CN105071196A - 一种窄线宽合束模块及具有该模块的多波长拉曼激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种窄线宽合束模块及具有该模块的多波长拉曼激光器。所述窄线宽合束模块具有第一激光器、第一快轴准直透镜、第一波长锁定器件、第二激光器、第二快轴准直透镜、第二波长锁定器件和慢轴准直透镜，所述第一激光器和第二激光器的波长不同，两个激光器有PN结的一面互相正对且尽可能的接近，第一和第二激光器发出的光分别被相应的快轴准直透镜进行快轴准直后经由各自的波长锁定器件进行波长锁定形成两个快轴准直的窄线宽光束，这两束快轴准直的窄线宽光束再同时入射到同一个慢轴准直透镜进行慢轴准直，最终形成两束相互平行的窄线宽准直光束。所述多波长拉曼激光器具有多个上述窄线宽合束模块，通过合束镜将多个窄线宽合束模块中出射的窄线宽准直光合成为相互平行的合束光，合束后的光束由聚焦透镜汇聚成像到输出光纤端面上完成耦合。上述窄线宽合束模块的结构使得出射光可直接入射进聚焦透镜耦合入光纤中，解除了光束合束必须要通过合束镜的方式；多波长拉曼激光器的结构降低了激光器的整体调整难度，减少了光学器件的使用数量，在保证了足够稳定性的前提下还增强了激光器内部结构设计的灵活性。

Description

一种窄线宽合束模块及具有该模块的多波长拉曼激光器

技术领域

本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种窄线宽合束模块及具有该模块的多波长拉曼激光器。

背景技术

在工业、医学和科研领域中广泛地使用多种波长的激光作为工作光源，这些光经常需要快速切换或者同时使用，而且对激光光源的光谱宽度有比较高的要求，但在实际使用当中很多情况下不允许更换激光器或者工作时间非常短暂，这就需要提供一个多波长窄线宽的半导体激光。

传统的技术方案是在耦合光路中将多个激光器芯片发出的不同波长的光束各自在快轴方向和慢轴方向进行准直，然后经过合束镜合束为共轴光束，再经过聚焦透镜耦合进入一根光纤。在此方案中，由于激光器都是独立的光路单元，所以每个激光光束的合成都需要独立的合束镜进行合束。由于每个激光器都是独立的单元，所以整体激光器的光学器件数量较多，调节难度大，整体的稳定性比较低。除此之外，随着激光器应用领域的深入，有时需要对激光光源的光谱宽度有较高的要求。对于上述的技术方案，多个光学器件单元互相之间光束的反射及干涉会影响光谱的宽度，器件的数量也大大增加了产品的成本，限制了激光器光谱的稳定性和工业化。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种窄线宽合束模块以及具有该模块的多波长拉曼激光器。

所述窄线宽合束模块，具有第一激光器、第一快轴准直透镜、第一波长锁定器件、第二激光器、第二快轴准直透镜、第二波长锁定器件和慢轴准直透镜，所述第一激光器和第二激光器的波长不同，两个激光器有PN结的一面互相正对且尽可能的接近，第一激光器发出的光被第一快轴准直透镜进行快轴准直后经由第一波长锁定器件进行波长锁定形成第一快轴准直的窄线宽光束，第二激光器发出的光被第二快轴准直透镜进行快轴准直后经由第二波长锁定器件进行波长锁定形成第二快轴准直的窄线宽光束，这两束快轴准直的窄线宽光束再同时入射到同一个慢轴准直透镜进行慢轴准直，最终形成两束相互平行的窄线宽准直光束。

其中，所述的两个激光器相对主光轴为轴对称放置，两个激光器发出的光的光轴和主光轴平行但不共轴，两个激光器有PN结的一侧正对着放置在主光轴的两侧，激光器的发光区垂直于主光轴且位于同一平面上。

其中，还具有分别具有三个台阶表面的第一辅助热沉和第二辅助热沉，所述第一激光器和第一波长锁定器件分别被安装于第一辅助热沉的第二台阶表面和第三台阶表面上，所述第二激光器和第二波长锁定器件分别被安装于第二辅助热沉的第二台阶表面和第三台阶表面上，两个辅助热沉的第一台阶表面相对紧贴设置。

其中，所述激光器通过锡焊或直接烧结安装在辅助热沉上。

其中，所述的波长锁定器件可以是体布拉格光栅、闪耀光栅或平面光栅。

其中，所述模块具有耦合部分，所述耦合部分具有聚焦透镜和接收光纤，两束相互平行的窄线宽准直光束通过聚焦透镜聚焦后入射到接收光纤的入射端面。

其中，所述聚焦透镜的光轴与主光轴共轴。

其中，所述聚焦透镜是球面、非球面或自聚焦透镜。

其中，所述光纤端面经过研磨和抛光，并镀有增透膜。

本发明还提供了一种多波长拉曼激光器，具有多个上述窄线宽合束模块以及多个合束镜，所述多个窄线宽合束模块出射的窄线宽准直光束通过合束镜合束为相互平行的合束光，合束后的光束由上述耦合部分中的聚焦透镜会聚成像到接收光纤的入射端面上完成耦合。

