CN104007558B - 一种半导体激光器偏振合束装置及耦合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半导体激光器偏振合束装置及耦合方法，装置中的一组激光二极管水平固定在底板上，另一组激光二极管垂直固定在底板上，工作时两组激光二极管发出偏振方向垂直的光，两组光分别通过快轴准直透镜FAC、慢轴准直透镜SAC的准直后变为平行光束，再经过反射镜的转向，形成空间合束，最后经过偏振合束棱镜形成偏正合束，偏正合束光经过准直透镜后，将光聚焦进入光纤输出。本发明实现高功率、高亮度的半导体激光器，避免了使用半波片，半波片成本高、精度严格，很容易造成损耗。本发明中垂直方向排布的一组半导体激光二极管，能做到光程相同，为后续输出光束整形提供保障。另外，水平、垂直两组排布的半导体激光二极管，能得到圆对称的光斑。

Description

一种半导体激光器偏振合束装置及耦合方法

技术领域

本发明提供了一种半导体激光器的偏振合束装置及耦合方法，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。

由于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，这才能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。

而要实现高质量、宽范围的激光加工，激光器必须同时满足高功率和高光束质量。由于半导体激光二极管输出光具有很好的线偏振特性，偏振度可以在95％-98％的范围内，可采用偏振合束，这样能提高半导体激光器的光束质量。一般偏振合束会将用于耦合的两路半导体激光器，其中一路放置半波片使其偏振态发生改变，将S态偏振光变成P态偏振光，或将P态偏振光变成S态偏振光后入射到偏振合束器上。但是半波片成本高、精度严格，很容易造成损耗。而且在大功率应用中，还会产生大量的热，造成可靠性问题。

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，而提供一种半导体激光器的偏振合束装置及耦合方法，本发明利用半导体激光器的偏振特性，将激光二极管分为两组，一组水平固定、一组垂直固定，分别得到水平偏振态和垂直偏振态，然后形成偏振合束，实现高功率，高光束质量的半导体激光器。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种半导体激光器偏振合束装置，包括底板、若干激光二极管、快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC、反射镜、偏振合束棱镜、准直透镜、光纤；若干激光二极管、快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC、反射镜、偏振合束棱镜、准直透镜、光纤分别固定在底板，且所有从反射镜反射的光束均经偏振合束棱镜后进入准直透镜后聚焦在光纤上输出，其特征在于：

若干激光二极管等分为两组，一组水平排列，并在垂直方向形成高度差，空间合束；一组垂直排列，前后错位；

每个激光二极管都有相对应的一个快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC和一个反射镜；一个激光二极管与其对应的快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC和反射镜都固定在一条直线上；

快轴准直镜FAC的光轴对准相对应的激光二极管的发光面；

慢轴准直镜SAC的光轴对准相对应的激光二极管的发光面，并与快轴准直镜FAC的光轴重合；

反射镜与水平面垂直放置，且同相对应的快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC的光轴夹角为45°。

两组激光二极管相对垂直排布；物理上得到两组偏振方向垂直的偏振光。

垂直排列的一组激光二极管前后错位，按规律间隔，且各反射镜组装时，且后一个反射镜的反射光从前一个反射镜的上方通过，形成空间合束，激光经反射镜到达准直器出光光程相等。

所有的元件都用焊料或胶固定在底板上。

半导体激光器偏振合束装置的耦合方法，其特征在于按以下步骤进行：

(1)、每个激光二极管发出的光经过快轴准直镜FAC的准直后，光在垂直于芯片方向变为平行光；

(2)、经过快轴准直镜FAC准直后的光到达慢轴准直镜SAC，经过慢轴准直镜SAC的整形后，光在沿着平行于芯片方向变为平行光；

(3)、依次经过快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC准直后的光经过反射镜的反射后，光路偏转了90°；

(4)、一组激光二极管水平固定，且垂直方向存在高度差，因此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，经过平面镜的反射后到达偏振合束棱镜；

(5)、一组激光二极管垂直固定，各反射镜组装时，且后一个反射镜的反射光从前一个反射镜的上方通过，形成空间合束，然后到达偏振合束棱镜；

(6)、一组激光经偏振合束棱镜反射、一组激光透射通过偏振合束棱镜透射，经过准直透镜后聚焦在光纤上。

本发明对比已有技术具有以下创新点：

本发明利用将两组激光二极管水平、垂直两个方向组装，得到相互正交的偏振光，通过偏振合束棱镜合束，得到高亮度的激光。

本发明实现高功率、高亮度的半导体激光器，避免了使用半波片，半波片成本高、精度严格，很容易造成损耗。本发明中垂直方向排布的一组半导体激光二极管，能做到光程相同，为后续输出光束整形提供保障。另外，水平、垂直两组排布的半导体激光二极管，能得到圆对称的光斑。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：1-激光器二极管，2-快轴准直透镜FAC，3-慢轴准直透镜SAC，4-反射镜，5-反射镜，6-偏振合束棱镜，7-准直器。

