量子级联激光器合束光束的质量优化装置的制作方法

1.本技术涉及激光技术技术领域，尤其涉及一种量子级联激光器合束光束的质量优化装置。


背景技术：

2.量子级联激光器具有效率高、体积小、功耗低、波长可大范围选取的特点,已经被广泛应用于定向红外对抗系统、自由空间光通信和痕量气体传感等领域。利用量子级联激光器(qcl)产生中红外波段(3～5μm)激光并实现光纤输出是目前的研究热点。现有技术中，采用合束的方式以提高量子级联激光器的输出功率，激光在合束的过程中经聚焦透镜以耦合进光纤。
3.激光在透镜聚焦、光纤耦合及合束器合束的过程中由于聚焦透镜自身面型及材料的原因，会改变激光的传播模式，即在传输的激光中引入高阶模式；同时为了提升耦合效率，合束光纤一般为多模光纤，光纤纤芯直径对光束质量会产生恶化影响，进而再次劣化输出激光的光束质量。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种量子级联激光器合束光束的质量优化装置，该量子级联激光器合束光束的质量优化装置使得激光通过合束件后再经过激光高阶模滤除系统，从而提高了输出激光的光束质量。
5.为此，本技术实施例提供了一种量子级联激光器合束光束的质量优化装置，包括依次设置的n路量子级联激光器、n个非球面准直镜、光学元件组件、合束件、激光高阶模滤波系统以及激光输出头；其中，n为整数，n≥2。
6.在一种可能的实现方式中，所述光学元件组件包括n个反射镜和n个聚焦透镜，其中，n为整数，n≥2，所述合束件为合束光纤，所述反射镜朝向非球面准直镜，所述聚焦透镜朝向合束光纤，所述所述合束光纤为中红外氟化物光纤，其纤芯直径为95μm
±
5μm，包层直径为123μm
±
5μm，数值孔径na＝0.22。
7.在一种可能的实现方式中，所述光学元件组件包括n个聚焦透镜，其中，n为整数，n≥2，所述合束件为合束器，所述合束器使用的光纤为中红外氟化物光纤，其纤芯直径为95μm
±
5μm，包层直径为123μm
±
5μm，数值孔径na＝0.22。
8.在一种可能的实现方式中，所述激光高阶模滤波系统包括变径中红外氟化物光纤，所述变径中红外氟化物光纤的锥区长度为20mm，所述变径中红外氟化物光纤的锥区最小纤芯直径为60～70μm，所述锥区最小包层直径为77.7～90.6μm，所述锥区最小直径处可以为锥区的中部、距离锥区左侧边缘5mm处或距离锥区右侧边缘5mm处。
9.在一种可能的实现方式中，所述锥区及所述锥区右侧3mm、8mm处设置有环状毛化区。
10.在一种可能的实现方式中，所述环装毛化区的直径为100～110μm，轴向长度为5～
10mm。
11.根据本技术实施例提供的量子级联激光器合束光束的质量优化装置，包括依次设置的n路量子级联激光器、n个非球面准直镜、光学元件组件、合束件、激光高阶模滤波系统以及激光输出头；其中，n为整数，n≥2。激光通过量子级联激光器合束光束的质量优化装置后，提高了输出激光的光束质量。
附图说明
12.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。另外，在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，且附图并未按照实际的比例绘制。
13.图1示出本技术实施例提供的一种空间合束的量子级联激光器的光束优化装置的结构示意图；
14.图2示出本技术实施例提供的一种合束器合束的量子级联激光器的光束优化装置的结构示意图；
15.图3示出本技术实施例提供的一种激光高阶模滤波系统的结构示意图；
16.图4示出本技术实施例提供的一种光路示意图的光路示意图。
17.附图标记说明：1、量子级联激光器；2、非球面准直镜；3、光学元件组件；31、反射镜；32、聚焦透镜；4、合束件；5、激光高阶模滤波系统；51、锥区；52、毛化区；6、激光输出头。
具体实施方式
18.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
