CN105207054B - 多单管半导体激光器光纤耦合模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了多单管半导体激光器光纤耦合模块，包括底板和设置在所述底板第一方向两端的两组阶梯热沉，所述两组阶梯热沉上分别设有若干个阶梯面，所述若干个阶梯面由所述底板中部向第一方向两端依次升高，每个阶梯面上相对设置两个半导体激光器，且所述两个半导体激光器沿所述底板第二方向布置，所述第二方向与所述第一方向垂直，所述两个半导体激光器之间设有刀锋直角反射镜，半导体激光器发出的光束在所述刀锋直角反射镜处合束，两组阶梯热沉之间设有反射镜，所述反射镜与所述刀锋直角反射镜的位置相对应且具有两个反射面以用于两组阶梯热沉上半导体激光束快轴方向上的合束，所述反射镜的出光束方向上依次设有扩束镜和聚焦镜。本发明提供的光纤耦合模块，可实现激光光束的二维排布，提高光纤耦合的输出功率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体激光装置技术领域，特别涉及一种多单管半导体激光器光纤耦合模块。
背景技术
高功率半导体激光器具有体积小、插头转换效率高、使用寿命长等优点，在材料加工、激光器泵浦以及国防安全等领域应用十分广泛。目前高功率半导体激光器与成套设备的问题制约了我国激光技术快速发展，该领域产品完全依赖于进口。
为了得到高功率、高亮度的半导体激光光纤耦合输出，国内外利用空间合束、偏振合束与波长合束等技术，提出了多种半导体激光器的合束与光纤耦合方案。如申请号为200810051511.2、200910207824.5、201010597864.8、201010174581.2、201120497201.9、201410843840.4等中国专利，在上述专利中，都是使用多个单管半导体激光器、巴条或者堆栈进行合束与光纤耦合。半导体激光器巴条和堆栈可以实现很高的输出功率，但是其光束质量较差，并不能满足工业激光加工的需要。单管半导体激光器通过合束后可以获得较高功率的激光输出，并且光束质量较好，因此对单管半导体激光器进行合束并实现光纤耦合输出具有十分重要的意义。
目前，单管半导体激光器光纤耦合的设计如中国专利：200910207824.5、201110394648.8等，都是将单管半导体激光进行一维的堆叠。这种设计一方面由于光纤尺寸与数值孔径的限制，降低了光纤耦合输出功率；另一方面为了获得较大的输出功率，增加了耦合聚焦镜的通光口径，造成了耦合聚焦镜口径过大，增加了聚焦镜设计与制造的难度。
发明内容
本发明目的是提供一种多单管半导体激光器光纤耦合模块，使原本的单管半导体激光一维快轴方向的堆叠，变为快轴方向与慢轴方向共同叠加，提高了耦合聚焦镜的通光口径的利用率以及光纤耦合的输出功率。
基于上述问题，本发明提供的技术方案是：
多单管半导体激光器光纤耦合模块，包括底板和设置在所述底板第一方向两端的第一阶梯热沉和第二阶梯热沉，所述第一阶梯热沉和所述第二阶梯热沉分别设有若干个阶梯面，所述若干个阶梯面由所述底板中部向第一方向两端依次升高，每个阶梯面上相对设置两个半导体激光器，且所述两个半导体激光器沿所述底板第二方向布置，所述第二方向与所述第一方向垂直，所述两个半导体激光器之间设有刀锋直角反射镜，半导体激光器发出的光束在所述刀锋直角反射镜处合束，所述第一阶梯热沉和所述第二阶梯热沉之间设有反射镜，所述反射镜与所述刀锋直角反射镜的位置相对应且具有两个反射面以用于所述第一阶梯热沉和所述第二阶梯热沉上半导体激光束快轴方向上的合束，所述反射镜的出光束方向上依次设有扩束镜和聚焦镜。
进一步的，每个半导体激光器与所述刀锋直角反射镜之间设有准直镜，所述准直镜为快轴准直镜和/或慢轴准直镜。
进一步的，所述刀锋直角反射镜的两个直角面分别与对应激光束的慢轴方向呈45度角。
进一步的，所述两个直角面上设有反射膜。
进一步的，所述反射镜为直角三角反射棱镜或平面反射镜。
进一步的，所述聚焦镜为三片式消球差聚焦镜或非球面聚焦镜，或包括快轴聚焦镜和慢轴聚焦镜。
进一步的，所述底板的下方设有水冷散热块。
与现有技术相比，本发明的优点是：
采用本发明的技术方案，采用半导体激光器的阶梯状排布及刀锋直角反射镜的运用，将光束进行二维排布，实现光束快轴方向和慢轴方向的叠加，克服了光纤尺寸与数值孔径的限制，提高了光纤耦合输出功率，降低了聚焦镜设计与制造的难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明多单管半导体激光器光纤耦合模块实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中阶梯热沉的结构示意图；
图3为本发明实施例光路俯视示意图；
其中：