其中，所述合束镜的数量小于等于所述窄线宽合束模块的数量。

其中，所述合束镜为二向色镜、梯形棱镜或X棱镜。

其中，所述多个窄线宽合束模块中的第二窄线宽合束模块至第n窄线宽合束模块的出射端均各设一合束镜，其中n为窄线宽合束模块的数量，第一窄线宽合束模块的出射光直接入射至位于第二窄线宽合束模块出射端的合束镜，所述合束镜均镀有滤光膜，所述滤光膜能反射其相应的窄线宽合束模块的波长并透射入射至合束镜的波长。

其中，每个窄线宽合束模块的出射端均设有合束镜，所述合束镜均镀有滤光膜，所述滤光膜能反射其相应的窄线宽合束模块的波长并透射入射至合束镜的波长。

其中，所述多波长拉曼激光器还包括热电制冷器、热敏电阻、光电探测器中的一种或多种。

本发明中通过将两支激光器芯片正对安装的结构，解除了两支激光器合束必须使用合束镜或者反射镜的限制，该模块中激光器安装的位置非常靠近，出射的准直光靠近主光轴且相互平行，不需要再通过合束镜对光束进行合束，可以直接通过透镜聚焦到光纤端面上进行输出。从而降低了激光器装调的难度，并且获得了足够的空间在耦合光路中插入一些额外的光学器件来实现激光器更多的应用功能，增强了激光器内部结构设计的灵活性，并且，由于两支激光器发光区在同一平面，其光程是相同的，故还可以使用同一个慢轴准直透镜进行准直，在达到同样耦合效率和输出光斑的情况下，节省了光学器件的使用数量，最大程度的降低了生产成本且提高了生产效率。

根据本发明的多波长拉曼激光器，使用了窄线宽合束模块阵列而成的结构，解除了激光器需要和合束镜一一对应的限制。该激光器两个波长使用同一个合束镜，减少了合束镜的使用数量和镀膜难度，有效的控制了使用器件的种类和数量，并且，由于模块相对的独立且结构紧凑，在装调过程中可以保证较高的工艺性和重复性，保证产品的一致性和高效的生产效率。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是根据本发明实施例的窄线宽合束模块的光路示意图。

图2是根据本发明实施例的窄线宽合束模块的结构示意图。

图3是根据本发明实施例的窄线宽模块的耦合部分光路示意图。

图4是根据本发明实施例的窄线宽模块的耦合部分的结构示意图。

图5是根据本发明实施例的多波长拉曼激光器的光路示意图。

图6是根据本发明实施例的多波长拉曼激光器的结构示意图。

图中：1-1、2-1为辅助热沉，1-2为第一激光器芯片，2-2为第二激光器芯片，1-3、2-3为快轴准直透镜，1-4、2-4为波长锁定器件，1-5为慢轴准直透镜，1-6为聚焦透镜，1-7为光纤，1-8为合束镜，1-9为底板热沉。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

图1所示为根据本发明的窄线宽合束模块的光路示意图，图2所示为该模块的结构示意图。该模块具有第一辅助热沉1-1、第二辅助热沉2-1、第一激光器芯片1-2、第二激光器芯片2-2、第一快轴准直透镜1-3、第二快轴准直透镜2-3、第一波长锁定器件1-4、第二波长锁定器件2-4和慢轴准直透镜1-5。第一辅助热沉1-1具有三个台阶表面，第一激光器芯片1-2被安装于第一辅助热沉1-1的第二台阶表面上，第一快轴准直透镜1-3被安装在第一激光器芯片1-2的前端，第一波长锁定器件1-4被安装于第一辅助热沉1-1的第三台阶表面上；第二激光器芯片2-2、第二波长锁定器件2-4以同样的方式被分别安装于第二辅助热沉2-1的第二台阶表面和第三台阶表面上，第二快轴准直透镜2-3被安装在第二激光器芯片2-2的前端。第一辅助热沉1-1和第二辅助热沉2-1可以以两者的第一台阶表面相对紧贴的方式被安装在一起，例如，第一辅助热沉1-1和第二辅助热沉2-1上可分别具有一台阶孔，分别安装有激光器芯片的第一辅助热沉1-1和第二辅助热沉2-1通过台阶孔利用螺钉安装在一起，两者的第一台阶表面相对紧贴，慢轴准直透镜1-5位于安装好的第一辅助热沉1-1和第二辅助热沉2-1的末端。从第一激光器芯片1-2发出的第一光束经过第一快轴准直透镜1-3完成快轴准直后入射到第一波长锁定器件1-4上，从而形成第一快轴准直的窄线宽光束；从第二激光器芯片2-2发出的第二光束与第一光束相互平行，第二光束经过第二快轴准直透镜2-3完成快轴准直后入射到第二波长锁定器件2-4上，从而形成第二快轴准直的窄线宽光束；第一快轴准直的窄线宽光束和第二快轴准直的窄线宽光束相互平行，对称的分布在主光轴的两侧，且同时入射到慢轴准直透镜1-5中，最后出射两束相互平行的窄线宽准直光束。第一激光器芯片1-2和第二激光器芯片2-2的出射波长可不相同，两者的出射光的光轴和主光轴平行但不共轴，两个激光器芯片具有PN结的一侧正对着放置在主光轴的两侧，其发光区垂直于主光轴，且两个激光器芯片相对于主光轴成轴对称，两者之间的间距尽可能的小。两个激光器芯片可以被锡焊或直接烧结在辅助热沉上。所述波长锁定器件可以是体布拉格光栅、闪耀光栅或平面光栅等。

