CN106684690A - 一种采用内置式锁波芯片的激光器模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用内置式锁波芯片的激光器模块，包括壳体、COS、散热台阶、底板，其中壳体和底板共同构成容器，COS、散热台阶位于容器内部的底板上，所述的COS焊接到散热台阶，散热台阶为多层结构，实现多个COS串联；所述的COS采用布拉格衍射光栅锁波芯片焊接到ALN热沉构成。本发明解决了使用传统技术无法实现窄线宽和精确波长控制的976nm高功率半导体激光器的问题，解决了目前作为光纤激光器泵浦源的915nm激光光源线宽较宽、波长漂移等存在的根本问题，而且同时提高了光纤激光器泵浦的效率，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及到使用内置衍射光栅的激光锁波芯片作为高功率半导体激光器核心光源领域，具体地说，是涉及到一种基于内置体布拉格衍射光栅实现激光锁波的高功率半导体激光技术，用于光纤激光器的泵浦领域。
背景技术
光纤激光器的泵浦波长与掺杂材料有关，无论掺钕或者掺铒的光纤激光器对976nm均具有很高的吸收峰，是长距离光纤通信中普遍使用的掺铒光纤放大器的重要泵浦源（黄毅泽，980nm高功率半导体激光器波长锁定器研究，2013）。现有的光纤激光器泵浦光源主要采用915nm波长的半导体激光器，但是光纤激光器对915nm的波长吸收低于对976nm的吸收峰的三倍。目前为止仍然使用915nm的半导体激光器作为光纤激光器泵浦源的主要原因是无法实现对976nm波长的精确控制在+/-2nm，以及无法实现窄线宽在1nm之内的高功率半导体激光器研制。传统的976nm半导体激光器输出波长范围在10-20nm之间，线宽为6nm甚至更大，波长随温度变化为0.3nm/℃，用户只能在低的生产率和高的投入成本之间进行选择。由于目前无法实现窄线宽的976nm激光器，文献中一般采用980nm作为基本波长进行研究。使用布拉格光纤光栅波长锁定器优于在半导体激光器端面镀增透膜的方法，传统采用F-P腔半导体激光器与光纤光栅组成弱反馈外腔激光器，通过控制激光器电流和温度，调谐光纤布拉格波长获得单模输出（黄毅泽，980nm高功率半导体激光器波长锁定器研究，2013）。
目前国内外对半导体激光器的光谱特性及其稳定性技术有多年的研究，但是半导体激光器输出功率较低，对其波长进行锁定的技术不能应用到高功率激光器阵列中。近年来，反射式体布拉格光栅（RBG）被应用于高功率半导体激光器的波长稳定和光谱压缩，取得了明显的效果（A.Gourevitch，Continuous Wave，30W laser-diode bar with 10GHZlinewidth for Rb laser pumping，OPTICS LETTERS，April 1,2008；张雪，体布拉格光栅外腔实现激光二极管同相模输出，强激光与粒子束，2009）。但是该结构是外置布拉格衍射光栅式，结构大，成本高，不利于高功率半导体激光器的广泛使用，同时光敏材料在处理过程中会收缩，对于湿度也很敏感，热稳定性不够好，不能承受高功率激光的连续辐射，而且难以做到足够的厚度，虽然后期美国中佛罗里达大学研制出了PTR玻璃，解决了上述问题，但是依旧存在成本高的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种采用内置式锁波芯片的激光器模块。
一种采用内置式锁波芯片的激光器模块，包括壳体、COS、散热台阶、底板，其中壳体和底板共同构成容器，COS、散热台阶位于容器内部的底板上，所述的COS焊接到散热台阶，散热台阶为多层结构，实现多个COS串联；所述的COS采用布拉格衍射光栅锁波芯片焊接到ALN热沉构成。
所述的COS采用内置布拉格衍射光栅芯片实现976nm锁波。
所述的COS采用金锡焊料将芯片和ALN热沉焊接一体，实现芯片高效散热。
所述的COS采用锡银铜焊料将COS和散热台阶焊接一体，实现COS高效散热。
所述的散热台阶与底板是一体结构，并采用分体式结构将壳体和底板锁在一起。
所述的散热台阶的长度、宽度和高度差参数采用ZEMAX、MATLAB散热模拟得到最优化值。
所述的布拉格衍射光栅锁波芯片刻布在半导体材料P-N结之间。
所述的COS串联结构实现高功率激光输出。
所述的激光器模块采用精确的温度控制，实现波长锁定。
基于上述技术方案，本发明具有如下技术优点：
1、本发明的一种用内置锁波芯片的激光器模块是采用在半导体材料P-N结之间刻布拉格光栅的锁波芯片实现激光输出。
