CN202815320U - 一种波导阵列多光束整形装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及激光技术领域，公开了一种波导阵列多光束整形装置，包括激光光源、耦合光学系统，还包括整形波导阵列和整形透镜组；所述整形波导阵列具有多个波导通道；所述激光光源包括多个激光器，发出的多束激光经耦合光学系统分别耦合到整形波导阵列的不同波导通道中，经整形波导阵列整形之后，各激光光束以相同的模场直径和相同的偏振方向输出，最后经整形透镜组平行输出。该装置采用平面波导阵列结构同时对多个不同波长的激光光束进行整形和空间排列布置，以满足生物医学应用中对多波长激光光束质量及光束空间位置关系的要求，同时大大降低了激光光束整形与光束空间排列的难度，而且该装置具有体积小、精度高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种波导阵列多激光光束整形装置。
背景技术
在集成光学领域，平面光波导技术，因采用半导体制程，不仅具有低成本潜力，而且具有整合器件能力，被视为集成光学拼图中重要的一块。目前，平面光波导被广泛应用于光通信领域，通常采用多通道波导，在输入输出端都与光纤或光纤阵列耦合，例如基于平面光波导1×N分路器、N×N耦合器。这类应用中，通常输入输出光具有相同的波长、光束质量。
在生物医学应用中，例如流式细胞仪中，由于使用的许多荧光染料具有独特的光谱特性，经常需要使用多种具有不同波长的光源，即细胞液流通过路径的激光照射区域可能同时有多个激光束照射，样品颗粒或细胞以连续的方式被每个光束照射，分别激发产生荧光。为保证测量的精度与准确性，除了特定激光波长之外，对于激光光束的尺寸、形状、偏振都有特定的要求。
在流式细胞仪中，经常使用的激光波长有除532nm、561nm等波长通常采用固体激光光源外，其它如405nm、488nm、640nm等波长通常采用半导体激光器。半导体激光器通常具有较差的光束质量，且快慢轴发散角不同，要得到能满足要求的光束，通常需要经过复杂的整形光学系统。
此外，由于需要在细胞或颗粒液流经过的路径上排列，要将多个激光器经整形之后还需满足特定的空间位置关系。传统的方法是采用反射镜片固定于精密调整架上来进行调整。这种方式调节难度较高，且占据的空间较大，实现成本高。
发明内容
针对上述问题，本实用新型提出一种波导阵列多光束整形装置，同时实现激光光束整形与位置排列。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案为：一种波导阵列多光束整形装置，包括激光光源、耦合光学系统，还包括整形波导阵列和整形透镜组；所述整形波导阵列具有多个波导通道；所述激光光源包括多个激光器，发出的多束激光经耦合光学系统分别耦合到整形波导阵列的不同波导通道中，经整形波导阵列整形之后，各激光光束以相同的模场直径和相同的偏振方向输出，最后经整形透镜组平行输出。
进一步的，所述整形波导阵列各波导通道之间的间距在输入端面处与输出端面处不同。
进一步的，所述整形波导阵列的输入端面和输出端面均不与该整形波导阵列平面垂直，具有一倾斜角度，以防止端面反射光沿原路径返回，减少装置的回波损耗。
进一步的，所述整形波导阵列的输入端面和输出端面均镀有对各激光波长增透的介质膜。
进一步的，所述激光光源包含多个不同波长的激光束。
进一步的，所述激光器为半导体激光器、固体激光器或气体激光器，或者为其中两种或三种的组合。
进一步的，所述耦合光学系统为光学透镜组或耦合光纤组。
进一步的，所述耦合光纤组包括激光光源耦合输出光纤和整形波导阵列耦合输入光纤；所述输出光纤分别与各激光器相对，输入光纤分别与整形波导阵列各波导通道输入端相对；所述输出光纤与输入光纤一一对应，分别通过光纤连接器连接。
