CN103293694A

CN103293694A - 一种多个半导体激光器合束系统

Info

Publication number: CN103293694A
Application number: CN2013101415229A
Authority: CN
Inventors: 张志研; 王宝华; 陈凯; 牛奔; 林学春; 曲研; 南景洋
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明公开了一种多个半导体激光器合束系统，包括：第一组半导体激光器，其用于发出第一组原始基础光源；第二组半导体激光器，其用于发出第二组原始基础光源；第一组双侧基片反射镜组，用于反射所述第一组原始基础光源和第二组原始基础光源，以产生第一组反射光；第三组半导体激光器，其用于发出第三组原始基础光源；第四组半导体激光器，其用于发出第四组原始基础光源；第二组双侧基片反射镜组，用于反射所述第二组原始基础光源，以产生第二组反射光；至少一个偏振分束器，其位于第一组反射光光路及第二组反射光光路的相交位置处，用于使第一组反射光垂直通过和使第二组反射光折射90°后通过。

Description

一种多个半导体激光器合束系统

技术领域

本发明涉及半导体激光器领域，尤其涉及一种多个半导体激光器合束系统。

背景技术

采用多个低功率半导体进行光束复合产生高功率激光是一种常用的提高激光功率的方法。常见的非相干多光束复合技术还包括：空间复合、波长复合和偏振复合等技术。其中非相干多光束复合技术在保证多束光束质量不变的前提下，将多束光束合为一束，这样可以保证在提高功率的前提下，光束质量不变。

已公开的中国发明专利CN102590962A介绍一种将多个单元半导体激光器与光纤耦合的系统，第一问题在于，其中第一组基片反射镜光路上增加一45°反射镜，带来不稳定因素，影响整体激光器的稳定性。第二问题在于，其中基片反射镜组件只能单侧反射，多个单元半导体位于基片反射镜一侧，所以随着单元半导体数量增加，整体激光器的体积变得很大，而且位于基片反射镜另一侧的空间不能够得到很好地利用。第三问题在于，其中每个单元半导体到光纤前端耦合用透镜距离不等，造成光纤前端耦合用透镜处光斑大小不同，总体光斑分布不均匀，影响光纤耦合。

发明内容

有鉴于此，本发明主要采用将多个低功率半导体激光合束产生高功率半导体激光，再通过光纤耦合输出，主要用于制作大功率半导体激光器的领域。

本发明公开了一种多个半导体激光器合束系统，包括：

第一组半导体激光器，其用于发出第一组原始基础光源；

第二组半导体激光器，其用于发出第二组原始基础光源；

第一组双侧基片反射镜组，其位于所述第一组半导体激光器和第二组半导体激光器之间，用于反射所述第一组原始基础光源和第二组原始基础光源，以产生第一组反射光；

第三组半导体激光器，其用于发出第三组原始基础光源；

第四组半导体激光器，其用于发出第四组原始基础光源；

第二组双侧基片反射镜组，其位于所述第三组半导体激光器和第四组半导体激光器之间，且用于反射所述第二组原始基础光源，以产生第二组反射光；

至少一个偏振分束器，其位于第一组反射光光路及第二组反射光光路的相交位置处，用于使第一组反射光垂直通过和使第二组反射光折射90°后通过。

通过本发明制作大功率半导体激光器，其中45°反射镜通过多个单个基片制作成双侧基片反射镜组，单个基片间相互贴紧定位并粘结在一起，这样可以提高45°反射镜的安装精度，无需再次调节，减少调节件的数量，从而提高激光器的稳定性。相比于现有技术而言，本发明中采用45°基片反射镜对称双侧安装，可以使各个低功率半导体激光器均匀分布于45°基片反射镜两侧，相同空间内可以布置更多的低功率半导体激光器，节省整机空间。另外，本发明中还通过采用光程相等的方案，即每个低功率半导体激光器发出的激光到聚焦透镜的光程相等，这样可以提高聚焦透镜处的光斑均匀性，便于后续光纤耦合，提高光纤耦合效率，保证整机的长期稳定运行。

附图说明

图1是本发明中多个半导体激光器合束系统结构示意图；

图2是本发明中第一组和第二组双侧基片反射镜组结构示意图；

图3是本发明中另一种双侧基片反射镜组结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1示出了本发明提出的多个半导体激光器合束系统结构示意图。如图1所示，该系统1包括：

