CN212435028U - 一种偏振合束器及激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及光学器件设计技术领域，公开了一种偏振合束器及激光器，该偏振合束器包括：用于接收第一光束的第一入光面、用于接收第二光束的第二入光面和用于输出合束激光的出光面，第二入光面与第一入光面相交且非垂直设置，出光面与第一入光面存在一定的角度，该角度不为九十度，且出光面镀设有用于反射回返光的反射膜，本实用新型实施例提供的偏振合束器，一方面，能够不让回返光重新返回到激光芯片中，烧毁芯片，另一方面，能够不将回返光重新反射回光纤谐振腔中，有效滤除回返光，应用于激光器中时激光器的出光效果更好。

Description

一种偏振合束器及激光器

技术领域

本实用新型实施例涉及光学器件设计技术领域，特别涉及一种偏振合束器及激光器。

背景技术

合束器是一种能够将两束方向或状态不同的光合成一束光后出射的器件，应用在激光器中时，能够将两组不同方向出射的光束合束为一束光束后出射，同时，当合束器为偏振合束器时，还能够用来将两束正交偏振态的偏振光合束，偏振分束器也可以反过来将入射非偏振光分成两束偏振态正交的偏振光。

在实现本实用新型实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：目前，应用在激光器中的偏振合束器，为了不让回返光重新进入激光模组中，损坏激光芯片，通常的做法是在表面镀设反射膜，这会导致反射膜又将回返光重新入射到光纤谐振腔中，导致不需要的光重新进入光纤谐振腔中，影响出光效果。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例的目的是提供一种能够滤除回返光的偏振合束器及激光器。

本实用新型实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

为解决上述技术问题，第一方面，本实用新型实施例中提供了一种偏振合束器，包括：

第一入光面，用于接收第一光束；

第二入光面，其与所述第一入光面相交且非垂直设置，用于接收第二光束；

出光面，用于将所述第一光束和所述第二光束合束后输出合束激光，所述出光面与所述第一入光面存在一定的角度，所述角度不为九十度，且所述出光面镀设有反射膜，用于反射回返光。

在一些实施例中，所述第一光束和所述第二光束为P光，所述第一入光面用于贴设半波片，所述半波片用于将所述第一光束的偏振方向旋转90°，所述偏振合束器还包括：

镀设有透P光反S光的膜层的合束面，用于透射所述第二光束、反射经所述半波片改变偏振方向后的所述第一光束。

在一些实施例中，所述第一光束与所述第一入光面的法线不重合，所述第二光束与所述第二入光面的法线不重合。

在一些实施例中，所述合束面与所述第一入光面在延长线上相交的夹角满足如下公式：

其中，θ表示所述合束面与所述第一入光面在延长线上相交后的夹角，α₁表示所述第一光束与所述第一入光面的法线的夹角，α₂表示所述第二光束与所述第二入光面的法线的夹角，n表示所述偏振合束器的折射率。

在一些实施例中，所述第一入光面、所述第二入光面和所述出光面皆镀设有增透膜。

在一些实施例中，所述第二入光面与所述出光面平行设置，所述偏振合束器在出光方向上的横切面的形状为菱形。

为解决上述技术问题，第二方面，本实用新型实施例中提供了一种激光器，其特征在于，包括：

第一激光模组，用于输出第一光束；

第二激光模组，用于输出第二光束；

如上述第一方面所述的偏振合束器，其第一入光面用于接收所述第一光束，其第二入光面用于接收所述第二光束，其出光面用于输出合束激光；

聚焦透镜，用于接收所述合束激光并将所述合束激光聚焦；

光纤端头，用于接收聚焦后的所述合束激光。

在一些实施例中，所述激光器还包括：

半波片，所述半波片贴合设置在所述偏振合束器的第一入光面上，用于改变所述第一光束的偏振态。

在一些实施例中，所述激光器还包括：

第一反射镜，其设于所述第一激光模组和所述半波片之间，用于改变所述第一光束的方向，以使所述第一光束入射到所述偏振合束器的第一入光面。

在一些实施例中，所述第一激光模组和所述第二激光模组分别包括至少一组激光模块，所述激光模块包括：

COS元件，其包括激光芯片，用于出射预设波长的激光；

快轴准直透镜，其设于所述COS元件的出光方向上；

慢轴准直透镜，其设于所述快轴准直透镜的出光方向上；

第二反射镜，其设于所述慢轴准直透镜的出光方向上，用于调整所述第一光束或者所述第二光束的出光方向。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例中提供了一种偏振合束器及激光器，该偏振合束器包括：用于接收第一光束的第一入光面、用于接收第二光束的第二入光面和用于输出合束激光的出光面，第二入光面与第一入光面相交且非垂直设置，出光面与第一入光面存在一定的角度，该角度不为九十度，且出光面镀设有用于反射回返光的反射膜，本实用新型实施例提供的偏振合束器，一方面，能够不让回返光重新返回到激光芯片中，烧毁芯片，另一方面，能够不将回返光重新反射回光纤谐振腔中，有效滤除回返光，应用于激光器中时激光器的出光效果更好。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块表示为类似的元件/模块，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例一提供的一种偏振合束器的结构示意图；

