一種低散斑多模光纖耦合激光器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型揭示了一種低散斑多模光纖耦合激光器，其包括一激光器、多模光纖，第一耦合器，第二耦合器，所述激光器通過第一耦合器與所述多模光纖的輸入端連接，所述多模光纖的輸出端與所述第二耦合器連接，所述低散斑多模光纖耦合激光器還包括一散斑消除震動(dòng)單元，所述散斑消除震動(dòng)單元與所述多模光纖緊密貼合并驅(qū)動(dòng)所述多模光纖震動(dòng)。本實(shí)用新型能夠有效的控制多模光纖耦合激光器的激光散斑，并且具有低成本、易組裝調(diào)節(jié)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種低散斑多模光纖耦合激光器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及多模光纖耦合激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低散斑多模光纖耦合激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]激光由于其具有的高亮度、高相干性和高準(zhǔn)直性等特點(diǎn)，在工業(yè)、通信、醫(yī)學(xué)、科學(xué)研究及社會(huì)生活等領(lǐng)域發(fā)揮了獨(dú)特且至關(guān)重要的作用。由于多模光線耦合激光器具有效率高、體積小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此采用多模光纖耦合激光器的模塊在激光醫(yī)療、激光檢測(cè)與測(cè)量、儀器儀表等方面具有廣泛的應(yīng)用。激光具有高度相干性且振幅和位相不相同的光束，
在空間各點(diǎn)形成無(wú)規(guī)則分布的顆粒狀斑紋------激光散斑。激光散斑作為一種隨機(jī)過程，
是伴隨激光器使用而必然存在的客觀物理現(xiàn)象。激光散斑不僅造成了能量損失，同時(shí)也成為限制圖像質(zhì)量，降低圖像分辨率和對(duì)比度的主要因素，如目前在研究和應(yīng)用的激光投影顯示和激光照明領(lǐng)域，激光散斑成為限制激光顯示實(shí)現(xiàn)真正實(shí)用化的關(guān)鍵。
[0003]目前關(guān)于消除激光散斑的方法多種多樣，總體而言可分為兩類:其一是靜態(tài)消散斑法;如降低激光器腔長(zhǎng)或在光路中對(duì)入射光束分束后再合束，降低入射光束的相干性，但該方法操作復(fù)雜，光路連接穩(wěn)定性低。CN102122081A公開的《激光光束勻光整形和消散斑裝置》采用將純相位衍射器件在電磁振動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)下完成勻光整形和消散斑功能；CN101950087A公開的《一種消除激光散斑效應(yīng)的方法》將入射光束通過振動(dòng)的可通光的液體對(duì)光束相位進(jìn)行破壞而消除激光散斑效應(yīng)。
[0004]其二是動(dòng)態(tài)散斑法。對(duì)激光散斑進(jìn)行動(dòng)態(tài)處理，利用時(shí)間平均抑制散斑，如旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)散射體(毛玻璃、液晶裝置、相位板)、超聲波法等。使用動(dòng)態(tài)散斑法時(shí)，散斑變化頻率越快，散斑間相關(guān)性越小，在時(shí)間平均后散斑抑制效果越好，但是目前采取動(dòng)態(tài)散斑法的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好。目前散斑消除中，散斑頻率控制范圍有限，相位調(diào)節(jié)深度小使得散斑相關(guān)性較大，以上因素降低了散斑抑制效果，同時(shí)入射光束通過液晶裝置和毛玻璃能量利用率較低，能量損失大，并且伴隨著角度擴(kuò)張現(xiàn)象，影響了系統(tǒng)的性能。
[0005]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中存在以下問題，靜態(tài)消散斑法操作復(fù)雜，光路連接穩(wěn)定性低;動(dòng)態(tài)消散斑法散斑頻率控制范圍有限，相位調(diào)節(jié)深度小使得散斑相關(guān)性較大。因此需要設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)便可行、能量損失少，適用于激光散斑消除的一種激光器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供了
[0007]—種簡(jiǎn)便可行、能量損失少，適用于激光散斑消除的一種低散斑多模光纖耦合激光器。
[0008]本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種低散斑多模光纖耦合激光器，包括一激光器、多模光纖，第一親合器，第二親合器，所述激光器通過第一親合器與所述多模光纖的輸入端連接，所述多模光纖的輸出端與所述第二耦合器連接，所述低散斑多模光纖耦合激光器還包括一散斑消除震動(dòng)單元，所述散斑消除震動(dòng)單元與所述多模光纖緊密貼合并驅(qū)動(dòng)所述多模光纖震動(dòng)。
