CN103762502A

CN103762502A - 多色半导体激光器合束装置

Info

Publication number: CN103762502A
Application number: CN201310748945.7A
Authority: CN
Inventors: 朱金通; 季朝华; 宫广彪; 倪秀付
Original assignee: Pavilion Integration Suzhou Co Ltd
Current assignee: Pavilion Integration Suzhou Co Ltd
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2033-12-31
Also published as: CN103762502B

Abstract

本发明揭示了一种多色半导体激光器合束装置，包括多个相互并联的具有不同波长的半导体激光器；多个相互并联的光束偏振改良装置，所述光束偏振改良装置分别位于相对应的所述半导体激光器的输出光路上；一用于合束的合束镜组，所述合束镜组的输入端位于所述光束偏振改良装置的输出光路上，所述合束镜组的输出端与一补偿镜组在同一光路上。本发明提供了一种多色半导体激光器合束装置，能够有效地控制多色半导体激光器合束的噪声的增加量和保证合束后的光束的偏振性能，并且具有低成本、易组装调节、性能稳定等优点。

Description

多色半导体激光器合束装置

技术领域

本发明涉及半导体激光器领域，尤其涉及一种多色半导体激光器合束装置。

背景技术

由于半导体激光器具有效率高、体积小、寿命长等优点，因此采用半导体激光器合束的模块在激光医疗、激光检测与测量、仪器仪表等方面具有广泛的应用。目前，用于半导体激光器合束主要有以下三种方式：1）在自由空间上通过合束器件将两束或者多束激光合束；2）通过波导器件将两束或者多束激光合束；3）通过光纤熔接将两束或者多束激光合束。

在自由空间上通过合束器件将两束或者多束激光合束，该方法应用最为普遍，相对工艺简单，成本低廉；但是，对于噪声要求高的应用，没有实施的优势，并且，合束后的每个通道的干扰不能有效的降低，不便于在其中加入监控或者反馈的元件。

通过波导器件将两束或者多束激光合束，该方法也具有广泛的应用，结构简单，但是工艺要求高，相对于自由空间上通过合束器件合束没有成本优势，并且，每个通道的干扰严重，要想保证输出光束的偏振特性需要特殊的工艺。在对噪声参数敏感和高保偏性能的应用中没有成本优势。

通过光纤熔接将两束或者多束激光合束，目前在许多的领域中得到应用，但是每次多为两根光纤的熔接，如果是多束光束的合束，操作复杂，并且不能保证很高的成品率。和上述两种方法类似，在对噪声参数敏感和高保偏性能的应用中也没有成本优势。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种多色半导体激光器合束装置。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：

一种多色半导体激光器合束装置，包括多个相互并联的具有不同波长的半导体激光器；多个相互并联的光束偏振改良装置，防止光束的相同偏振部分的反馈，以降低由此而产生的光束噪声的增加，所述光束偏振改良装置分别位于相对应的所述半导体激光器的输出光路上；一用于合束的合束镜组，所述合束镜组的输入端位于所述光束偏振改良装置的输出光路上，所述合束镜组的输出端与一补偿镜组在同一光路上，补偿镜组用于补偿不同波长而产生的色差，其和合束镜组共同作用，既达到了合束的目的，又减少了因为光束同心而造成的不同波长的彼此通道之间的相互干扰，以及对其他通道的反馈信号的干扰而造成的功率的不稳定与噪声。

优选的，上述的多色半导体激光器合束装置，其中：每个所述半导体激光器分别固定在一多维度调整支架上。

优选的，上述的多色半导体激光器合束装置，其中：所述半导体激光器为经过准直的半导体激光器，或者为通过与一准直器光纤耦合的半导体激光器。

优选的，上述的多色半导体激光器合束装置，其中：每个所述光束偏振改良装置分别包括一偏振分光镜和一四分之一波片，所述四分之一波片与经过相对应的所述偏振分光镜的光的波长相匹配，前者用于提高光束的偏振性能，后者用于改变光束的偏振性能，从而防止光束的相同偏振部分的反馈以降低由此而产生的光束噪声的增加，大大地提升了合束结构性能。

优选的，上述的多色半导体激光器合束装置，其中：所述合束镜组包括全反镜和合束镜。

优选的，上述的多色半导体激光器合束装置，其中：所述全反镜和合束镜分别固定在基材上，所述基材为在-50℃～100℃范围的平均线膨胀系数低于1.5×10^-6 ／℃的含镍36％的铁基低热膨胀合金或者铟钢材料。

优选的，上述的多色半导体激光器合束装置，其中：所述全反镜和合束镜固定在所述基材的在应用的温度范围内因温度变化而产生的形变最小方向上，有效的降低了因为温度变化而造成的合束性能下降的情况。