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，本发明的半导体激光器偏振合束装置，包括底板、18个激光二极管1、快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC、反射镜(4,5)、偏振合束棱镜6、准直透镜7、光纤；18个激光二极管1、快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC、反射镜(4,5)、偏振合束棱镜6、准直透镜7、光纤分别固定在底板，且所有从反射镜反射的光束均经偏振合束棱镜6后进入准直透镜7后聚焦在光纤上输出，其特征在于：

18个激光二极管等分为两组，第一组水平排列，并在垂直方向形成高度差，空间合束；第二组垂直排列，前后错位；

每个激光二极管1都有相对应的一个快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC和一个反射镜；一个激光二极管与其对应的快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC和反射镜都固定在一条直线上；

快轴准直镜FAC的光轴对准相对应的激光二极管的发光面；

慢轴准直镜SAC的光轴对准相对应的激光二极管的发光面，并与快轴准直镜FAC的光轴重合；

反射镜与水平面垂直放置，且同相对应的快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC的光轴夹角为45°。

左边第一组为水平排布的激光二极管，但垂直于底座方向上存在高度差，由台阶一次排开；右边第二组为垂直固定在底板上的激光二极管。

每一个激光二极管前，首先会组装一个快轴准直镜FAC2，在垂直于芯片方向上对激光器二极管1发出的光进行整形，整形后的光束在垂直于芯片方向变为平行光。

慢轴准直镜SAC3也是一个柱透镜，在平行于芯片方向上对经过慢轴准直镜SAC3准直后的光进行整形，整形后的光束在平行于芯片方向变为平行光。

第一组激光二极管对应的反射镜4在垂直于底座方向存在高度差，使得高一个台阶激光二极管发出的光经过反射镜后从前面反射镜的上方经过；第二组激光二极管对应的反射镜5Y方向前后错开，后一个反射镜反射的激光从前一个反射镜上方经过，形成空间合束。

两组平行光，一组经偏振合束棱镜6反射，一组经偏振合束棱镜6透射，合为一束光，到达准直器7后聚焦在光纤上输出。

Claims (3)

1.一种半导体激光器偏振合束装置，包括底板、若干激光二极管、快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC、反射镜、偏振合束棱镜、准直透镜、光纤；若干激光二极管、快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC、反射镜、偏振合束棱镜、准直透镜、光纤分别固定在底板，且所有从反射镜反射的光束均经偏振合束棱镜后进入准直透镜后聚焦在光纤上输出，其特征在于：

若干激光二极管等分为两组，一组水平排列，并在垂直方向形成高度差，空间合束；一组垂直排列，前后错位；两组激光二极管相对垂直排布；物理上得到两组偏振方向垂直的偏振光；垂直排列的一组激光二极管前后错位，按规律间隔，且各反射镜组装时，且后一个反射镜的反射光从前一个反射镜的上方通过，形成空间合束，激光经反射镜到达准直器出光光程相等；

每个激光二极管都有相对应的一个快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC和一个反射镜；一个激光二极管与其对应的快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC和反射镜都固定在一条直线上；

快轴准直镜FAC的光轴对准相对应的激光二极管的发光面；

慢轴准直镜SAC的光轴对准相对应的激光二极管的发光面，并与快轴准直镜FAC的光轴重合；

反射镜与水平面垂直放置，且同相对应的快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC的光轴夹角为45°。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器偏振合束装置，其特征在于：所有的元件都用焊料或胶固定在底板上。

3.根据权利要求1-2之一所述的半导体激光器偏振合束装置的耦合方法，其特征在于按以下步骤进行：

(1)、每个激光二极管发出的光经过快轴准直镜FAC的准直后，光在垂直于芯片方向变为平行光；

(2)、经过快轴准直镜FAC准直后的光到达慢轴准直镜SAC，经过慢轴准直镜SAC的整形后，光在沿着平行于芯片方向变为平行光；

(3)、依次经过快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC准直后的光经过反射镜的反射后，光路偏转了90°；

(4)、一组激光二极管水平固定，且垂直方向存在高度差，因此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，经过平面镜的反射后到达偏振合束棱镜；

(5)、一组激光二极管垂直固定，各反射镜组装时，且后一个反射镜的反射光从前一个反射镜的上方通过，形成空间合束，然后到达偏振合束棱镜；

(6)、一组激光经偏振合束棱镜反射、一组激光透射通过偏振合束棱镜透射，经过准直透镜后聚焦在光纤上。