所述两束窄线宽准直光束可通过耦合部分耦合入光纤中。图3所示为利用根据本发明的窄线宽模块的耦合部分进行耦合的光路示意图，图4所示为该耦合部分的结构示意图。经过上述窄线宽合束模块出射的两束相互平行的窄线宽准直光束，直接入射到聚焦透镜1-6中，经过聚焦透镜1-6聚焦后的光束汇聚在光纤1-7的端面上，其光斑的尺寸不大于光纤芯径，发散角小于光纤数值孔径对应的角度，以实现高效耦合。所述聚焦透镜可以是球面、非球面或自聚焦透镜。所述光纤的端面可以被研磨和抛光，并镀有增透膜。

采用这种两个激光器芯片正对安装的结构，解除了两个激光器合束必须使用合束镜或反射镜的限制，由于两个激光器芯片安装的位置非常靠近，出射的准直光靠近主光轴且相互平行，不需要再通过合束镜对光束进行合束，可以直接通过透镜聚焦到光纤端面上进行输出。从而降低了激光器装调的难度，并且获得了足够的空间在耦合光路中插入一些额外的光学器件来实现激光器更多的应用功能，增强了激光器内部结构设计的灵活性，并且，由于两支激光器发光区在同一平面，其光程是相同的，故还可以使用同一个慢轴准直透镜进行准直，在达到同样耦合效率和输出光斑的情况下，节省了光学器件的使用数量，最大程度的降低了生产成本且提高了生产效率。

上述的窄线宽合束模块可作为多波长拉曼激光器的组成部件，图5所示为根据本发明的多波长拉曼激光器的光路示意图，图6所示为上述多波长拉曼激光器的结构示意图。如图5所示，将多个窄线宽合束模块安装在底板热沉1-9上，每个窄线宽合束模块的出射端都设置有一合束镜1-8，从每个窄线宽合束模块出射的窄线宽准直光束通过合束镜合束，并入射至聚焦透镜1-6，经过聚焦透镜1-6聚焦后汇聚到光纤1-7的端面上耦合输出。其中，优选每个激光器芯片的输出波长不同，更优选各个窄线宽合束模块中激光器的波长按照从小到大或从大到小的顺序重叠对准等间距排列，通过调整各个合束镜1-8使光束合束为集中的平行光束。当然，合束镜的数量也可小于窄线宽合束模块的数量，例如，通过使第一窄线宽合束模块的出射光直接入射到第二合束模块的合束镜等方式，使合束镜的数量小于窄线宽合束模块的数量。

所述合束镜可为二向色镜、梯形棱镜、X棱镜等，其上可镀有滤光膜，使得合束镜1-8能反射相应的窄线宽合束模块出射的光波长而透射从相邻的合束镜1-8反射和透射过来的光波长。例如，激光器的波长依次为λ1，λ2，λ3，λ4······λn-1，λn，λn+1，λn+2，对应第一个窄线宽合束模块的波长为λ1，λ2，则合束镜镀膜需要满足，λ1~λ2反射；第二个窄线宽合束模块的波长为λ3，λ4，合束镜镀膜需要满足，λ3~λ4反射，λ1~λ2透射，依次类推第n个窄线宽合束模块的波长为λn，λn+1，合束镜镀膜需要满足，λn~λn+1反射，λ1~λn-1透射。