进一步的，所述整形透镜组包含至少一个光学透镜。
本实用新型的有益效果为：采用平面波导阵列结构同时对多个不同波长的激光光束进行整形和空间排列布置，以满足生物医学应用中对多波长激光光束质量及光束空间位置关系的要求，同时大大降低了激光光束整形与光束空间排列的难度，而且该装置具有体积小、精度高等优点。
附图说明
图1为本实用新型实施例一结构示意图；
图2为本实用新型实施例二结构示意图；
图3为本实用新型实施例采用的整形波导阵列结构示意图。
附图标记：1、激光光源；2、耦合光纤组；3、整形波导阵列；301、输入端面；302、输出端面；303、波导通道；4、整形透镜组；5、光斑；6、光学透镜组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型做进一步说明。
本实用新型考虑流式细胞仪等设备使用中的实际需求，采用多通道的平面波导结合整形光学系统来满足，采用平面波导阵列结构同时对多个不同波长的激光光束进行整形和空间排列布置，以满足生物医学应用中对多波长激光光束质量及光束空间位置关系的要求。该装置有利于简化设计，缩小装置尺寸，同时大大降低了激光光束整形与光束空间排列的难度，实现了高输出光束质量、小体积和高精度的整形装置。具体的，如图1和2所示，该波导阵列多光束整形装置包括激光光源1、耦合光学系统，还包括整形波导阵列3和整形透镜组4；其中，整形波导阵列3具有多个波导通道303；激光光源1包括多个激光器，发出的多束激光经耦合光学系统分别耦合到整形波导阵列3的不同波导通道303中，经整形波导阵列3整形之后，各激光光束以相同的模场直径和相同的偏振方向输出，最后经整形透镜组4平行输出，获得具有相同尺寸且方向平行的光斑5。
具体的，如图1所示为本实用新型的实施例一，该实施例中激光光源1包括3个不同波长的半导体激光器，其波长分别为640nm、488nm和405nm，耦合光学系统采用的是由三根保偏光纤构成的耦合光纤组2，整形波导阵列3具有与三个半导体激光器一一对应的三个波导通道303，三个半导体激光器发出的三个波长的激光光束分别通过保偏光纤耦合进整形波导阵列3的各个波导通道303中，经整形波长阵列3整形之后，各个激光光束以相同的模场直径和相同的偏振方向输出，最后由整形透镜组4将整形波导阵列3输出的各波长激光光束整形为具有相同尺寸且方向平行的光斑5。其中，整形波导阵列3各个波导通道303在输出端面302处的间距及空间位置关系根据实际应用需要排列，而在输入端面301处的间距及空间位置关系则根据各个激光器尺寸及应用方便设置，即整形波导阵列3各波导通道303之间的间距在输入端面301处与输出端面302处不同，故该整形波导阵列3同时兼具光束整形及各光束空间位置排列的功能，大大降低了激光光束整形与光束空间排列的难度。由于整形波导阵列采用半导体光刻工艺加工，其加工精度高，可保证光斑的一致性以及相对位置的精度，所以该装置同时具有体积小、精度高等优点。优选的，该实施例中，耦合光纤组分为激光光源耦合输出光纤和整形波导阵列耦合输入光纤，均采用保偏光纤；该输出光纤分别与各激光器相对，输入光纤分别与整形波导阵列各波导通道输入端相对；输出光纤与输入光纤一一对应，分别通过光纤连接器连接。光纤连接器可以采用FC/APC、SC/APC、FC/PC或SC/PC等。这样便于后期的维护，在光纤耦合光源出现问题时，可以很方便地进行维修和更换。