优选的，上述的多色半导体激光器合束装置，其中：包括相互并联的具有不同波长的第一半导体激光器、第二半导体激光器和第三半导体激光器；分别与所述第一半导体激光器、第二半导体激光器和第三半导体激光器相对应的第一光束偏振改良装置、第二光束偏振改良装置和第三光束偏振改良装置；所述合束镜组包括第一全反镜，第二全反镜，第一合束镜和第二合束镜；所述第一半导体激光器发出的第一激光光束通过第一光束偏振改良装置后，经第一全反镜反射后传输到第一合束镜，被第一合束镜反射后入射到所述补偿镜组，所述第二半导体激光器发出的第二激光光束通过第二光束偏振改良装置后，经第二全反镜反射后传输到第二合束镜，被第二合束镜反射后传输到第一合束镜，穿过第一合束镜后入射到所述补偿镜组，所述第三半导体激光器发出的第三激光光束通过第三光束偏振改良装置后，依次穿过第二合束镜和第一合束镜后入射到所述补偿镜组；入射所述补偿镜组的第一激光光束，第二激光光束和第三激光光束为非同心的，所述补偿镜组将第一激光光束，第二激光光束和第三激光光束的光路重合。

本发明的突出效果为：本发明提供了一种多色半导体激光器合束装置，能够有效地控制多色半导体激光器合束的噪声的增加量和保证合束后的光束的偏振性能，并且具有低成本、易组装调节、性能稳定等优点。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1为本发明实施例的一种多色半导体激光器合束装置的结构示意图；

图2a为本发明实施例的多色半导体激光器的一个实施方式的结构示意图；

图2b为本发明实施例的多色半导体激光器的另一个实施方式的结构示意图；

图3为本发明实施例的半导体激光器及多维度调整支架的结构示意图；

图4为本发明实施例的补偿镜装置的光路图；

图5为本发明实施例的原理示意图。

具体实施方式

实施例：

本实施例的一种多色半导体激光器合束装置，如图1所示，包括相互并联的具有不同波长的第一半导体激光器101、第二半导体激光器102和第三半导体激光器103；分别与第一半导体激光器101、第二半导体激光器102和第三半导体激光器103相对应的相互并联的第一光束偏振改良装置21、第二光束偏振改良装置22和第三光束偏振改良装置23，防止光束的相同偏振部分的反馈，以降低由此而产生的光束噪声的增加，光束偏振改良装置2分别位于相对应的半导体激光器1的输出光路上。用于合束的合束镜组3，合束镜组3的输入端位于光束偏振改良装置2的输出光路上，合束镜组3的输出端与补偿镜组4在同一光路上，补偿镜组4用于补偿不同波长而产生的色差，其和合束镜组3共同作用，既达到了合束的目的，又减少了因为光束同心而造成的不同波长的彼此通道之间的相互干扰，以及对其他通道的反馈信号的干扰而造成的功率的不稳定与噪声。合束镜组3中的全反镜和合束镜分别固定在温度变形系数较小的基材上，基材为在-50℃～100℃范围的平均线膨胀系数低于1.5×10^-6 ／℃的含镍36％的铁基低热膨胀合金或者铟钢材料。并且应用了温度补偿的组装方案，全反镜和合束镜分别固定在基材的，根据基材的平均线膨胀系数，基于有限元分析的模拟，在应用的温度范围内因温度变化而产生的形变最小方向上，有效的降低了因为温度变化而造成的合束性能下降的情况合束镜组3包括第一全反镜301，第二全反镜302，第一合束镜303和第二合束镜304；第一半导体激光器101发出的第一激光光束通过第一光束偏振改良装置21后，经第一全反镜301反射后传输到第一合束镜303，被第一合束镜303反射后入射到补偿镜组4，第二半导体激光器102发出的第二激光光束通过第二光束偏振改良装置22后，经第二全反镜302反射后传输到第二合束镜304，被第二合束镜304反射后传输到第一合束镜303，穿过第一合束镜303后入射到补偿镜组4，第三半导体激光器103发出的第三激光光束通过第三光束偏振改良装置23后，依次穿过第二合束镜304和第一合束镜303后入射到补偿镜组4。如图4所示，补偿镜组4包括第一补偿镜401和第二补偿镜402，入射第一补偿镜401的第一激光光束11，第二激光光束12和第三激光光束13为非同心的，这样有效的降低了其他通道的入射、反射、散射的激光对其他通道的影响。补偿镜组4将第一激光光束11，第二激光光束12和第三激光光束13的光路重合。

如图2a所示，半导体激光器1可以为经过准直的半导体激光器，或者如图2b所示，半导体激光器1也可以为通过与准直器5光纤耦合的半导体激光器。

如图1所示，第一半导体激光器101、第二半导体激光器102和第三半导体激光器103分别固定在各自的多维度调整支架104上。如图3所示，为半导体激光器1和多维度调整支架104的组装装置，其优点是不仅可以精确地在上下俯仰和左右俯仰方向的调节，而且还可以利用腰孔的结构进行上下和左右的位移的调节，并且用三个螺丝进行拉力固定，三个螺丝进行张力固定，便于调节，结构稳定，保证了多色半导体激光器1的合束的可靠性能。

