CN103401136B - 一种大功率半导体激光器耦合的光纤固定装置 - Google Patents
一种大功率半导体激光器耦合的光纤固定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103401136B CN103401136B CN201310322502.1A CN201310322502A CN103401136B CN 103401136 B CN103401136 B CN 103401136B CN 201310322502 A CN201310322502 A CN 201310322502A CN 103401136 B CN103401136 B CN 103401136B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- base
- mirror
- light beam
- collimating lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
本发明涉及一种大功率半导体激光器耦合的光纤固定装置,大功率半导体激光器的所有衬底、快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC、反射镜分别固定在底座的不同台阶上,每个激光二极管固定在一个衬底上,多个激光二极管产生多个高低不同光束,经过各自快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC后产生高低不同平行光束;经过各自反射镜反射后到达准直透镜,多个高低不同平行光束经过准直透镜后聚焦在光纤上;在底座上光纤固定位置处设计一个凸台,且凸台和底座为一体,并在凸台上表面沿着准直透镜聚焦后的平行光束的方向设计一个V形槽,将光纤放置于V形槽内并用玻璃焊料填充及固定,这种光纤固定方式将包层中的光剥离,避免烧坏光纤。玻璃焊料上的热量通过底座迅速散出去。
Description
技术领域
本发明涉及一种大功率半导体激光器光纤耦合的光纤固定装置,该装置具有光纤散热效果好、可靠性高的特点,属于半导体激光器技术领域。
背景技术
半导体激光器由于具有体积小、重量轻、效率高等众多优点,广泛应用于工业、军事、医疗、通讯等众多领域。由于自身量子阱波导结构的限制,半导体激光器的输出光束质量与CO2激光器、固体YAG激光器等传统激光器相比较差,阻碍了其应用领域的拓展。近几年,随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术的发展,特别是在直接半导体激光工业加工应用以及大功率光纤激光器泵浦源的需求推动了具有大功率,高光束质量的半导体激光器飞速发展。
在我国,使用单管半导体激光器件直接耦合进入光纤获得激光输出的技术已经成熟,目前国内几家公司使用单管的出纤功率和国外水平基本相当。然而,随着半导体激光器应用范围的增加,单芯片的半导体激光器的功率远远不能满足多样化的需求。多个芯片激光的合束是必然的,这将使半导体激光器的功率成倍的提升。目前,多个芯片的激光合束最直接的是空间合束。由于快轴方向光束质量好,可以整形成宽度只有200μm-300μm的光斑,因此可以将芯片组装在不同的高度进行合束。
多管半导体激光器合束的光最终耦合进入光纤中,目前,大多数多管半导体激光器装置采用将准直透镜和光纤点胶固定在一个刚性金属套筒中,然后将金属套筒焊接在底座的方式来固定光纤,这种方法简单,易实现,但是,大功率的光进入光纤后,小部分光进入光纤包层,在包层内产生热量,传统光纤固定方法缺乏有效散热通道,散热效果较差,导致光纤固定金属套筒和光纤点胶位置的温度升高,以至胶水老化和高温产生的应力,烧坏光纤,从而导致整个半导体激光器的失效。
发明内容
本发明的目的为了克服上述现有技术存在的问题,而提供一种大功率半导体激光器耦合的光纤固定装置,本发明将多个激光二极管发出的光通过光学元件耦合到一根光纤后,将光纤上的热量有效的散发出去,实现高功率,高可靠性的大功率半导体激光器。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种大功率半导体激光器耦合的光纤固定装置,大功率半导体激光器包括多个管激光二极管、多个快轴准直镜FAC、多个慢轴准直镜SAC、多个反射镜、准直透镜、光纤、底座、衬底、玻璃焊料;多个衬底、多个快轴准直镜FAC、多个慢轴准直镜SAC、多个反射镜分别固定在底座的不同台阶上,每个激光二极管固定在一个衬底上,多个激光二极管产生多个高低不同的光束,经过各自的快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC后产生高低不同的平行光束;经过各自反射镜的反射后到达共同的准直透镜,多个高低不同的平行光束经过共同的准直透镜后聚焦在光纤上;
其特征在于:在底座上光纤固定位置处设计一个凸台,且凸台和底座为一体,并在凸台上表面沿着准直透镜聚焦后的平行光束的方向设计一个V形槽,将光纤放置于V形槽内并用玻璃焊料填充及固定。
所述的底座是由热导率高的材料制作而成,其他元件都在底座上,元件热扩散均衡。可以将底座固定在制冷装置上(水冷、气冷)。
所述的玻璃焊料材料的折射率比光纤包层的折射率大,大功率的光进入光纤后,少部分光从包层漏出,漏出的光能进入玻璃焊料中,有效剥离了包层光并能将包层光吸收产生的热量通过底座迅速散发出去。
本发明对比已有技术具有以下有益效果:
本发明提出了一种新型的光纤固定装置,使得大功率激光进入光纤后,光纤上的包层光被有效剥离,包层光吸收产生的热量能迅速散发出去,保护了光纤和其他器件。有助于实现高功率,高可靠性的半导体激光器。
附图说明
图1为本发明应用在多管半导体激光器装置的结构示意图;
图2为本发明光纤固定装置示意图;
标号说明:
1.1-1.3分别为-激光器二极管,2.1-2.3分别为快轴准直透镜FAC,3.1-3.3分别为慢轴准直透镜SAC,4.1-4.3分别为反射镜,5-准直透镜,6-光纤,7-底座,8.1-8.3分别为衬底,9-玻璃焊料。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示,一种大功率半导体激光器耦合的光纤固定装置,大功率半导体激光器包括三个管激光二极管(1.1-1.3)、三个快轴准直镜FAC(2.1-2.3)、三个慢轴准直镜SAC(3.1-3.3)、三个反射镜(4.1-4.3)、准直透镜5、光纤6、底座7、衬底(8.1-8.3)、玻璃焊料9;三个衬底(8.1-8.3)、三个快轴准直镜FAC(2.1-2.3)、三个慢轴准直镜SAC(3.1-3.3)、三个反射镜(4.1-4.3)分别固定在底座7的不同台阶上,每个激光二极管固定在一个衬底上,三个激光二极管产生三个高低不同的光束,经过各自的快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC后产生高低不同的平行光束;经过各自反射镜的反射后到达共同的准直透镜5,三个高低不同的平行光束经过共同的准直透镜5后聚焦在光纤6上;在底座7上光纤固定位置处设计一个凸台,且凸台和底座为一体,并在凸台上表面沿着准直透镜聚焦后的平行光束的方向(也就是X轴)设计一个V形槽,将光纤放置于V形槽内并用玻璃焊料9填充及固定;所述的底座是由热导率高的材料制作而成,其他元件都在底座上,元件热扩散均衡。可以将底座固定在制冷装置上(水冷、气冷)。所述的玻璃焊料材料的折射率比光纤包层的折射率大,大功率的光进入光纤后,少部分光从包层漏出,漏出的光能进入玻璃焊料中,有效剥离了包层光并能将包层光吸收产生的热量通过底座迅速散发出去。
三个激光器二极管(1.1-1.3)由于波导结构导致其远场光束严重不对称。Z轴方向的光轴为快轴,光在快轴的发散角较大;X轴方向的光轴为慢轴,光在慢轴的发散角较小。
其中衬底(8.1-8.3)是由导热效果好且绝缘效果好的材料制成,三个激光器二极管(1.1-1.3)分别安装在三个衬底(8.1-8.3)上,组成CoS(chip-on-submount)。
底座7是由较高导热率的材料制成,底座上的螺纹孔可以将整个装置固定在制冷设备上。平行于XY平面的底座7上表面上加工有多个台阶,台阶在X轴的宽度大于等于衬底的宽度,在Z轴的高度大于等于单个激光二极管经过快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC整形后的平行光束在Z轴上的宽度。衬底分散固定在底座7的台阶上,使得每个激光二极管发出的光沿着Y轴方向传播。
快轴准直镜FAC是一个柱透镜,在Z轴方向上对激光器二极管发出的光进行整形,整形后的光束在Z轴方向变为平行光。快轴准直镜FAC用胶固定在衬底上。
慢轴准直镜SAC也是一个柱透镜,在X轴方向上对经过快轴准直镜FAC准直后的光进行整形,整形后的光束在X轴方向变为平行光。慢轴准直镜SAC用胶固定在底座7上。
经过快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC准直后的平行光束在垂直于传播方向上光的横截面,光束为扁平状,光束在慢轴方向的长度较长,在慢轴方向的长度较短。
反射镜与X轴和Y轴的夹角都为45°光经过反射镜后方向改变了90°。光束经过反射镜之前沿着Y轴前进,经过反射镜后沿着X轴前进。
光经过反射镜的反射后多个光束在X、Y轴方向重叠在一起,在Z轴方向上高低不同,形成光束堆。多个平行光束形成的光束堆经过准直透镜5后,光聚焦在准直透镜5的焦点上。
光纤6的端面对准准直透镜5的焦点,且光纤端面垂直于光轴。
底座7在光纤6固定的位置加工有一个凸台,这个凸台的上表面沿着X轴加工有一个V形槽,V形槽的深度h和角度θ有下列关系:
其中,r为光纤半径,θ为V形槽的角度。凸台在Z轴方向的高度H和光纤中心线在Z轴方向的高度H’的关系如下式:
H=H’+r,r为光纤半径。
将光纤6放置在底座7上的V形槽后,使用激光将玻璃焊料9熔化,填充在V形槽中,冷却后光纤6、玻璃焊料9、底座7就紧紧的连接在一起。
玻璃焊料9的折射率比光纤包层的折射率大。这样漏出的光就会从包层导入到玻璃焊料9中,而不是滞留在包层中烧坏光纤。玻璃焊料产生的温度可以迅速散到底座7中,底座7有高导热率。将底座7固定在制冷装置上,可以保持相对恒定的温度,这样就提高了整个器件的寿命和可靠性。
Claims (1)
1.一种大功率半导体激光器耦合的光纤固定装置,大功率半导体激光器包括多个管激光二极管、多个快轴准直镜FAC、多个慢轴准直镜SAC、多个反射镜、准直透镜、光纤、底座、衬底、玻璃焊料;多个衬底、多个快轴准直镜FAC、多个慢轴准直镜SAC、多个反射镜分别固定在底座的不同台阶上,每个激光二极管固定在一个衬底上,多个激光二极管产生多个高低不同的光束,经过各自的快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC后产生高低不同的平行光束;经过各自反射镜的反射后到达共同的准直透镜,多个高低不同的平行光束经过共同的准直透镜后聚焦在光纤上;
其特征在于:在底座上光纤固定位置处设计一个凸台,且凸台和底座为一体,并在凸台上表面沿着准直透镜聚焦后的平行光束的方向设计一个V形槽,将光纤放置于V形槽内并用玻璃焊料填充及固定;所述的玻璃焊料的折射率比光纤包层的折射率大;所述V形槽的深度h和角度θ有下列关系:
,其中r为光纤半径,θ为V形槽的角度;
所述的底座是由热导率高的材料制作而成。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310322502.1A CN103401136B (zh) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | 一种大功率半导体激光器耦合的光纤固定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310322502.1A CN103401136B (zh) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | 一种大功率半导体激光器耦合的光纤固定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103401136A CN103401136A (zh) | 2013-11-20 |