2、本发明的一种用内置锁波芯片的激光器模块是首家采用线宽小于1nm的976nm激光芯片。
3、本发明的一种用内置锁波芯片的激光器模块是首家采用波长范围小于+/-2nm的976nm激光芯片。
4、本发明的一种用内置锁波芯片的激光器模块是首家采用波长温度系数控制在0.08nm/℃的976nm激光芯片。
5、本发明采用台阶式散热方式的结构实现高光束质量输出的激光模块。
6、本发明采用多管芯串联结构方式实现高功率976nm激光输出的激光模块。
7、本发明提供一种分体式结构，实现装配简易、维护维修方便的半导体激光器结构。
8、本发明实现了功率损耗低、热损耗低、能源损耗低、冷却系统小、增益光纤短、光纤光子暗化效应低的优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图，
图中, 壳体1、布拉格衍射光栅锁波芯片2、散热台阶3、底板4。
具体实施方式
，一种采用内置式锁波芯片的激光器模块，包括壳体1、COS、散热台阶3、底板4，其中壳体1和底板4共同构成容器，COS、散热台阶3位于容器内部的底板4上，所述的COS焊接到散热台阶3，散热台阶3为多层结构，实现多个COS串联；所述的COS采用布拉格衍射光栅锁波芯片2焊接到ALN热沉构成。
所述的COS采用内置布拉格衍射光栅芯片2实现976nm锁波。
所述的COS采用金锡焊料将芯片和ALN热沉焊接一体，实现芯片高效散热。
所述的COS采用锡银铜焊料将COS和散热台阶3焊接一体，实现COS高效散热。
所述的散热台阶3与底板4是一体结构，并采用分体式结构将壳体1和底板4锁在一起。
所述的散热台阶3的长度、宽度和高度差参数采用ZEMAX、MATLAB散热模拟得到最优化值。
所述的布拉格衍射光栅锁波芯片2刻布在半导体材料P-N结之间。
所述的COS串联结构实现高功率激光输出。
所述的激光器模块采用精确的温度控制，实现波长锁定。
实施例
使用内置式布拉格衍射光栅的976nm锁波芯片，其波长范围小于+/-2nm，波长温度系数控制在0.08nm/℃，将该芯片使用高温金锡焊料焊接到ALN热沉上，形成976nmCOS，分别将六个该锁波的COS使用低温锡银铜焊料焊接到底板的六个台阶上，利用金丝键合将六个COS串联，在7.5A的电流驱动下，实现60W激光输出。通过快慢轴光束整形和光束耦合，实现200um0.22NA的激光输出，得到波长范围小于+/-2nm，线宽小于1nm，波长温度系数0.08nm/℃，功率大于50W的高光束质量高功率激光，通过控制温度有效避免红移和蓝移现象。使用内置式布拉格衍射光栅的976nm锁波激光芯片的激光器模块在目前还未有相同的产品。
本发明解决了使用传统技术无法实现窄线宽和精确波长控制的976nm高功率半导体激光器的问题，解决了目前作为光纤激光器泵浦源的915nm激光光源线宽较宽、波长漂移等存在的根本问题，而且同时提高了光纤激光器泵浦的效率，降低了成本。
Claims (9)
1.一种采用内置式锁波芯片的激光器模块，其特征是：包括壳体（1）、COS、散热台阶（3）、底板（4），其中壳体（1）和底板（4）共同构成容器，COS、散热台阶（3）位于容器内部的底板（4）上，所述的COS焊接到散热台阶（3），散热台阶（3）为多层结构，实现多个COS串联；所述的COS采用布拉格衍射光栅锁波芯片（2）焊接到ALN热沉构成。
2.根据权利要求1所述的激光器模块，其特征是：所述的COS采用内置布拉格衍射光栅芯片实现976nm锁波。
3.根据权利要求1所述的激光器模块，其特征是：所述的散热台阶（3）与底板（4）是一体结构，并采用分体式结构将壳体（1）和底板（4）锁在一起。
4.根据权利要求1所述的激光器模块，其特征是：所述的布拉格衍射光栅锁波芯片（2）刻布在半导体材料P-N结之间。
5.根据权利要求1所述的激光器模块，其特征是：所述的COS采用金锡焊料将芯片和ALN热沉焊接一体，实现芯片散热。
6.根据权利要求1所述的激光器模块，其特征是：所述的COS采用锡银铜焊料将COS和散热台阶（3）焊接一体，实现COS高效散热。
7.根据权利要求1所述的激光器模块，其特征是：所述的散热台阶（3）的长度、宽度和高度差参数采用ZEMAX、MATLAB散热模拟得到最优化值。
8.根据权利要求1所述的激光器模块，其特征是：所述的COS串联结构实现高功率激光输出。
9.根据权利要求1所述的激光器模块，其特征是：所述的激光器模块采用精确的温度控制，实现波长锁定。
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