上述多波长拉曼激光器还可包括热电制冷器、热敏电阻、光电探测器中的一种或多种；这些器件可直接安装在底板热沉上。

这种使用窄线宽合束模块阵列构成的多波长拉曼激光器，解除了各个波长的激光器需要和合束镜一一对应的限制。该激光器两个波长使用同一个合束镜，减少了合束镜的使用数量和镀膜难度，有效的控制了使用器件的种类和数量，并且，由于模块相对的独立且结构紧凑，在装调过程中可以保证较高的工艺性和重复性，保证产品的一致性和高效的生产效率。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (15)

1.一种窄线宽合束模块，具有第一激光器、第一快轴准直透镜、第一波长锁定器件、第二激光器、第二快轴准直透镜、第二波长锁定器件和慢轴准直透镜，所述第一激光器和第二激光器的波长不同，两个激光器有PN结的一面互相正对且尽可能的接近，第一激光器发出的光被第一快轴准直透镜进行快轴准直后经由第一波长锁定器件进行波长锁定形成第一快轴准直的窄线宽光束，第二激光器发出的光被第二快轴准直透镜进行快轴准直后经由第二波长锁定器件进行波长锁定形成第二快轴准直的窄线宽光束，这两束快轴准直的窄线宽光束再同时入射到同一个慢轴准直透镜进行慢轴准直，最终形成两束相互平行的窄线宽准直光束。

2.根据权利要求1所述的窄线宽合束模块，其特征在于，所述的两个激光器相对主光轴为轴对称放置，两个激光器发出的光的光轴和主光轴平行但不共轴，两个激光器有PN结的一侧正对着放置在主光轴的两侧，激光器的发光区垂直于主光轴且位于同一平面上。

3.根据权利要求1-2中任意一个所述的窄线宽合束模块，其特征在于，还具有分别具有三个台阶表面的第一辅助热沉和第二辅助热沉，所述第一激光器和第一波长锁定器件分别被安装于第一辅助热沉的第二台阶表面和第三台阶表面上，所述第二激光器和第二波长锁定器件分别被安装于第二辅助热沉的第二台阶表面和第三台阶表面上，两个辅助热沉的第一台阶表面相对紧贴设置。

4.根据权利要求3所述的窄线宽合束模块，其特征在于，所述激光器通过锡焊或直接烧结安装在辅助热沉上。

5.根据权利要求1-4中任意一个所述的窄线宽合束模块，其特征在于，所述的波长锁定器件可以是体布拉格光栅、闪耀光栅或平面光栅。

6.根据权利要求1-5中任意一个所述的窄线宽合束模块，其特征在于，所述模块具有耦合部分，所述耦合部分具有聚焦透镜和接收光纤，两束相互平行的窄线宽准直光束通过聚焦透镜聚焦后入射到接收光纤的入射端面。

7.根据权利要求6所述的窄线宽合束模块，其特征在于，所述聚焦透镜的光轴与主光轴共轴。

8.根据权利要求7所述的窄线宽合束模块，其特征在于，所述聚焦透镜是球面、非球面或自聚焦透镜。

9.根据权利要求8所述的窄线宽合束模块，其特征在于，所述光纤端面经过研磨和抛光，并镀有增透膜。

10.一种多波长拉曼激光器，其特征在于，具有多个如上述权利要求1-5中任意一个所述的窄线宽合束模块以及多个合束镜，所述多个窄线宽合束模块出射的窄线宽准直光束通过合束镜合束为相互平行的合束光，合束后的光束由上述耦合部分中的聚焦透镜会聚成像到接收光纤的入射端面上完成耦合。

11.根据权利要求10所述的多波长拉曼激光器，其特征在于，所述合束镜的数量小于等于所述窄线宽合束模块的数量。

12.根据权利要求11所述的多波长拉曼激光器，其特征在于，所述合束镜为二向色镜、梯形棱镜或X棱镜。

13.根据权利要求12所述的多波长拉曼激光器，其特征在于，所述多个窄线宽合束模块中的第二窄线宽合束模块至第n窄线宽合束模块的出射端均各设一合束镜，其中n为窄线宽合束模块的数量，第一窄线宽合束模块的出射光直接入射至位于第二窄线宽合束模块出射端的合束镜，所述合束镜均镀有滤光膜，所述滤光膜能反射其相应的窄线宽合束模块的波长并透射入射至合束镜的波长。

14.根据权利要求12所述的多波长拉曼激光器，其特征在于，每个窄线宽合束模块的出射端均设有合束镜，所述合束镜均镀有滤光膜，所述滤光膜能反射其相应的窄线宽合束模块的波长并透射入射至合束镜的波长。

15.根据权利要求10-14中任意一个所述的多波长拉曼激光器，其特征在于，所述多波长拉曼激光器还包括热电制冷器、热敏电阻、光电探测器中的一种或多种。