如图1所示，光束偏振改良装置2分别包括偏振分光镜201和四分之一波片202，四分之一波片202与经过相对应的偏振分光镜201的光的波长相匹配，前者用于提高光束的偏振性能，后者用于改变光束的偏振性能，从而防止光束的相同偏振部分的反馈以降低由此而产生的光束噪声的增加，大大地提升了合束结构性能。

本实施例的原理，如图5所示，当需要合束的两束不同波长的光束a和光束b经过第一合束镜303和第一补偿镜401时，因为波长不同，光束a和光束b在相同的介质中具有不同的折射率，经过第一补偿镜401合束后，可以推断在第一合束镜303上的S1面上的交汇点不是一个（光束a和光束b在第一合束镜303和第一补偿镜401之间不是同心的，具有一定的距离），这样可以在S1面上针对合束的不同波长镀不同的膜层，如针对光束a在第一合束镜303上的S1面上的交汇点镀适当的膜层，针对光束b在第一合束镜303上的S1面上的交汇点镀适当的膜层，在第一合束镜303上的S1面上不同的部分镀对应的合束波长不同的膜层，同理第一补偿镜401上的S2面上的镀膜也具有与第一合束镜303上的S1面的镀膜相似的结构。这样既能保证合束的要求，又能够降低不同波长的杂散光对其他波长的光束的影响，同时，减小了第一合束镜303上的S1面上单个部分的镀膜对于激光器噪声增加的影响。同理，此结构可以根据需要进行合束的不同波长（三个波长或者更多波长）的光束进行拓展，进行拓展的结构也属于本专利保护的范围。

本实施例的一种多色半导体激光器合束装置，能够有效地控制多色半导体激光器合束的噪声的增加量和保证合束后的光束的偏振性能，并且具有低成本、易组装调节、性能稳定等优点。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多色半导体激光器合束装置，其特征在于：包括多个相互并联的具有不同波长的半导体激光器；多个相互并联的光束偏振改良装置，所述光束偏振改良装置分别位于相对应的所述半导体激光器的输出光路上；一用于合束的合束镜组，所述合束镜组的输入端位于所述光束偏振改良装置的输出光路上，所述合束镜组的输出端与一补偿镜组在同一光路上。

2.根据权利要求1所述的多色半导体激光器合束装置，其特征在于：每个所述半导体激光器分别固定在一多维度调整支架上。

3.根据权利要求1所述的多色半导体激光器合束装置，其特征在于：所述半导体激光器为经过准直的半导体激光器，或者为通过与一准直器光纤耦合的半导体激光器。

4.根据权利要求1所述的多色半导体激光器合束装置，其特征在于：每个所述光束偏振改良装置分别包括一偏振分光镜和一四分之一波片，所述四分之一波片与经过相对应的所述偏振分光镜的光的波长相匹配。

5.根据权利要求1所述的多色半导体激光器合束装置，其特征在于：所述合束镜组包括全反镜和合束镜。

6.根据权利要求5所述的多色半导体激光器合束装置，其特征在于：所述全反镜和合束镜分别固定在基材上，所述基材为在-50℃～100℃范围的平均线膨胀系数低于1.5×10^-6 ／℃的含镍36％的铁基低热膨胀合金或者铟钢材料。

7.根据权利要求6所述的多色半导体激光器合束装置，其特征在于：所述全反镜和合束镜固定在所述基材的在应用的温度范围内因温度变化而产生的形变最小方向上。

8.根据权利要求5所述的多色半导体激光器合束装置，其特征在于：包括相互并联的具有不同波长的第一半导体激光器、第二半导体激光器和第三半导体激光器；分别与所述第一半导体激光器、第二半导体激光器和第三半导体激光器相对应的第一光束偏振改良装置、第二光束偏振改良装置和第三光束偏振改良装置；所述合束镜组包括第一全反镜，第二全反镜，第一合束镜和第二合束镜；所述第一半导体激光器发出的第一激光光束通过第一光束偏振改良装置后，经第一全反镜反射后传输到第一合束镜，被第一合束镜反射后入射到所述补偿镜组，所述第二半导体激光器发出的第二激光光束通过第二光束偏振改良装置后，经第二全反镜反射后传输到第二合束镜，被第二合束镜反射后传输到第一合束镜，穿过第一合束镜后入射到所述补偿镜组，所述第三半导体激光器发出的第三激光光束通过第三光束偏振改良装置后，依次穿过第二合束镜和第一合束镜后入射到所述补偿镜组；入射所述补偿镜组的第一激光光束，第二激光光束和第三激光光束为非同心的，所述补偿镜组将第一激光光束，第二激光光束和第三激光光束的光路重合。