[0009]優(yōu)選地，所述震動(dòng)單元包括一微型振動(dòng)馬達(dá)，彈片，所述微型振動(dòng)馬
[0010]達(dá)設(shè)置于所述彈片的上方，并帶動(dòng)所述彈片上下運(yùn)動(dòng)。
[0011]優(yōu)選地，所述震動(dòng)單元的下方還設(shè)置有用于減震的減震片。
[0012]優(yōu)選地，所述減震片的下方還設(shè)置一底板。
[0013]優(yōu)選地，所述激光器與所述第一耦合器之間設(shè)置有光纖固定裝置。
[0014]本實(shí)用新型技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在:本實(shí)用新型提出了一種低散斑多模光纖耦合激光器，能夠有效的控制多模光纖耦合激光器的激光散斑，并且具有低成本、易組裝調(diào)節(jié)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的一種低散斑多模光纖耦合激光器的示意圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型的一種低散斑多模光纖耦合激光器的示意圖；
[0017]圖3是本實(shí)用新型的一種低散斑多模光纖耦合激光器實(shí)施前散斑示意圖；
[0018]圖4是本實(shí)用新型的一種低散斑多模光纖耦合激光器實(shí)施后散斑示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本實(shí)用新型的目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說(shuō)明進(jìn)行圖示和解釋。這些實(shí)施例僅是應(yīng)用本實(shí)用新型技術(shù)方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
[0020]如圖1所示，一種低散斑多模光纖耦合激光器，包括一激光器1、多模光纖2，第一耦合器3，第二耦合器4，所述激光器I通過所述第一耦合器(3)與所述多模光纖2的輸入端連接，通過所述第一耦合器3將激光耦合進(jìn)所述多模光纖2。所述激光器I與所述第一耦合器3之間設(shè)置有光纖固定裝置5，在本技術(shù)方案中，所述激光器I優(yōu)選為半導(dǎo)體激光器。所述多模光纖2的輸出端與所述第二耦合器4連接;所述低散斑多模光纖耦合激光器還包括一散斑消除震動(dòng)單元6，所述散斑消除震動(dòng)單元6與所述多模光纖2緊密貼合并驅(qū)動(dòng)所述多模光纖2震動(dòng)。
[0021]所述散斑消除震動(dòng)單元6包括一微型振動(dòng)馬達(dá)61，彈片62，所述微型振動(dòng)馬達(dá)61設(shè)置于所述彈片62的上方，并帶動(dòng)所述彈片62上下運(yùn)動(dòng)，在本實(shí)施例中，所述微型振動(dòng)馬達(dá)61和多模光纖2固定在所述彈片62上。所述彈片3可以是柔性材質(zhì)或硅膠材質(zhì)，例如:柔性塑料片、金屬片和震動(dòng)簧片等，在本實(shí)施例中，所述彈片3優(yōu)選為震動(dòng)簧片。
[0022]所述的震動(dòng)單元6與所述多模光纖2緊密貼合有多種形式，可以是所述多模光纖2穿過所述震動(dòng)簧片3，也可以是所述震動(dòng)簧片3包圍所述多模光纖2，即只要所述微型振動(dòng)馬達(dá)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)所述震動(dòng)簧片運(yùn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)所述多模光纖發(fā)生抖動(dòng)即可，在本實(shí)施例中優(yōu)選為所述多模光纖2穿過所述震動(dòng)簧片3。
[0023]如圖1所示，所述散斑消除震動(dòng)單元6的下方還設(shè)置有用于減震的減震片7，所述減震片7的下方還設(shè)置一底板8。當(dāng)所述微型振動(dòng)馬達(dá)61在工作時(shí)，設(shè)置在所述底板8和所述彈片62之間的減震片7具有較好的抗震、緩沖效果，且還可減少所述微型振動(dòng)馬達(dá)工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)噪音。
[0024]所述震動(dòng)簧片62在所述微型震動(dòng)馬達(dá)61的驅(qū)動(dòng)下在一定的幅度內(nèi)進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)；所述微型震動(dòng)馬達(dá)61啟動(dòng)后，該所述震動(dòng)簧片62的震動(dòng)為連續(xù)且不間斷地震動(dòng)，隨著所述震動(dòng)簧片62的受力彎曲變形，所述多模光纖2發(fā)生抖動(dòng)。如圖1所示，107是指震動(dòng)簧片的運(yùn)動(dòng)方向，在工作過程中，所述震動(dòng)簧片62的震動(dòng)區(qū)域只能在一個(gè)區(qū)域動(dòng)，即所述震動(dòng)簧片62與所述多模光纖2相接觸的區(qū)域;在本實(shí)施例中，對(duì)所述震動(dòng)簧片62的長(zhǎng)度、形狀均無(wú)特殊要求，只要在工作過程中能實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)即可。
