CN112068247A - 一种多波长激光同轴发射*** - Google Patents

一种多波长激光同轴发射*** Download PDF

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陈心怡
宋义伟
曹哲伟
柏刚
姜义军
高洁
张大庆
吴妙章
李思远
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Abstract

本发明公开了一种不同波长激光同轴发射***，其包括：光纤束、耦合端、多包层光纤、准直器；光纤束由多根光纤组成，其每根光纤的一端连接激光光源以传输激光；耦合端将光纤束的每根光纤的另一端与多包层光纤的一端耦合连接，将由光线束传输的激光耦合进入所述多包层光纤中；所述多包层光纤对输入的合束激光实现多包层光纤内的同轴传输；所述准直器接收来自所述多包层光纤的同轴激光，并对同轴激光准直输出。本发明利用多包层光纤实现不同波长激光的共光纤传输，同时结合准直镜头的色散特性以及多包层光纤包层与纤芯直径实现不同波长光与覆盖视场角的匹配，避免了使用分色光学元件，提高了不同波长激光合束同轴稳定度。

Description

一种多波长激光同轴发射***
技术领域
本发明涉及激光传输技术领域，具体是指多波长激光同轴发射***，用于多种波长激光的合束传输，是一种可实现共光路同口径发射激光的光学***。
背景技术
在自由空间的激光传输中，如在自由空间激光通信、激光武器中为了将主激光传输到指定空域，需要信标光的指引，且要求信标光与主激光严格同轴传输，信标光指引实现对目标的跟踪捕获和精确指向。
在激光雷达中为实现不同波长对目标的光学特性的探测、或对远近不同范围空域目标的探测能力，激光雷达需要具有不同工况发射对应激光波长的能力，且同样要求所有波长激光同轴。
传统的多种激光同轴发射需要多个光学元件，这导致了器件成本增大，也更容易产生故障。因此，本发明提供了一种简单的多波长同轴发射***，简化了器件的结构，提高了器件可靠性，降低了成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、性能可靠、成本低廉的多波长激光同轴发射***。
为达到上述目的，本发明提供一种多波长激光同轴发射***，包括：光纤束、耦合端、多包层光纤、准直器。该光纤束由多根光纤组成，其每根光纤一端连接激光光源；该耦合端将该光纤束的另一端与该多包层光纤的一端耦合连接，将光纤束中的激光耦合进入多包层光纤中；该多包层光纤对输入的合束激光实现多包层光纤内的同轴传输；该准直器接收来自多包层光纤的同轴激光，并对同轴激光准直输出。
由于准直器的色散特性，对不同波长激光有着不同的焦距，因此同一端面出射的不同波长激光无法都处在同一准直器的焦点上，有部分波长激光存在离焦现象，这也导致了在该***中同一端面出射的不同波长激光经同一准直器输出后发散角不同。利用这一点，本***实现了同一准直器对不同波长激光发散角不同的同轴发射输出，这避免了使用了多个光学镀膜分色元件和多个准直器，从而降低了***的复杂度。其中，所述光纤束由单模光纤、多模光纤单种或两种混合组成。所述光纤束可直接连接激光光源，所述激光光源包括激光器输出的光源、经波分复用器件合束后的光源。所述激光器光源包括固体激光器、光纤激光器、半导体激光器等。所述激光光源皆可连接尾纤进行激光输出，尾纤与该***中的光纤束单根光纤连接进行激光的传输。其中，所述耦合端接受来自光纤束输入的不同波长激光并对其耦合进入多包层光纤中，耦合端的耦合方式包括端面熔接法、侧面熔接法，所述端面熔接法适用于单模光纤与多包层光纤纤芯耦合连接；所述侧面熔接法适用于多模光纤与多包层光纤内包层耦合连接。其中，该***中多包层光纤的包层厚度和层数可以根据实际传输的激光波长范围和数量而做适当调整，这里的多包层光纤也包括常规双包层光纤。
其中，根据多包层光纤出射的不同波长激光发射视场角不同和对应出射端的光斑直径不同决定所述准直器的对应波长色散量，所述准直器包括反射式、透射式。该***中经准直器输出的激光实现了波长与发射视场角相对应，其输出激光适用于连接扩束镜头或扫描装置等。
本***适用于多种激光传输领域，包括自由空间激光通信、激光雷达中信标光指引、信号光的探测传输等。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实现了将光纤束中不同波长激光经耦合端耦合进入同一根多包层光纤中，完成多波长激光合束，避免使用了多个独立的分色光学元件。同时，对不同波长激光输出共用一个准直器，减少了准直器的使用数量。本发明提高了不同波长合束同轴的稳定度，减小了***的体积，提高了***安装的灵活度。
附图说明
图1是本发明一种不同波长激光同轴传输***的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图1和具体实施方式对本发明提出的一种用于多波长激光同轴发射实现方法做进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
如图1所示，本发明提供一种用于多波长激光同轴传输的实现方法，包括光纤束1、耦合端2、多包层光纤3、准直器4这四个部件。所述光纤束1由多根光纤组成，其每根光纤的一端连接激光光源，作为多波长激光的输入端；所述耦合端2将该光纤束1中的每根光纤的另一端与该多包层光纤3的一端耦合连接，将光纤束1中的激光耦合进入多包层光纤3中；所述多包层光纤3对输入的合束激光实现多包层光纤3内同轴传输；所述准直器4接收来自多包层光纤3的同轴输出的激光，并准直输出。
由于准直器的色散特性，对不同波长激光有着不同的焦距，因此同一端面出射的不同波长的激光无法都统一处在准直器的焦点上，有部分波长激光存在离焦现象，这也使得在该***中同一端面出射的不同波长激光经同一准直器输出后发散角不同。利用这一点，本***实现了同一准直器对不同波长激光发散角不同的同轴发射输出，这避免了多个光学镀膜分色元件和多个准镜器的使用，从而降低了***的复杂度。
其中，所述光纤束1由单模光纤，或多模光纤，或单模光纤以及多模光纤混合组成。所述光纤束1可直接连接多种激光光源，所述激光光源包括激光器输出的光源、经波分复用器件合束后的光源。所述激光器光源包括固体激光器、光纤激光器、半导体激光器等。所述激光光源皆通过其尾纤输出激光，而所述光纤束1的每根光纤均通过与各个激光光源的尾纤连接实现激光传输。其中，所述耦合端接受来自光纤束输入的不同波长激光并对其耦合进入多包层光纤中，所述耦合端的耦合方式为端面熔接法和侧面熔接法；具体地，使用端面熔接法将所述单模光纤的纤芯与多包层光纤3的纤芯熔接。使用侧面熔接法将多模光纤的纤芯与多包层光纤3的内包层粘接固定。