如图2所示为本实用新型的实施例二，与实施例一不同的是，该实施例中，激光光源1采用的是半导体激光器与固定激光器组合的方式，包括波长分别为488nm和405nm的两个半导体激光器，和一个波长为532nm的固体激光器；耦合光学系统采用的是由三个光学透镜组成的光学透镜组6，整形波导阵列3同样具有三个波导通道303，三个激光器发出的三个波长的激光光束分别通过三个光学透镜耦合进整形波导阵列3的各个波导通道303中，经整形波长阵列3整形之后，各个激光光束以相同的模场直径和相同的偏振方向输出，最后由整形透镜组4将整形波导阵列3输出的各波长激光光束整形为具有相同尺寸且方向平行的光斑5。该实施例中，由于耦合光学系统采用的是光学透镜组6，各激光光束在整形波导阵列3输入端面处301的间距与实施例一中可能有所不同，故该实施例中整形波导阵列3各波导通道303在输入端面301处的间距根据该实施例中实际各激光光束之间间距设计，而在输出端面302的间距则与实施例一中相同。
上述各实施例中，激光光源1也可以采用全固体激光器或全气体激光器，或者是半导体激光器、固体激光器和气体激光器中两种或三种的组合。整形透镜组4则包含至少一个光学透镜。本实用新型实施例中采用的整形波导整列结构如图3所示，具有三个波导通道303，各波导通道303具有相同的模场直径与偏振方向，在输入端面301、输出端面302处的间距P1与P2不同。这样做的好处在于：可以满足通常流式细胞仪光学系统对于光斑大小与偏振方向的一致性要求；同时，波导光输入端面301处的间距P1较大，才能有足够的空间将激光器的光耦合进波导通道，而根据流式细胞仪的要求，输出端面302处的波导通道间距P2通常要较小。该整形波导阵列3的输入端面301和输出端面302均不与该整形波导阵列3平面垂直，具有一倾斜角度，以防止端面反射光沿原路径返回，减少装置的回波损耗；而且，整形波导阵列3的输入端面301和输出端面302均镀有对各激光波长增透的介质膜，以减少装置的插入损耗。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种波导阵列多光束整形装置，包括激光光源、耦合光学系统，其特征在于：还包括整形波导阵列和整形透镜组；所述整形波导阵列具有多个波导通道；所述激光光源包括多个激光器，发出的多束激光经耦合光学系统分别耦合到整形波导阵列的不同波导通道中，经整形波导阵列整形之后，各激光光束以相同的模场直径和相同的偏振方向输出，最后经整形透镜组平行输出。
2.如权利要求1所述一种波导阵列多光束整形装置，其特征在于：所述整形波导阵列各波导通道之间的间距在输入端面处与输出端面处不同。
3.如权利要求1所述一种波导阵列多光束整形装置，其特征在于：所述整形波导阵列的输入端面和输出端面均不与该整形波导阵列平面垂直，具有一倾斜角度。
4.如权利要求1所述一种波导阵列多光束整形装置，其特征在于：所述整形波导阵列的输入端面和输出端面均镀有对各激光波长增透的介质膜。
5.如权利要求1所述一种波导阵列多光束整形装置，其特征在于：所述激光光源包含多个不同波长的激光束。
6.如权利要求1所述一种波导阵列多光束整形装置，其特征在于：所述激光器为半导体激光器、固体激光器或气体激光器，或者为其中两种或三种的组合。
7.如权利要求1所述一种波导阵列多光束整形装置，其特征在于：所述耦合光学系统为光学透镜组。
8.如权利要求1所述一种波导阵列多光束整形装置，其特征在于：所述耦合光学系统为耦合光纤组。
9.如权利要求8所述一种波导阵列多光束整形装置，其特征在于：所述耦合光纤组包括激光光源耦合输出光纤和整形波导阵列耦合输入光纤；所述输出光纤分别与各激光器相对，输入光纤分别与整形波导阵列各波导通道输入端相对；所述输出光纤与输入光纤一一对应，分别通过光纤连接器连接。
10.如权利要求1所述一种波导阵列多光束整形装置，其特征在于：所述整形透镜组包含至少一个光学透镜。
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