图2是偏振合束器中合束面与第一入光面在延长线上相交的夹角的计算原理图；

图3是本实用新型实施例二提供的一种激光器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

需要说明的是，当元件被表述“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。为了便于连接结构限定，本实用新型以出光方向为参考进行部件的位置限定。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

具体地，下面结合附图，对本实用新型实施例作进一步阐述。

实施例一

本实用新型实施例提供了一种偏振合束器，请参见图1，其示出了本实用新型实施例提供的一种偏振合束器的结构，该偏振合束器10包括：第一入光面S1、第二入光面S2和出光面S3。其中，

所述第一入光面S1用于接收第一光束L1。

所述第二入光面S2，第二入光面S2与第一入光面S1相交且非垂直设置，用于接收第二光束L2。由于所述第一入光面S和所述第二入光面S2都存在较弱的反射，因此，为了防止反射光纤沿原路返回烧坏激光芯片，所述第一光束L1与所述第一入光面S1的法线不重合，所述第二光束L2与所述第二入光面S2的法线不重合。

所述出光面S3用于将所述第一光束L1和所述第二光束L2合束后输出合束激光L3，所述第一光束L1、所述第二光束L2和所述合束激光L3为同一波段的光。由于光纤激光器谐振腔的出射光存在一部分光会回到泵源中，也即是存在回返光L4，因此，所述出光面S3与所述第一入光面S1需要存在一定的角度，且所述角度不为九十度，且所述出光面S3还需要镀设有反射膜，用于反射回返光L4(图中为了清晰的显示回返光L4，将所述回返光L4进行了一定了平移处理)。优选地，所述出光面S3镀设的反射膜的膜系，选用回返光L4中占比最大的一种或几种波长的光对应的膜系，其中，所述出光面S3对所述回返光L4的反射率＞99％。

在本实用新型实施例中，所述第一光束L1、第二光束L2和第三光束L3来自于激光芯片出射的激光，波长相同。所述回返光L4为光纤激光器产生的光，其为一与所述第一光束L1、第二光束L2和第三光束L3波长不同的光。同时，由于偏振合束器10表面虽然镀设有增透膜，但是仍然会存在一定的反射，为了避免入射到偏振合束器10的沿传播路径返回到芯片中，入射到偏振合束器10的所述第一光束L1和所述第二光束L2皆需要与界面呈一定的角度，使得反射光和入射光的方向偏离一定的角度。

所述第一光束L1和所述第二光束L2为P光，所述第一入光面S1用于贴设半波片，所述半波片用于改变所述第一光束L1的偏振方向(将所述第一光束L1由P光转换为S光)，所述半波片能够将所述第一光束的偏振方向旋转90°，所述偏振合束器10还包括：镀设有透P光反S光的膜层的合束面S4，用于透射所述第二光束L2、反射经所述半波片改变偏振方向后的所述第一光束L1。所述合束面S4用于将所述第一光束L1和所述第二光束L2合束输出，具体地，所述半波片可将偏振光的偏振方向旋转90°，也即是，将所述第一光束L1由P光变为S光，所述合束面S4镀设有透p反s的膜层，能够将第一光束L1(S光)和第二光束(P光)合束输出，其中，所述合束面S4对P光的透射率＞99％，对S光的反射率＞99.5％。可选的，所述偏振合束器10为一光学玻璃，所述第一光束L1和所述第二光束L2为偏振态相同的偏振光，经半波片改变偏振方向后的所述第一光束L1和所述第二光束L2偏振态正交。

在一些实施例中，所述第二入光面S2与所述出光面S3平行设置，也即是，所述第二入光面S2与所述出光面S3的夹角和所述第一入光面S1与所述出光面S3的夹角互补，以使所述第二光束L2与所述合束激光L3平行。在一些实施例中，所述偏振合束器10在出光方向上的横切面的形状为菱形。

在一些实施例中，所述第一入光面S1和所述第二入光面S2上镀设有与其入射光为同一膜系的增透膜，所述出光面S3上镀设有能够反射回返光L4，透射激光芯片出射的光的膜系。其中，所述第一入光面S1对所述第一光束L1的透过率为99.7％，所述第二入光面S2对第二光束L2的透过率为99.7％，所述出光面S3对所述合束激光L3的透过率为99％。