对于不同波长的激光可根据实际的传输效果而适当调整该多包层光纤3的包层厚度和层数，此***中多包层光纤3包括常规双包层光纤。
本发明中，还可根据准直器4的对应波长色散量调节多包层光纤3输出的不同波长激光经准直器4出射的视场角。本案中，所述准直器4包括反射式、透射式。
在本优选例中，如图1所述，所使用的光纤束数量为3根，分别为一根单模光纤a和两根多模光纤b、c，所述光线束1中使用的光纤都为双包层光纤。光纤的规格参数如下表1所示：
光纤编号 纤芯直径/um 包层直径/um 工作波长/nm 数值孔径
单模光纤a 9 125 1550 0.13
多模光纤b 62.5 125 905 0.22
多模光纤c 62.5 125 905 0.22
表1、光纤规格参数
本优选例中单模光纤a连接的光源为单模光纤激光器，多模光纤b、c连接的光源为多模光纤激光器，耦合端2通过熔接法连接所述多包层光纤3。
本优选例中所述光纤束1中的单模光纤a使用端面熔接法与所述多包层光纤3的纤芯熔接，使用侧面熔接法将两根多模光纤b和c与所述多包层光纤3的内包层粘接固定。
本优选例中，所述多包层光纤3的另一端连接所述准直器4。所述准直器4为平凸非球面透镜，其为玻璃材料H-LaK5A，厚度为5.2mm，通光口径10mm，外径14mm，其非球面系数如下表2所示：
面型 曲率半径/mm 二次曲面系数K 四次系数A 六次系数B
非球面 13.133 -0.9886 2.1712×10<sup>-5</sup> 8.887×10<sup>-9</sup>
表2、准直器的非球面系数
由于该透镜(准直器4)的色散特性，所述准直器4在激光波长1550nm时的焦距为20mm，对应激光波长905nm时的焦距为19.7mm。
本优选例中，所述多包层光纤3的出光端面位于所述准直器4对应的激光波长1550nm的焦点处，即工作距离16.86mm处，可计算得知波长1550nm的激光经所述准直器4输出后的发散角为450μrad；考虑到所述准直器4的色散特性，对应激光波长905nm的焦距为19.7mm，可知，所述准直器4对激光波长905nm的工作距离为16.58mm，因此在本优选例中所述多包层光纤3的出射的波长905nm的激光处于离焦状态。综合考虑色散离焦以及内包层直径的因素，对于波长905nm激光经所述准直器4输出后的发散角为9.4mrad。实现了波长1550nm激光与波长905nm激光视场角相差近20倍的输出。
更进一步地，使用不同色散系数的光学材料对所述准直器4进行色差校正以消除色差，则可实现波长1550nm与波长905nm视场角相差近6倍的输出。
本发明中，经上述匹配准直镜4准直输出的激光，可实现波长与发射视场角相对应，其后根据需要可接扩束镜头或扫描装置等。本发明中，所述的光纤束1可根据需要直接连接由各激光器输出的激光光源，或连接经过波分复用器件合束后输出的激光光源，即可进一步扩展光纤波长的使用范围。
本发明的激光同轴传输***可应用于自由空间激光通信、激光雷达中信标光指引、信号光的探测传输等领域，且实现了信标光、信号激光严格同轴传输，信标光指引实现对目标的跟踪捕获和精确指向等。
综上所述，本发明将光纤束1耦合到多包层光纤3中实现合束，避免了使用多个独立的分色光学元件，提高了不同波长合束同轴稳定度，减小了***的体积，提高了***安装的灵活性。同时，本发明中不同波长激光共用一个准直镜头(准直器4)发射，减少了准直镜头的使用数量，利用准直镜头的色散特性可以实现不同波长对应不同视场的同轴输出。本发明适用于激光能量、信息传输或实现指向标示的***，实现了不同波长对应不同覆盖视场范围，也适应用与于精确的激光跟踪领域。该装置以光纤输出激光器作为光源，经合束后准直输出激光。避免了使用独立的分色光学元件，提高了不同波长合束的灵活性和同轴稳定度，该方法实际灵活，***结构简洁稳定，降低了成本。
本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种多波长激光同轴发射***，其特征在于，包括：光纤束(1)、耦合端(2)、多包层光纤(3)、准直器(4)；
所述光纤束(1)由多根光纤组成，其每根光纤的一端连接激光光源以传输激光；
所述耦合端(2)将所述光纤束(2)的每根光纤的另一端与所述多包层光纤(3)的一端耦合连接，将由所述光线束(1)传输的激光耦合进入所述多包层光纤(3)中；
所述多包层光纤(3)对输入的合束激光实现多包层光纤(3)内的同轴传输；
所述准直器(4)接收来自所述多包层光纤(3)的同轴激光，并对同轴激光准直输出。
2.根据权利要求1所述的一种多波长激光同轴发射***，其特征在于，所述光纤束(1)由单模光纤、多模光纤单种或两种混合组合而成。
3.根据权利要求1所述的一种多波长激光同轴发射***，其特征在于，所述激光光源包括激光器输出的光源、经波分复用器件合束后的光源。
4.根据权利要求2所述的一种多波长激光同轴发射***，其特征在于，所述耦合端(2)的耦合方式包括端面熔接法、侧面熔接法。
5.根据权利要求4所述的一种多波长激光同轴发射***，其特征在于，所述端面熔接法适用于单模光纤与多包层光纤纤芯耦合连接；所述侧面熔接法适用于多模光纤与多包层光纤内包层耦合连接。
6.根据权利要求1所述的一种多波长激光同轴发射***，其特征在于，所述多包层光纤(3)的包层厚度和层数均可调节。
7.根据权利要求1所述的一种多波长激光同轴发射***，其特征在于，所述准直器(4)的波长色散量根据多包层光纤输出的不同波长激光发射视场角和对应出射端的光斑直径大小决定。
8.根据权利要求7所述的一种多波长激光同轴发射***，其特征在于，所述准直器(6)包括反射式、透射式。
9.根据权利要求7所述的一种多波长激光同轴发射***，其特征在于，所述准直器(6)输出激光实现波长与发射视场角相对应，其输出激光适用于包括：连接扩束镜头、扫描装置。
10.根据权利要求1所述的一种多波长激光同轴发射***，其特征在于，适用于包括：自由空间激光通信、激光雷达中信标光指引、信号光的探测传输。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112636838A (zh) * 2020-12-20 2021-04-09 桂林电子科技大学 一种短距多波长多模通信***
CN114200606A (zh) * 2021-12-13 2022-03-18 东莞铭普光磁股份有限公司 一种激光器的快速耦合找光方法及***

