端口二的输出端，在所述端口三处设置有连接着光功率计的光功率探头，设置于所述端口三处的所述光功率探头对从所述光纤环形器的端口三出射的光速强度进行检测，在对所述端口一的垂轴XY位置进行调整的过程中通过所述光功率计显示从所述分光棱镜透射来并耦合进入所述光纤环形器内的光束的光功率变化，在所述工业相机图像中的参考光斑和耦合光斑重合且所述光功率计显示的光效率最大时，确定激光耦合进入所述光纤环形器程度最好。

上述方案可见，通过光功率探头和光功率计的设置，能够快速地根据光功率计的显示结果进行判断从分光棱镜透射出的光是否最多地耦合进入所述光纤环形器内，当达到最佳效果时，即确定激光全部耦合进入光纤环形器内，大大地提升了效率。

再进一步地，所述步骤A的具体步骤如下：

a.激光芯片位姿调节：将点亮的所述激光芯片固定在所述五轴调整平台上，将激光光斑对准所述光束质量分析仪，用所述光束质量分析仪记录光斑图像，在改变所述激光芯片与所述光束质量分析仪的距离过程中，调节所述激光芯片的倾斜角度，当不同工作距离情况下，激光光斑中心的XY位置都始终保持在图像上同一个位置时，则所述激光芯片的位姿调节完成；

b.准直镜位姿调节：将所述准直镜设置在五轴调整平台上，调整所述准直镜与所述激光芯片的轴向距离，将所述光束质量分析仪从近拉到远，直至不同距离下光斑的尺寸相同，调整所述准直镜的垂轴XY位置，将所述光束质量分析仪从近拉到远，使不同距离下激光光斑中心的XY位置都保持在图像上同一个位置，此时，准直镜调节完成；

c.耦合物镜位姿调节：将所述耦合物镜设置在五轴调整平台上，然后调整所述耦合物镜的垂轴XY位置以及倾斜角度，使光束通过光阑和耦合物镜的中心，将所述光束质量分析仪从近拉到远，当不同距离下激光光斑中心的XY位置都保持在图像上同一个位置时，则调节完成；

d.分光棱镜和工业相机的位姿调节：将所述角锥棱镜设置于所述分光棱镜的一侧，将所述分光棱镜的反射面对准所述角锥棱镜，在所述分光棱镜的另一侧设置工业相机，将所述工业相机的镜头调焦至无穷远处，打开所述工业相机进行拍照，调整所述角锥棱镜的位置，使得所述分光棱镜反射的分束光入射至所述角锥棱镜的中心位置，分光棱镜和所述工业相机位姿调节完成；

e.光纤耦合调节：将所述光纤环形器的端口二设置于所述耦合物镜的焦点处，所述光纤激光器与所述光纤环形器的端口一相连接，点亮所述光纤激光器，调整所述端口二和所述耦合物镜之间的轴向距离，使得所述工业相机图像中对应的光斑聚焦，完成从所述端口一入射的激光光束在所述工业相机上的光斑成像。

上述方案可见，通过建立由五轴调整平台、所述直线导轨和所述光束质量分析仪组成的调节平台，基于该调节平台分别对各个元器件进行光学调节，大大简化了装置设置的难度，降低了成本，也保证了设置装置前后的一致性，避免返工的情况出现，进一步保证了装置的精度。

附图说明

图1是所述激光芯片位姿调节的简易示意图；

图2是所述准直镜位姿调节的简易示意图；

图3是所述耦合物镜位姿调节的简易示意图；

图4是所述分光棱镜、角锥棱镜和工业相机位姿的简易示意图；

图5是本发明装置的简易结构示意图；

图6是所述光纤环形器的简易结构示意图；

图7是耦合光斑与参考光斑重合过程的简易结构示意图。

具体实施方式

如图1至图7所示，以下结合附图对本发明作更加详细的说明。

如图1示出了待耦合入光纤的激光芯片1，该激光芯片的发散角度为2θ，图中点画线表示光轴。

在五轴调整平台上设置有直线导轨9，在直线导轨9上设置有可沿着所述直线导轨9运动的光束质量分析仪10。通过所述五轴调整平台、所述直线导轨9和所述光束质量分析仪10的配合，对所述激光芯片1、所述准直镜2、所述分光棱镜3、所述角锥棱镜4、所述工业相机5、所述耦合物镜6和所述光纤环形器7的位姿进行调整到位。具体进行如下操作。