[0025]如圖1所示，打開所述激光器，啟動(dòng)所述微型震動(dòng)馬達(dá)61，所述激光器I發(fā)出激光通過所述第一耦合器3耦合進(jìn)所述多模光纖2，耦合器是可使激光耦合到光纖中的一種器件，該多模光纖可傳輸多種模式的光;激光在所述多模光纖2里傳輸一段距離后，所述微型震動(dòng)馬達(dá)61驅(qū)動(dòng)所述震動(dòng)簧片62震動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)所述多模光纖2發(fā)生抖動(dòng);在該過程中，所述震動(dòng)簧片62有效的將所述微型震動(dòng)馬達(dá)61的震動(dòng)能轉(zhuǎn)化到所述多模光纖2的一個(gè)或多個(gè)瑋度的震動(dòng)，使得激光的低階模式和高階模式發(fā)生擾動(dòng)和相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成低相干的激光，低相干的激光通過耦合器4輸出。
[0026]在震動(dòng)過程中將震動(dòng)能充分疊加到所述多模光纖2的整體，而非所述多模光纖2的局部，震動(dòng)能充分疊加到多模光纖的整體不會(huì)損壞多模光纖，如果震動(dòng)能疊加到多模光纖的局部會(huì)損壞該多模光纖。
[0027]在所述激光器I與所述多模光纖2的輸入端設(shè)置有一光纖固定裝置5，整個(gè)多模光纖通過所述光纖固定裝置5固定到所述底板8上，該設(shè)置可保證整個(gè)震動(dòng)過程僅僅是限制在光纖上而非整個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)，保證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0028]當(dāng)相干光從粗糙表面反射或從含有散射物質(zhì)的介質(zhì)內(nèi)部后向散射或透射時(shí)，會(huì)形成不規(guī)則的強(qiáng)度分布，出現(xiàn)隨機(jī)分布的斑點(diǎn)。粗糙表面和介質(zhì)中散射子可以看作是由不規(guī)則分布的大量面元構(gòu)成，相干光照射時(shí)，不同的面元對(duì)入射相干光的反射或散射會(huì)引起不同的光程差，反射或散射的光波動(dòng)在空間相遇時(shí)會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。當(dāng)數(shù)目很多的面元不規(guī)則分布時(shí)，可以觀察到隨機(jī)分布的顆粒狀結(jié)構(gòu)的圖案，這就是光通過散射介質(zhì)和自由空間傳播時(shí)形成的散斑，即帶有顆粒狀結(jié)構(gòu)的斑點(diǎn)。
[0029]如圖3為一種低散斑多模光纖耦合激光器實(shí)施前激光散斑分布示意圖，從該圖3激光散斑分布圖中可以看出散斑圖像由明暗相間的單個(gè)散斑組成；圖4為一種低散斑多模光纖耦合激光器實(shí)施后消散斑的示意圖；對(duì)比附圖3和附圖4可以看出，激光散斑已經(jīng)消失，在附圖4的示意圖里看不到顆粒狀結(jié)構(gòu)的斑點(diǎn)了，通過該裝置能夠有效的控制所述多模光纖耦合激光器的激光散斑，且該裝置具有成本低、易組裝調(diào)節(jié)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
[0030]在實(shí)際應(yīng)用過程中，激光散斑圖的變化速度取決于監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)目標(biāo)移動(dòng)速度；目標(biāo)移動(dòng)速度越快，散斑圖變化越明顯。如果被測(cè)目標(biāo)靜止，激光散斑圖保持不變。如果被測(cè)物體發(fā)生移動(dòng)，例如組織中的紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，則激光散斑圖會(huì)隨之變化而發(fā)生波動(dòng)。
[0031]所述多模光纖與所述震動(dòng)簧片的接觸形式為:多模光纖小，震動(dòng)簧片長(zhǎng)，這樣的設(shè)置使得所述多模光纖與所述震動(dòng)簧片接觸面積大，所述震動(dòng)簧片可有效的將所述微型震動(dòng)馬達(dá)的震動(dòng)能轉(zhuǎn)化到所述多模光纖的一個(gè)或多個(gè)瑋度的震動(dòng)；另一種形式是如附圖1所述的這種接觸形式，所述多模光纖長(zhǎng)，所述震動(dòng)簧片小，該設(shè)置使得光纖抖動(dòng)的區(qū)域集中在所述微型振動(dòng)馬達(dá)和所述震動(dòng)簧片的兩側(cè)，這一區(qū)域類似波峰分布。