19.图1示出本技术实施例提供的一种空间合束的量子级联激光器的光束优化装置的结构示意图，图2示出本技术实施例提供的一种合束器合束的量子级联激光器的光束优化装置的结构示意图，图3示出本技术实施例提供的一种激光高阶模滤波系统的结构示意图，图4示出本技术实施例提供的一种光路示意图的光路示意图。
20.如图1至图4所示，本技术实施例提供一种量子级联激光器合束光束的质量优化装置，包括依次设置的n路量子级联激光器1、n个非球面准直镜2、光学元件组件3、合束件4、激光高阶模滤波系统5以及激光输出头6；其中，n为整数，n≥2。
21.需要理解的是，量子级联激光器合束光束的质量优化装置的工作流程为：通过n路量子级联激光器1发出激光，n路量子级联激光器1中，每一路激光经n个非球面准直镜2的准直整形后，输出激光的模式为近单模。每一路准直激光经光学元件组件3实现空间合束，进入合束件4进行合束。当n路量子级联激光器1所发出的激光被合束后，光束质量有所劣化。可通过激光高阶模滤波系统5滤除由于光学元件组件3引入的高阶模式激光，以提高输出激光的光束质量，最后从激光输出头6输出。
22.其中，n≥2，n可以取2、3或4等数量，在一个示例中，n为3。
23.在一些可选的实施例中，光学元件组件3包括n个反射镜31和n个聚焦透镜32，其中，n为整数，n≥2，合束件4为合束光纤，反射镜31朝向非球面准直镜2，聚焦透镜32朝向合束光纤，合束光纤为中红外氟化物光纤，其纤芯直径为95μm
±
5μm，包层直径为123μm
±
5μm，数值孔径na＝0.22。
24.当光学元件组件3包括n个反射镜31和n个聚焦透镜32，合束件4为合束光纤时，量子级联激光器1合束采用空间合束，其中反射镜31为微型反射镜。反射镜31朝向非球面准直镜2，即量子级联激光器1发出的激光先进入非球面准直镜2，聚焦透镜32朝向合束光纤，经过非球面准直镜2的激光再进入合束光纤，合束光纤为中红外氟化物光纤。
25.在一个示例中，量子级联激光器合束光束的质量优化装置的工作流程为：n路量子级联激光器1发出激光中，每一路激光经n个非球面准直镜2的准直整形后，输出激光的模式为近单模，每一路准直激光先经过n个微型的反射镜31进行空间合束，然后经过合束的激光进入n个聚焦透镜32进行聚焦进入同一中红外氟化物光纤进行合束。当n路量子级联激光器1所发出的激光被合束后，光束质量有所劣化。可通过激光高阶模滤波系统5滤除由于n个聚焦透镜32引入的高阶模式激光，以提高输出激光的光束质量，最后从激光输出头6输出。
26.在一些可选的实施例中，光学元件组件3包括n个聚焦透镜32，其中，n为整数，n≥2，合束件4为合束器，合束器使用的光纤为中红外氟化物光纤，其纤芯直径为95μm
±
5μm，包层直径为123μm
±
5μm，数值孔径na＝0.22。
27.当光学元件组件3包括n个聚焦透镜32，合束件4为合束器时，量子级联激光器1合束采用光纤合束器。合束件4为合束器，合束器使用的光纤为中红外氟化物光纤。
28.在一个示例中，量子级联激光器合束光束的质量优化装置的工作流程为：n路量子级联激光器1发出激光中，每一路激光经n个非球面准直镜2的准直整形后，光束准直为平行光，每一路准直激光再进入n个聚焦透镜32进行聚焦进入同一中红外氟化物光纤进行合束。当n路量子级联激光器1所发出的激光被合束后，光束质量有所劣化。可通过激光高阶模滤波系统5滤除由于n个聚焦透镜32引入的高阶模式激光，以提高输出激光的光束质量，最后从激光输出头6输出。
29.在一些可选的实施例中，激光高阶模滤波系统5包括变径中红外氟化物光纤，变径中红外氟化物光纤的锥区51长度为20mm，变径中红外氟化物光纤的锥区最小纤芯直径为60～70μm，锥区51最小包层直径为77.7～90.6μm，锥区最小直径处可以为锥区的中部、距离锥区左侧边缘5mm处或距离锥区右侧边缘5mm处。
30.在一些可选的实施例中，锥区51及锥区51右侧3mm、8mm处设置有环状毛化区52。
31.其中，毛化区52的制作流程为：采用毛玻璃粉、hf酸的混合溶液对光纤包层指定区域进行腐蚀，腐蚀过程中毛玻璃粉会附着在光纤包层的外侧，进而使包层外侧呈凹凸不平的形状，使包层不满足全反射条件，进而实现包层光滤除的目的。