如图1所示，将激光芯片1固定在五轴调整平台上。点亮激光芯片，然后将光束质量分析仪10固定在直线导轨9的固定架上，将光斑对准光束质量分析仪，用光束质量分析仪记录光斑图像。在改变激光芯片与光束质量分析仪的距离过程中，调节激光芯片的倾斜角度；当不同工作距离情况下，光斑中心的XY位置都保持在图像上同一个位置的时候，则激光芯片的倾斜调节完成。如图2所示，加入准直镜2，然后将其固定在三轴调整平台上。调整准直镜与激光芯片的轴向距离，将光束质量分析仪10从近拉到远，使不同距离下光斑的尺寸相同。调整准直镜的垂轴XY位置，将光束质量分析仪从近拉到远，使不同距离下激光光斑中心的XY位置都保持在图像上同一个位置，至此完成准直镜的设置。

如图3所示，加入耦合物镜6，然后将其固定在五轴调整平台上。然后调整物镜的垂轴XY位置以及倾斜角度，使光束通过耦合物镜光阑中心。将光束质量分析仪10从近拉到远，当不同距离下激光光斑中心的XY位置都保持在图像上同一个位置的时候，则耦合物镜的调节完成。如图4所示，加入角锥棱镜4、分光棱镜3，将10%的反射面对准角锥棱镜。加入工业相机5，将镜头调焦至无穷远处。打开相机软件进行拍照，调整角锥棱镜位置，使得10%的分束光入射至角锥棱镜中心位置，完成分光棱镜、角锥棱镜和工业相机的设置。

如图5和图6所示，加入耦合物镜6、光纤环形器7和光纤激光器8。将光纤环形器的端口2放置在耦合物镜焦点位置上，然后将光纤激光器连接光纤环形器端口1。而端口3为输出端口，加入光功率探头11以及光功率计12，连接光功率探头和光功率计，然后将光功率探头对准光纤环形器端口3。点亮光纤激光器，调整光纤环形器端口2和耦合物镜6之间的轴向距离，使得工业相机图像中对应的光斑聚焦。然后调整端口1的垂轴XY位置，使得图像中参考光斑和耦合光斑重合，如图7所示。

如图5所示，在本实施例中1为待耦合入光纤的激光器芯片，定义其发散角度为2θ。将激光芯片置于准直镜2的物方焦点上，准直镜的焦距为f1， 经过准直镜后，激光准直为平行光。为了尽可能减小波像差，准直镜应选取单片衍射极限的非球面透镜，非球面透镜常被用于准直光纤或者激光二极管的输出光，它们的表面采用消球差设计。准直后的激光通过分光棱镜3分为了透射和反射两路光线。分光棱镜的反射透射比可以为R:T=10:90、R:T=30:70、R:T =50:50，分光棱镜边长可以为10mm，可以为15mm，可以为20mm。4为角锥棱镜，其作用在于对于垂直于法线一定范围角度入射的光线，其返回路径与入射光线相同。为了减小杂光和保护棱镜，角锥的反射面需涂消光漆。经过分光棱镜的反射光通过角锥棱镜反射之后原路回射，被工业相机5所接收。激光器的发光面积为S1，在相机像面上的尺寸为S2，S1/S2=f1/f2,其中f2为相机镜头的焦距。将这一路光线定义为参考光，其形成的光斑为参考光斑。透射光束通过分光棱镜后，会通过显微物镜6前端的光阑，然后被耦合物镜聚焦。耦合物镜放大倍率可以为10X、20X、50X，物镜的放大倍率与焦距相关，耦合光线的发散角和光斑大小需与光纤适配。耦合物镜的通光孔径应大于等于准直光束直径；耦合物镜的工作谱段应与激光器光谱保持一致适配；耦合物镜应为无限远物镜。7为光纤环形器，光纤环行器是三端口器件，光只能沿一个方向传播。如图6所示，信号若从端口一71输入，则从端口二72输出；而信号从端口二72输入，则将从端口三73输出，其输出损耗都很小。光从端口二72输入时，从端口一71输出时损耗很大，同样光从端口三73输入时，从端口一和端口二中输出时损耗也很大。光纤环行器是不可逆光学器件。光纤环形器具有隔离性高，***损耗小的优点。将光纤环形器的端口二72放置在显微物镜的焦点上，光束会被耦合进入光纤中，然后从端口三73输出。将光纤激光器与光纤环形器端口一71连接，点亮光纤激光器。在工业相机上会看到两个光斑，一个是激光芯片1经角锥反射的，另外一个由光纤激光器8发出的，通过调整光纤的三维位置，可以看到耦合光路光斑的大小和位置都会发生变化，当耦合光斑被调整至聚焦状态、且其与参考光斑的位置重合时，则表明激光被耦合至光纤中。若非特殊说明，所有光学元件的工作表面需要镀与激光器波长相对应的减反膜，反射率不大于0.5%。