[0032]在實(shí)際使用過程中，各個(gè)部件的位置和排列關(guān)系不僅限于附圖1中的這種位置和排列關(guān)系，耦合器的位置可以相調(diào)換，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和彈片的位置關(guān)系不限于附圖中的這一種形式。之所以選用多模光纖不選用單模光纖的原因是因?yàn)槎嗄９饫w和單模光纖主要在于光的傳輸方式不同，當(dāng)然帶寬容量也不一樣。多模光纖直徑較大，不同波長(zhǎng)和相位的光束沿光纖壁不停地反射著向前傳輸，造成色散，限制了兩個(gè)中繼器之間的傳輸距離和帶寬，多模光纖的帶寬約為2.5Gbps。而單模光纖只能傳輸單模信號(hào)，多模光纖可以傳輸多模信號(hào)，多模光纖即能夠傳播多種模式電磁波(光波)的光纖，即多模光纖可傳多種模式(頻率)的光，多模光纖纖芯較大，一般為50um，數(shù)值孔徑為0.2左右；多模光纖適用于小容量，短距離的系統(tǒng)。
[0033]實(shí)施例2:所述多模光纖設(shè)置在類似于硅膠類的材質(zhì)里，所述微型振動(dòng)馬達(dá)設(shè)置在所述硅膠材質(zhì)上，當(dāng)所述微型震動(dòng)馬達(dá)開始工作時(shí)，所述硅膠在所述微型振動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生震動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)所述多模光纖發(fā)生抖動(dòng)。
[0034]所述硅膠有效的將微型振動(dòng)馬達(dá)的震動(dòng)能轉(zhuǎn)化到多模光纖的一個(gè)主要瑋度的震動(dòng)，在該過程中通過多模光纖激光的低階模式和高階模式達(dá)到充分的擾動(dòng)和相互作用，從而改變激光本身在所述多模光纖中傳輸?shù)哪Ｊ椒植夹问健?br>[0035]所述震動(dòng)簧片有效的將所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的震動(dòng)能通過直接或通過彈片傳遞到所述多模光纖上，使所述多模光纖沿至少一個(gè)瑋度震動(dòng)，使得激光的低階模式和高階模式達(dá)到充分的擾動(dòng)和相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成低相干的激光，從而改變激光本身在所述多模光纖中傳輸?shù)哪Ｊ椒植夹问?，低相干的激光通過親合器輸出，獲得理想的激光光束。
[0036]沒有微型震動(dòng)馬達(dá)的震動(dòng)能轉(zhuǎn)化到多模光纖的一個(gè)主要瑋度的震動(dòng)的情況下低階模式和高階模式有穩(wěn)定的模式分布;但是當(dāng)多模光纖中添加一個(gè)瑋度的變量時(shí)候，高階模式和低階模式會(huì)相互擾動(dòng)轉(zhuǎn)化，在擾動(dòng)和相互轉(zhuǎn)化過程中降低了模式本身以及模式與模式之間相位的穩(wěn)定性，從而降低了模式本身以及模式與模式之間的光束的相干性，結(jié)果使得模式本身以及模式與模式之間因?yàn)楦缮?或者廣義上的干涉)而形成的激光散斑的程度。
[0037]本實(shí)用新型提出了一種低散斑多模光纖耦合激光器，該裝置能夠有效的控制多模光纖耦合激光器的激光散斑，并且具有低成本、易組裝調(diào)節(jié)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
[0038]以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低散斑多模光纖親合激光器，包括一激光器(I)、多模光纖(2)，第一親合器(3)，第二耦合器(4)，所述激光器(I)通過第一耦合器(3)與所述多模光纖(2)的輸入端連接，所述多模光纖(2)的輸出端與所述第二耦合器(4)連接，其特征在于:所述低散斑多模光纖耦合激光器還包括一散斑消除震動(dòng)單元(6)，所述散斑消除震動(dòng)單元(6)與所述多模光纖(2)緊密貼合并驅(qū)動(dòng)所述多模光纖(2)震動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低散斑多模光纖耦合激光器，其特征在于:所述震動(dòng)單元(6)包括一微型振動(dòng)馬達(dá)(61)，彈片(62)，所述微型振動(dòng)馬達(dá)(61)設(shè)置于所述彈片(62)的上方，并帶動(dòng)所述彈片(62)上下運(yùn)動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低散斑多模光纖耦合激光器，其特征在于:所述震動(dòng)單元(6)的下方還設(shè)置有用于減震的減震片(7)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低散斑多模光纖耦合激光器，其特征在于:所述減震片(7)的下方還設(shè)置一底板(8)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低散斑多模光纖耦合激光器，其特征在于:所述激光器(I)與所述第一耦合器(3)之間設(shè)置有光纖固定裝置(5)。
【文檔編號(hào)】G02B27/48GK205643891SQ201620309053
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月14日
【發(fā)明人】賀虎成, 劉開, 羅寧, 羅寧一
【申請(qǐng)人】維林光電(蘇州)有限公司