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1845403A (zh) * 2006-05-08 2006-10-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 双波长脉冲光纤激光***
CN2899204Y (zh) * 2006-05-08 2007-05-09 中国科学院上海光学精密机械研究所 双波长脉冲光纤激光***
CN101075005A (zh) * 2007-06-25 2007-11-21 武汉光迅科技股份有限公司 用于包层泵浦光纤放大器的光纤合波器
CN202984911U (zh) * 2012-12-14 2013-06-12 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司 一种激光加工***
CN107370015A (zh) * 2017-08-15 2017-11-21 中国科学技术大学 一种波分复用的多波长倍频光纤激光装置
CN207217993U (zh) * 2017-08-15 2018-04-10 中国科学技术大学 一种波分复用的多波长倍频光纤激光装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1845403A (zh) * 2006-05-08 2006-10-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 双波长脉冲光纤激光***
CN2899204Y (zh) * 2006-05-08 2007-05-09 中国科学院上海光学精密机械研究所 双波长脉冲光纤激光***
CN101075005A (zh) * 2007-06-25 2007-11-21 武汉光迅科技股份有限公司 用于包层泵浦光纤放大器的光纤合波器
CN202984911U (zh) * 2012-12-14 2013-06-12 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司 一种激光加工***
CN107370015A (zh) * 2017-08-15 2017-11-21 中国科学技术大学 一种波分复用的多波长倍频光纤激光装置
CN207217993U (zh) * 2017-08-15 2018-04-10 中国科学技术大学 一种波分复用的多波长倍频光纤激光装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112636838A (zh) * 2020-12-20 2021-04-09 桂林电子科技大学 一种短距多波长多模通信***
CN114200606A (zh) * 2021-12-13 2022-03-18 东莞铭普光磁股份有限公司 一种激光器的快速耦合找光方法及***

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