与现有技术相比，本发明采用工业镜头和工业相机组建自准直光路，摒弃了价格高昂且尺寸巨大的平行光管作为自准直设备。在耦合物镜前加入了光阑，确保了耦合光通过物镜中心，耦合光与光纤的数值孔径相匹配，使得最终激光可以被高效率地耦合入光纤中。加入了光纤环形器，可以在调节过程中实时检测光纤输出光功率。同时也可以避免耦合完成后，拆卸光纤造成的光纤端面位置偏移问题。详实可行的耦合方案，经实验证明此方案的可行性。本方案***尺寸小，可集成于工业自动化应用中。

Claims (10)

1.一种快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置，包括待耦合入光纤且具有大发散角的激光芯片（1），其特征在于：它还包括依次设置在所述激光芯片（1）的光轴上的准直镜（2）、分光棱镜（3）、耦合物镜（6）和光纤环形器（7），在所述耦合物镜（6）的前端设置有光阑，所述环形器（7）包括有端口一（71）、端口二（72）和端口三（73），所述端口一（71）设置有光纤激光器（8），所述端口二（72）设置于所述耦合物镜（6）的焦点处，所述激光芯片（1）的发光面设置于所述准直镜（2）的物方焦点处，所述分光棱镜（3）设置在所述准直镜（2）的出射光路上，所述耦合物镜（6）设置在所述分光棱镜（3）的透射光路上，在所述分光棱镜（3）的反射光的出射光路上设置有角锥棱镜（4），在所述分光棱镜（3）的另一侧且位于所述角锥棱镜（4）的反射光路上还设置有工业相机（5）。

2.根据权利要求1所述的一种快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置，其特征在于：所述端口一（71）为所述端口二（72）的输入端，所述端口三（73）为所述端口二（72）的输出端，在所述端口三（73）处设置有连接着光功率计（12）的光功率探头（11）。

3.根据权利要求2所述的一种快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置，其特征在于：所述准直镜（2）为具有单片衍射极限的非球透镜，且在通光面上设置有与所述激光芯片（1）出射的激光的波长相适配的增透膜。

4.根据权利要求2所述的一种快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置，其特征在于：所述分光棱镜（3）为分束镜，所述分光棱镜（3）的反射透射比R:T范围为10:90～50:50。

5.根据权利要求2所述的一种快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置，其特征在于：所述角锥棱镜（4）的入射面设置有与所述激光芯片（1）出射的激光的波长相适配的增透膜。

6.根据权利要求2所述的一种快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置，其特征在于：所述耦合物镜（6）为无限远物镜，所述光阑与所述耦合物镜（6）一体成型。

7.根据权利要求4所述的一种快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置，其特征在于：所述分光棱镜（3）的反射透射比R:T为10:90。

8.一种利用如权利要求1所述的快速耦合大发散角激光至单模光纤的装置将激光耦合到单模光纤的方法，该方法在五轴调整平台上实现，在该五轴调整平台上设置有直线导轨（9），在直线导轨（9）上设置有可沿着所述直线导轨（9）运动的光束质量分析仪（10），其特征在于，该方法包括以下步骤：

A.通过所述五轴调整平台、所述直线导轨（9）和所述光束质量分析仪（10）的配合，对所述激光芯片（1）、所述准直镜（2）、所述分光棱镜（3）、所述角锥棱镜（4）、所述工业相机（5）、所述耦合物镜（6）和所述光纤环形器（7）的位姿进行调整到位；

B.点亮所述激光芯片（1），所述激光芯片（1）发出的激光光束经过所述准直镜（2）准直后形成平行光并直射所述分光棱镜（3），所述分光棱镜（3）将入射光分为透射光和反射光，其中的透射光继续通过所述光阑和所述耦合物镜（6），最后耦合如所述光纤环形器（7）的端口二（72），所述分光棱镜（3）分出的反射光入射到所述角锥棱镜（4）后，被所述角锥棱镜（4）反射至所述工业相机（5）成像，形成参考光斑；