第一组半导体激光器10，其至少包括一个半导体激光器，用于产生第一组原始基础光源；

第一组微型准直透镜11，其位于第一组半导体激光器10的出光光路上，且与所述半导体激光器10一一对应，其用于使半导体激光器10发出的发散原始基础光源整形成为不发散的平行光源，即用于准直所述第一组原始基础光源；

第二组半导体激光器20，其至少包括一个半导体激光器，其数目与所述第一组半导体激光器10中的半导体激光器数目相同或不同，其用于产生第二组原始基础光源；其中，所述第一组半导体激光器10与所述第二组半导体激光器20分布于第一组双侧基片反射镜组50两侧，且所述第一组原始基础光源和第二组原始基础光源光路重合，但方向相反。

第二组微型准直透镜21，其位于第二组半导体激光器20的出光光路上，且与所述半导体激光器20一一对应，其用于使半导体激光器20发出的发散原始基础光源整形成为不发散的平行光源，即用于准直所述第二组原始基础光源；

第一组双侧基片反射镜组50，其位于第一组半导体激光器10及第二组半导体激光器20的光路上，第一组半导体激光器10及第二组半导体激光器20布置于第一组双侧基片反射镜组50两侧；所述第一组双侧基片反射镜组50的反射镜数目为所述第一组半导体激光器10和第二组半导体激光器20之和，其用于将第一组半导体激光器10及第二组半导体激光器20发出的光源同时反射到同一方向，形成第一组反射光；其中，第一组反射光与所述第一、第二组原始基础光源光路垂直；

第三组半导体激光器30，其至少包括一个半导体激光器，其数目与所述第一组半导体激光器10和第一组半导体激光器20中的半导体激光器数目可以相同也可以不同，用于产生第三组原始基础光源；

第三组微型准直透镜31，其位于第三组半导体激光器30的出光光路上，且与所述半导体激光器30一一对应，其用于使半导体激光器30发出的发散原始基础光源整形成为不发散的平行光源，即用于准直所述第三组原始基础光源；

第四组半导体激光器40，其至少包括一个半导体激光器，其数目与所述第一组半导体激光器30中的半导体激光器数目相同或不同，其用于产生第四组原始基础光源；其中，所述第三组半导体激光器30和第四组半导体激光器40分布于所述第二组双侧基片反射镜组60两侧，且所述第三组原始基础光源和第四组原始基础光源光路重合，但方向相反；且所述第一、第二组原始基础光源的光路与所述第三、第四组原始基础光源的光路不同；

第四组微型准直透镜41，其位于第四组半导体激光器40的出光光路上，且与所述半导体激光器40一一对应，其用于使半导体激光器40发出的发散原始基础光源整形成为不发散的平行光源，即用于准直所述第三组原始基础光源；

第二组双侧基片反射镜组60，其位于第三组半导体激光器30及第四组半导体激光器40的光路上，第三组半导体激光器30及第四组半导体激光器40布置于第二组双侧基片反射镜组60两侧；所述第二组双侧基片反射镜组60的反射镜数目为所述第三组半导体激光器30和第四组半导体激光器40之和，其用于将第三组半导体激光器30及第四组半导体激光器40发出的激光光源同时反射到同一方向，形成第二组反射光；且所述第二组反射光与所述第三、第四组原始基础光源光路垂直；其中，第一组反射光和第二组反射光光路相交且垂直；

至少一个λ/2玻片2，其位于第一组双侧基片反射镜50反射后的光路上，用于使第一组半导体激光器10及第二组半导体激光器20发出的激光产生偏转，与偏振分束器3共同起偏振耦合作用，耦合同一平面内来自相互垂直的两个方向的的激光为一束激光，来提高激光功率。

至少一个偏振分束器3，其位于通过λ/2玻片2后光路及第二组基片反射镜60反射后光路的相交位置，用于使第一组反射光垂直通过和使第二组反射光折射90°后通过；

至少一个聚焦透镜4和光纤5，其依次位于偏振分束器3后，所述至少一个聚焦透镜4用于将通过所述偏振分束器3的激光聚焦为一点，所述光纤5用于将所述至少一个聚焦透镜4汇聚成一点的激光远距离、柔性传输。