1、底板；2、第一阶梯热沉；3、第二阶梯热沉；4、半导体激光器；5、刀锋直角反射镜；6、快轴准直镜；7、慢轴准直镜；8、反射镜；9、扩束镜；10、聚焦镜；11、水冷散热块；F、阶梯面。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
参见图1-3，为本发明实施例的结构示意图，其包括底板1和设置在底板1上的第一阶梯热沉2和第二阶梯热沉3，第一阶梯热沉2和第二阶梯热沉3分别固定在底板1第一方向的两端，第一阶梯热沉2和第二阶梯热沉3分别具有四个阶梯面F，并且四个阶梯面F由底板1中部向第一方向两端依次升高，应该理解，本发明的阶梯热沉上可设置其他数目的阶梯面，本发明在此处不做限制，在每个阶梯面F上设有两个半导体激光器4，并且这两个半导体激光器4沿底板1的第二方向布置，第二方向与第一方向垂直，在两个半导体激光器4之间设有刀锋直角反射镜5，两个半导体激光器4发出的光束在刀锋直角反射镜5处合束。
为了实现光束在快轴方向的合束，在第一阶梯热沉2和第二阶梯热沉3之间设有反射镜8，该反射镜8的位置与刀锋直角反射镜5相对应，并且该反射镜8具有两个反射面以实现第一阶梯热沉2和第二阶梯热沉3上半导体激光器4发出光束在快轴方向上的合束，本例中反射镜8可选用直角三角反射棱镜或平面反射镜，在反射镜8的出光束方向上依次设有扩束镜9和聚焦镜10，其中聚焦镜10可以为三片式消球差聚焦镜或非球面聚焦镜以实现对激光光束快轴和慢轴方向的统一聚焦，还可以包括快轴聚焦镜和慢轴聚焦镜以实现对激光光束快轴方向和慢轴方向上的分别聚焦，激光光束经聚焦镜聚焦后耦合进光纤。
本例中，刀锋直角反射镜5的两个直角面分别与对应激光束的慢轴方向呈45度角，为了进一步便于刀锋直角反射镜5对激光束在慢轴方向上进行合束，在刀锋直角反射镜5的两个直角面上设有反射膜。
为了进一步优化发明的实施效果，在每个半导体激光器4和刀锋直角反射镜5之间设有准直镜，该准直镜包括快轴准直镜6和慢轴准直镜7，或设置两种准直镜中的一种，优选的在半导体激光器4光束方向上依次设置快轴准直镜6和慢轴准直镜7。
为了进一步优化本发明的实施效果，在底板1的下方还设有水冷散热块11以实现耦合模块的有效散热。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.多单管半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于：包括底板(1)和设置在所述底板(1)第一方向两端的第一阶梯热沉(2)和第二阶梯热沉(3)，所述第一阶梯热沉(2)和所述第二阶梯热沉(3)分别设有若干个阶梯面(F)，所述若干个阶梯面(F)由所述底板(1)中部向第一方向两端依次升高，每个阶梯面(F)上相对设置两个半导体激光器(4)，且所述两个半导体激光器(4)沿所述底板(1)第二方向布置，所述第二方向与所述第一方向垂直，所述两个半导体激光器(4)之间设有刀锋直角反射镜(5)，半导体激光器(4)发出的光束在所述刀锋直角反射镜(5)处合束，所述第一阶梯热沉(2)和所述第二阶梯热沉(3)之间设有反射镜(8)，所述反射镜(8)与所述刀锋直角反射镜(5)的位置相对应且具有两个反射面以用于所述第一阶梯热沉(2)和所述第二阶梯热沉(3)上激光束快轴方向上的合束，所述反射镜(8)的出光束方向上依次设有扩束镜(9)和聚焦镜(10)。
2.根据权利要求1所述的多单管半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于：每个半导体激光器(4)与所述刀锋直角反射镜(5)之间设有准直镜，所述准直镜为快轴准直镜(6)和/或慢轴准直镜(7)。
3.根据权利要求1所述的多单管半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于：所述刀锋直角反射镜(5)的两个直角面分别与对应激光束的慢轴方向呈45度角。
4.根据权利要求3所述的多单管半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于：所述两个直角面上设有反射膜。
5.根据权利要求1所述的多单管半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于：所述反射镜(8)为直角三角反射棱镜或平面反射镜。
6.根据权利要求1所述的多单管半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于：所述聚焦镜(10)为三片式消球差聚焦镜或非球面聚焦镜，或包括快轴聚焦镜和慢轴聚焦镜。
7.根据权利要求1所述的多单管半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于：所述底板(1)的下方设有水冷散热块(11)。
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