32.在一些可选的实施例中，环装毛化区52的直径为100～110μm，轴向长度为5～10mm。
33.应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定
特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。
34.应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在
……
上”、“在
……
以上”和“在
……
之上”，以使得“在
……
上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在
……
以上”或者“在
……
之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即，直接处于某物上)的含义。
35.此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向(旋转90度或者处于其他取向上)，并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。
36.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
37.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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技术各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种量子级联激光器合束光束的质量优化装置，其特征在于，包括依次设置的n路量子级联激光器、n个非球面准直镜、光学元件组件、合束件、激光高阶模滤波系统以及激光输出头；其中，n为整数，n≥2。2.根据权利要求1所述的量子级联激光器合束光束的质量优化装置，其特征在于，所述光学元件组件包括n个反射镜和n个聚焦透镜，其中，n为整数，n≥2，所述合束件为合束光纤，所述反射镜朝向非球面准直镜，所述聚焦透镜朝向合束光纤，所述所述合束光纤为中红外氟化物光纤，其纤芯直径为95μm
±
5μm，包层直径为123μm
±
5μm，数值孔径na＝0.22。3.根据权利要求1所述的量子级联激光器合束光束的质量优化装置，其特征在于，所述光学元件组件包括n个聚焦透镜，其中，n为整数，n≥2，所述合束件为合束器，所述合束器使用的光纤为中红外氟化物光纤，其纤芯直径为95μm
±
5μm，包层直径为123μm
±
5μm，数值孔径na＝0.22。4.根据权利要求1所述的量子级联激光器合束光束的质量优化装置，其特征在于，所述激光高阶模滤波系统包括变径中红外氟化物光纤，所述变径中红外氟化物光纤的锥区长度为20mm，所述变径中红外氟化物光纤的锥区最小纤芯直径为60～70μm，所述锥区最小包层直径为77.7～90.6μm，所述锥区最小直径处可以为锥区的中部、距离锥区左侧边缘5mm处或距离锥区右侧边缘5mm处。5.根据权利要求4所述的量子级联激光器合束光束的质量优化装置，其特征在于，所述锥区及所述锥区右侧3mm、8mm处设置有环状毛化区。6.根据权利要求5所述的量子级联激光器合束光束的质量优化装置，其特征在于，所述环装毛化区的直径为100～110μm，轴向长度为5～10mm。

技术总结
本申请涉及一种量子级联激光器合束光束的质量优化装置，包括依次设置的N路量子级联激光器、N个非球面准直镜、光学元件组件、合束件、激光高阶模滤波系统以及激光输出头；其中，N为整数，N≥2。激光通过量子级联激光器合束光束的质量优化装置后，提高了输出激光的光束质量。量。量。


技术研发人员：李宝 魏磊 吴军勇 陈国 韩隆 许廷金 谢桂娟 方聪 王玉芳 王思博
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十一研究所
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/12