在一些实施例中，请一并参见图2，其示出了偏振合束器10中合束面与第一入光面在延长线上相交的夹角的计算原理图，具体地，根据折射定律可得到以下关系：

其中，β₁表示所述第一光束L1入射到所述偏振合束器内的折射角，β₂表示所述第二光束L2入射到所述偏振合束器内的折射角，α₁表示所述第一光束L1与所述第一入光面S1的法线的夹角，α₂表示所述第二光束L2与所述第二入光面S2的法线的夹角，n表示所述偏振合束器的折射率。

继续参见图2可知，在图2所示偏振合束器中，第二光束L2与第一入光面S1平行，第二入光面S2的法线的延长线与第一入光面S1相交于B点，第二入光面S2的法线的延长线与合束面S4相交于C点，由几何定理得到如下关系：

∠ACB＝π-θ-α₂

γ＝∠CED＝π-β₂-∠ACB＝θ+α₂-β₂

由上述公式推导可得到所述合束面与所述第一入光面在延长线上相交的夹角满足如下公式：

其中，θ表示所述合束面与所述第一入光面在延长线上相交后的夹角，α₁表示所述第一光束与所述第一入光面的法线的夹角，α₂表示所述第二光束与所述第二入光面的法线的夹角，n表示所述偏振合束器的折射率。

不难看出，在设计所述偏振合束器10时，确认所述第一光束L1和所述第二光束的入射角度α₁和α₂后，选定好偏振合束器10的材料(即确定所述偏振合束器的折射率n)，即可得到所述合束面与所述第一入光面在延长线上相交后的夹角θ，以实现对所述偏振合束器10的定制需求。

本实用新型实施例将激光器中所采用的通常在出光方向上的横切面的形状(即如图1所示视角)为正方形或矩形结构的偏振合束器改进为在出光方向上的横切面的形状为菱形的偏振合束器10，由于出光面S3与第一入光面S1存在一定的角度，回返光L4被偏振合束器10的出光面S3的反射膜反射后，无法重新进入后级光路中；同时，第二光束L2与偏振合束器10的第二入光面S2存在一定的夹角，使得入射光的光路(第二光束L2所在光路)与回返光L4不在一条光路上，同时，在偏振合束器10的出光面S3上镀设反射膜，从而防止回返光原路返回到激光芯片中，烧毁芯片。

对于泵源，即激光器，回返光有两类：一是泵源内部各个光学界面的反射光，因为增透膜的透过率无法达到100％，总会存在一部分反射光线，即图2中所述第一光束L1、第二光束L2和合束激光L3打到偏振合束器10的光学界面后反射的光线。若是光线垂直入射，则反射光线会按照入射光线的路径重新返回到芯片，虽然相比出射光的能量很低，但微弱的功率也会对芯片的寿命造成影响。二是图中回返光L4的光线，该光线是光纤激光器谐振腔返回的光，波长与芯片出光的波长不同，所以可以通过调整膜系，保证芯片出光的透过率的同时提高回返光L4波段的反射率。回返光L4的光基本上被出光面S3反射，并且光路的增透膜波段并非回返光L4，光学透镜的设计波段也并非回返光L4，回返光L4很难到达芯片。出光面S3和回返光L4存在夹角的目的是防止回返光L4进入光纤，进而进入光纤激光器的谐振腔内，避免损害光纤激光器的谐振腔。

例如，当激光器的谐振腔为一能够出射波长为960nm的激光时，谐振腔除杂散光还回返一波长为1064nm的强光时，可以在所述偏振合束器10的出光面S3上至少镀设一1064反射膜，在接收到1064nm的强光时，将所述1064nm的强光沿与所述合束激光L3呈一定角度的方向反射出射。

实施例二

本实用新型实施例提供了一种激光器，请参见图3，其示出了本实用新型实施例提供的一种激光器的结构，该激光器包括：如上述实施例一所述的偏振合束器10、第一激光模组20、第二激光模组30、聚焦透镜40和光纤端头50。其中，

所述第一激光模组20用于输出第一光束L1。

所述第二激光模组30用于输出第二光束L2。

所述偏振合束器10的第一入光面用于接收所述第一光束L1，其第二入光面用于接收所述第二光束L2，其出光面用于输出合束激光L3。

所述聚焦透镜40用于接收所述合束激光并将所述合束激光聚焦。所述聚焦透镜40可以是球面镜，非球面镜或柱面镜。如果是柱面镜的话需要两个柱面镜，分别对快轴慢轴两个方向的光聚焦。而球面和非球面透镜对于光轴是旋转对称的，同时对快慢两个方向聚焦。

所述光纤端头50用于接收聚焦后的所述合束激光L3，以使所述合束激光L3进入谐振腔内谐振后输出激光器的信号光。

在一些实施例中，请继续参见图3，所述激光器还包括：半波片60，所述半波片60贴合设置在所述偏振合束器10的第一入光面上，用于改变所述第一光束L1的偏振态。在本实用新型实施例中，所述半波片60能够将偏振光的偏振方向旋转90°，将入射到所述半波片60的P光变为S光。