在第一组半导体激光器10中，每个半导体激光器到聚焦透镜4的光程L1+L5+L7相等，而且越短越好；其中在第二组半导体激光器20中，每个半导体激光器到聚焦透镜4的光程L2+L5+L7相等，而且越短越好；其中在第三组半导体激光器30中，每个半导体激光器到聚焦透镜4的光程L3+L6+L7相等，而且越短越好；其中在第四组半导体激光器40中，每个半导体激光器到聚焦透镜4的光程L4+L6+L7相等，而且越短越好；其中，L1为半导体激光器10到第一组双侧基片反射镜50之间的光程距离；L2为半导体激光器20到第一组双侧基片反射镜50之间的光程距离；L3为半导体激光器30到第二组双侧基片反射镜60之间的光程距离；L4为半导体激光器40到第二组双侧基片反射镜60之间的光程距离；L5为第一组双侧基片反射镜50到偏振分束器3所示斜面之间的光程距离；L6为第二组双侧基片反射镜60到偏振分束器3斜面之间的光程距离；L7为偏振分束器3斜面到聚焦透镜4之间的光程距离。

所述四组半导体激光器到聚焦透镜4的光程也相等，即L1+L5+L7＝L2+L5+L7＝L3+L6+L7＝L4+L6+L7。

图2示出了本发明中双侧基片反射镜组的结构示意图。如图2所示，所述双侧基片反射镜组由两组单侧基片反射镜片组对称放置形成，而单侧基片反射镜组由多片反射基片等间距错开放置而成，所述反射基片由玻璃在45°方向切割，抛光后镀45°高反膜而成。所述双侧基片反射镜组50、60的两侧均可以用于反射半导体激光器发出的激光。

图3示出了本发明中双侧基片反射镜组的另一结构示意图。如图3所示，与图2相比，增加了双侧基片反射镜组中45°基片反射镜数量，这样双侧基片反射镜组可以反射更多的半导体激光器光源，制作更高功率的半导体激光器。所述双侧基片反射镜组中的反射基片数量与对应的所述半导体激光器数量相等，其数量可以根据半导体激光器数量增加或减少，优点为：采用双侧基片反射镜组，可以在相同的空间，布置更多的半导体激光器，节省空间，使所述多个半导体激光器合束系统1的整体体积变小很多，而且结构也变得很紧凑。

本发明相对于现有技术优点在于减少了第一组基片反射镜光路上的45°反射镜，减少不稳定因素，提高整体激光器的稳定性。现有技术中基片反射镜组件只能单侧反射，多个单元半导体位于基片反射镜一侧，所以随着单元半导体数量增加，整体激光器的体积变得很大，而且位于基片反射镜另一侧的空间不能够得到很好地利用，而本发明中通过采用双侧基片反射镜50、60，可以使多个单元半导体分布于双侧基片反射镜50、60两侧，充分利用整机空间，减小整机体积。本发明采用每个单元半导体到光纤前端耦合用透镜4距离相等的技术，使光纤5前端耦合用透镜4处光斑大小相等，总体光斑分布均匀，便于后续光纤耦合，提高光纤耦合效率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多个半导体激光器合束系统，包括：

第一组半导体激光器，其用于发出第一组原始基础光源；

第二组半导体激光器，其用于发出第二组原始基础光源；

第三组半导体激光器，其用于发出第三组原始基础光源；

第四组半导体激光器，其用于发出第四组原始基础光源；

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一组原始基础光和第二组原始基础光光路重合，方向相反；所述第三组原始基础光与所述第四组原始基础光光路重合，方向相反。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一组反射光和第二组反射光光路相交且垂直。

4.如权利要求1任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括多组微型准直透镜，其分别位于每组半导体激光器的光路上，用于准直每组半导体激光器发出的原始基础光源。

5.如权利要求1任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括至少一个λ/2玻片，其位于第一组反射光光路上，用于使第一组半导体激光器及第二组半导体激光器发出的激光产生偏转。

6.如权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于，所述第一、第二双侧基片反射镜组由多片反射基片等间距错开且两侧对称放置而成，所述反射基片由玻璃在45°方向切割，抛光后镀45°高反膜而成。

7.如权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括至少一个聚焦透镜和光纤，所述聚焦透镜位于所述偏振分束器后，用于将汇聚光聚焦为一点，所述光纤位于所述聚焦透镜后，用于传输被所述聚焦透镜聚焦为一点的激光。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，每一组半导体激光器中，每个半导体激光器到聚焦透镜的光程相等，且每一组半导体激光器之间，每个半导体激光器到聚焦透镜的光程相等。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述每个半导体激光器到聚焦透镜的光程由每个半导体激光器到所述基片反射镜组的距离、所述基片反射镜到所述偏振分束器斜面的距离和所述偏振分束器斜面到聚焦透镜的距离组成。

10.如权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于，所述每组半导体激光器中的每个半导体激光器的数目与其对应的所述基片反射镜组中的反射基片数目相等。