CN103401136B true CN103401136B (zh) | 2016-09-14 |
Family
ID=49564709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310322502.1A Active CN103401136B (zh) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | 一种大功率半导体激光器耦合的光纤固定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103401136B (zh) |
Families Citing this family (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8891579B1 (en) | 2011-12-16 | 2014-11-18 | Nlight Photonics Corporation | Laser diode apparatus utilizing reflecting slow axis collimators |
US9705289B2 (en) | 2014-03-06 | 2017-07-11 | Nlight, Inc. | High brightness multijunction diode stacking |
US9720145B2 (en) | 2014-03-06 | 2017-08-01 | Nlight, Inc. | High brightness multijunction diode stacking |
CN104007558B (zh) * | 2014-05-07 | 2016-11-09 | 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司 | 一种半导体激光器偏振合束装置及耦合方法 |
CN104538845B (zh) * | 2014-12-30 | 2018-03-20 | 深圳市博锐浦科技有限公司 | 多单管半导体激光器光纤耦合封装器件 |
CN104767118A (zh) * | 2015-01-22 | 2015-07-08 | 北京凯普林光电科技有限公司 | 一种光纤耦合半导体激光器 |
US10761276B2 (en) | 2015-05-15 | 2020-09-01 | Nlight, Inc. | Passively aligned crossed-cylinder objective assembly |
CN104836113A (zh) * | 2015-05-18 | 2015-08-12 | 浙江合波光学科技有限公司 | 一种多单管大功率光纤耦合半导体激光器 |
CN105322435A (zh) * | 2015-11-17 | 2016-02-10 | 山东圣达激光科技有限公司 | 一种双端光纤耦合输出的半导体激光器及激光系统 |
CN105552711B (zh) * | 2016-01-29 | 2018-10-26 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 采用热管散热系统散热的小体积大功率半导体激光器 |
CN108885349A (zh) | 2016-02-16 | 2018-11-23 | 恩耐公司 | 用于提高封装亮度的无源对准的单组件望远镜 |
WO2017161334A1 (en) | 2016-03-18 | 2017-09-21 | Nlight, Inc. | Spectrally multiplexing diode pump modules to improve brightness |
CN108376905A (zh) * | 2016-12-20 | 2018-08-07 | 中国航空制造技术研究院 | 近高斯分布半导体侧面泵浦板条激光器 |
EP3560048B1 (en) | 2016-12-23 | 2023-08-09 | NLIGHT, Inc. | Low cost optical pump laser package |
WO2018200587A1 (en) | 2017-04-24 | 2018-11-01 | Nlight, Inc. | Low swap two-phase cooled diode laser package |
CN107121782A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-09-01 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种紧凑型多波长光组件及其使用方法 |
EP3750218A4 (en) | 2018-02-06 | 2021-11-03 | Nlight, Inc. | DIODE LASER DEVICE WITH FAC LENS BEAM STEERING OUTSIDE THE PLANE |
CN109586162B (zh) * | 2018-07-04 | 2020-05-05 | 深圳朗光科技有限公司 | 多单管大功率半导体激光器光纤耦合封装结构及激光器 |
CN109449743A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-08 | 无锡市大华激光设备有限公司 | 一种固体激光器与半导体激光器合光束系统 |
KR20210140754A (ko) * | 2019-03-27 | 2021-11-23 | 아이피지 포토닉스 코포레이션 | 섬유 결합 다이오드 레이저 모듈 및 그 조립 방법 |
CN110531472A (zh) * | 2019-09-24 | 2019-12-03 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种光发射器件、光接收器件及光模块 |