在一些实施例中，请继续参见图3，所述激光器还包括：第一反射镜70，其设于所述第一激光模组20和所述半波片60之间，用于改变所述第一光束L1的方向，以使所述第一光束L1垂直入射到所述偏振合束器10的第一入光面。

在一些实施例中，请继续参见图3，所述第一激光模组20和所述第二激光模组30分别包括至少一组激光模块，如图3所示，本实用新型实施例以所述第一激光模组20中的激光模块为例，所述激光模块包括：

COS元件21，其包括激光芯片，用于出射预设波长的激光；

快轴准直透镜22，其设于所述COS元件21的出光方向上；

慢轴准直透镜23，其设于所述快轴准直透镜22的出光方向上；

第二反射镜24，其设于所述慢轴准直透镜23的出光方向上，用于调整所述第一光束L1或者所述第二光束L2的出光方向。

需要说明的是，所述第一激光模组20和所述第二激光模组30中激光模块的数量可根据实际需要进行设置，所述第一光束L1和所述第二光束L2的波长，可根据实际需要通过选择COS元件21中激光芯片的型号进行设置，不需要拘泥于本实用新型实施例的限定。

本实用新型实施例中提供了一种偏振合束器及激光器，该偏振合束器包括：用于接收第一光束的第一入光面、用于接收第二光束的第二入光面和用于输出合束激光的出光面，第一光束和第二光束垂直，出光面与第一入光面存在一定的角度，该角度不为九十度，且出光面镀设有用于反射回返光的反射膜，本实用新型实施例提供的偏振合束器，一方面，能够不让回返光重新返回到激光芯片中，烧毁芯片，另一方面，能够不将回返光重新反射回光纤谐振腔中，有效滤除回返光，应用于激光器中时激光器的出光效果更好。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种偏振合束器，其特征在于，包括：

第一入光面，用于接收第一光束；

第二入光面，其与所述第一入光面相交且非垂直设置，用于接收第二光束；

出光面，用于将所述第一光束和所述第二光束合束后输出合束激光，所述出光面与所述第一入光面存在一定的角度，所述角度不为九十度，且所述出光面镀设有反射膜，用于反射回返光。

2.根据权利要求1所述的偏振合束器，其特征在于，所述第一光束和所述第二光束为P光，所述第一入光面用于贴设半波片，所述半波片用于将所述第一光束的偏振方向旋转90°，所述偏振合束器还包括：

镀设有透P光反S光的膜层的合束面，用于透射所述第二光束、反射经所述半波片改变偏振方向后的所述第一光束。

3.根据权利要求2所述的偏振合束器，其特征在于，

所述第一光束与所述第一入光面的法线不重合，所述第二光束与所述第二入光面的法线不重合。

4.根据权利要求3所述的偏振合束器，其特征在于，

所述合束面与所述第一入光面在延长线上相交的夹角满足如下公式：

其中，θ表示所述合束面与所述第一入光面在延长线上相交后的夹角，α₁表示所述第一光束与所述第一入光面的法线的夹角，α₂表示所述第二光束与所述第二入光面的法线的夹角，n表示所述偏振合束器的折射率。

5.根据权利要求4所述的偏振合束器，其特征在于，

所述第一入光面、所述第二入光面和所述出光面皆镀设有增透膜。

6.根据权利要求5所述的偏振合束器，其特征在于，

所述第二入光面与所述出光面平行设置，所述偏振合束器在出光方向上的横切面的形状为菱形。

7.一种激光器，其特征在于，包括：

第一激光模组，用于输出第一光束；

第二激光模组，用于输出第二光束；

如上述权利要求1-6任一项所述的偏振合束器，其第一入光面用于接收所述第一光束，其第二入光面用于接收所述第二光束，其出光面用于输出合束激光；

聚焦透镜，用于接收所述合束激光并将所述合束激光聚焦；

光纤端头，用于接收聚焦后的所述合束激光。

8.根据权利要求7所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括：

半波片，所述半波片贴合设置在所述偏振合束器的第一入光面上，用于改变所述第一光束的偏振态。

9.根据权利要求8所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括：

第一反射镜，其设于所述第一激光模组和所述半波片之间，用于改变所述第一光束的方向，以使所述第一光束入射到所述偏振合束器的第一入光面。

10.根据权利要求9所述的激光器，其特征在于，

所述第一激光模组和所述第二激光模组分别包括至少一组激光模块，所述激光模块包括：

COS元件，其包括激光芯片，用于出射预设波长的激光；

快轴准直透镜，其设于所述COS元件的出光方向上；

慢轴准直透镜，其设于所述快轴准直透镜的出光方向上；

第二反射镜，其设于所述慢轴准直透镜的出光方向上，用于调整所述第一光束或者所述第二光束的出光方向。

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