C.点亮所述光纤激光器（8），所述光纤激光器（8）发出的激光光束从所述光纤环形器（7）的端口一（71）入射，然后从所述光纤环形器（7）的端口二（72）出射，经过所述耦合物镜（6）和所述光阑后，到达所述分光棱镜（3），经过反射后，成像在所述工业相机（5）中，在所述工业相机（5）上形成耦合光斑；

D.调整所述端口二（72）和所述耦合物镜（6）之间的轴向距离，使得所述工业相机（5）图像中对应的光斑聚焦，然后调整所述端口一（71）的垂轴XY位置，使得工业相机图像中的参考光斑和耦合光斑重合，表明所述激光芯片（1）与待耦合的单模光纤的耦合端面对位一致，完成耦合。

9.根据权利要求8所述的一种快速耦合大发散角激光至单模光纤的方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：

E. 所述端口一（71）为所述端口二（72）的输入端，所述端口三（73）为所述端口二（72）的输出端，在所述端口三（73）处设置有连接着光功率计（12）的光功率探头（11），设置于所述端口三（73）处的所述光功率探头（11）对从所述光纤环形器（7）的端口三（73）出射的光速强度进行检测，在对所述端口一（71）的垂轴XY位置进行调整的过程中通过所述光功率计（12）显示从所述分光棱镜（3）透射来并耦合进入所述光纤环形器（8）内的光束的光功率变化，在所述工业相机图像中的参考光斑和耦合光斑重合且所述光功率计（12）显示的光效率最大时，确定激光耦合进入所述光纤环形器（8）程度最好。

10.根据权利要求8所述的一种快速耦合大发散角激光至单模光纤的方法，其特征在于，所述步骤A的具体步骤如下：

a.激光芯片位姿调节：将点亮的所述激光芯片（1）固定在所述五轴调整平台上，将激光光斑对准所述光束质量分析仪（10），用所述光束质量分析仪（10）记录光斑图像，在改变所述激光芯片（1）与所述光束质量分析仪（10）的距离过程中，调节所述激光芯片（1）的倾斜角度，当不同工作距离情况下，激光光斑中心的XY位置都始终保持在图像上同一个位置时，则所述激光芯片（1）的位姿调节完成；

b.准直镜位姿调节：将所述准直镜（2）设置在五轴调整平台上，调整所述准直镜（2）与所述激光芯片（1）的轴向距离，将所述光束质量分析仪（10）从近拉到远，直至不同距离下光斑的尺寸相同，调整所述准直镜（2）的垂轴XY位置，将所述光束质量分析仪（10）从近拉到远，使不同距离下激光光斑中心的XY位置都保持在图像上同一个位置，此时，准直镜调节完成；

c.耦合物镜位姿调节：将所述耦合物镜（6）设置在五轴调整平台上，然后调整所述耦合物镜（6）的垂轴XY位置以及倾斜角度，使光束通过光阑和耦合物镜的中心，将所述光束质量分析仪（10）从近拉到远，当不同距离下激光光斑中心的XY位置都保持在图像上同一个位置时，则调节完成；

d.分光棱镜和工业相机的位姿调节：将所述角锥棱镜（4）设置于所述分光棱镜（3）的一侧，将所述分光棱镜（3）的反射面对准所述角锥棱镜（4），在所述分光棱镜（3）的另一侧设置工业相机（5），将所述工业相机（5）的镜头调焦至无穷远处，打开所述工业相机（5）进行拍照，调整所述角锥棱镜（4）的位置，使得所述分光棱镜（3）反射的分束光入射至所述角锥棱镜（4）的中心位置，分光棱镜和所述工业相机（5）位姿调节完成；

e.光纤耦合调节：将所述光纤环形器（7）的端口二（72）设置于所述耦合物镜（6）的焦点处，所述光纤激光器（8）与所述光纤环形器（7）的端口一（71）相连接，点亮所述光纤激光器（8），调整所述端口二（72）和所述耦合物镜（6）之间的轴向距离，使得所述工业相机（5）图像中对应的光斑聚焦，完成从所述端口一（71）入射的激光光束在所述工业相机（5）上的光斑成像。

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