CN111180993A (zh) * | 2020-02-17 | 2020-05-19 | 石家庄麦特达电子科技有限公司 | 一种光源发射装置及激光雷达 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0954228A (ja) * | 1995-08-16 | 1997-02-25 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光受信モジュール |
CN201234052Y (zh) * | 2008-07-01 | 2009-05-06 | 上海拜安信息科技有限公司 | 用于双包层光纤放大器和光纤激光器的泵浦泄放装置 |
CN201828681U (zh) * | 2010-08-02 | 2011-05-11 | 浙江同星光电科技有限公司 | 光纤阵列直角转换器及阵列发射器和阵列接收器 |
CN202383321U (zh) * | 2011-12-19 | 2012-08-15 | 北京凯普林光电科技有限公司 | 一种将多路分立半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统 |
CN103207431B (zh) * | 2012-01-12 | 2014-12-10 | 郑州大学 | 一种光纤焊接方法 |
CN203387049U (zh) * | 2013-07-29 | 2014-01-08 | 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司 | 一种大功率半导体激光器耦合的光纤固定装置 |
-
2013
- 2013-07-29 CN CN201310322502.1A patent/CN103401136B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103401136A (zh) | 2013-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103401136B (zh) | 一种大功率半导体激光器耦合的光纤固定装置 | |
CN103368066B (zh) | 一种斜面式多管半导体激光器耦合装置及方法 | |
CN203387049U (zh) | 一种大功率半导体激光器耦合的光纤固定装置 | |
CN106099636A (zh) | 高功率二极管激光器封装中的光学损耗管理 | |
JPWO2014192944A1 (ja) | 半導体レーザモジュール | |
CN104570236A (zh) | 高速蝶形封装光发射器组件 | |
CN208283580U (zh) | 反射透镜、激光发射器、光发射组件及光发射接收组件 | |
CN104836119A (zh) | 光纤耦合激光器 | |
CN203519869U (zh) | 一种光纤封装结构 | |
CN104716561A (zh) | 一种激光器 | |
CN109188621B (zh) | 一种多模光纤耦合系统 | |
CN104051954A (zh) | 应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构 | |
US6975792B1 (en) | Method and apparatus for coupling light into a waveguide using a slit | |
CN203398519U (zh) | 一种斜面式多管半导体激光器耦合装置 | |
CN104426053A (zh) | 一种半导体激光器封装结构 | |
CN213959318U (zh) | 一种光传输器件的半导体激光器 | |
CN211878244U (zh) | 一种半导体激光器透镜光纤一体式耦合装置 | |
CN215297759U (zh) | 一种基于集成光学芯片封装的隔离器装配结构 | |
CN204613454U (zh) | 基于半导体激光器集成的半导体光学器件 | |
CN204167680U (zh) | 一种新型阵列式芯片封装结构 | |
CN204030264U (zh) | 一种半导体激光器的高亮度光纤耦合设备 | |
CN102868088A (zh) | 增强外腔反馈光谱合束半导体激光器反馈的方法及装置 | |
CN101840070B (zh) | Ld单管光束整形模块 | |
CN204405894U (zh) | 准分布式光纤合束器 | |
CN112394530A (zh) | 光纤合束器的封装结构及光纤激光器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CP03 | Change of name, title or address | ||
CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 430074 East Lake science and technology zone, Wuhan province high tech Avenue, No. 999, the future of science and technology city of the city of Hubei Patentee after: WUHAN RAYCUS FIBER LASER TECHNOLOGIES CO., LTD. Address before: 430223 East Lake New Technology Development Zone, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan science and technology park innovation base, building No. 10, building No. Patentee before: Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co., Ltd. |