CN106785898A - 一种半导体激光器光纤耦合系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种半导体激光器耦合系统系统，包括：Min‑bar激光二极管阵列，包括多个发光单元；偏振合束器，用于将所述多个发光单元的出射激光进行合束，得到激光束；反射镜，设置于所述Min‑bar激光二极管阵列与所述偏振合束器之间，用于接收所述多个发光单元的出射激光，并将其反射至所述偏振合束器中；用于输出所述激光束的光纤。由于Min‑bar激光二极管阵列中包括了多个发光单元，总输出功率相对现有技术中的单管合束技术得到的光纤耦合装置中每个单管的输出功率高，因此，输出相同功率的激光，所用的芯片数量较少，能够有效减小半导体激光器耦合系统的体积，提高了总输出功率，而且相对于叠阵耦合模块，光束质量也得到较大的提高。

Description

一种半导体激光器光纤耦合系统

技术领域

本发明涉及激光耦合技术领域，特别涉及一种半导体激光器光纤耦合系统。

背景技术

千瓦级高功率半导体激光器光纤耦合模块在工业切割、焊接、熔覆等领域有广泛的应用。目前，市场上千瓦级高功率半导体激光器光纤耦合模块主要使用单管合束技术，一台千瓦的半导体激光器光纤耦合模块需要100个以上的单管芯片，组装难度较大，成本比较高。如果利用叠阵(stack)合束技术，由于阵列的光束质量比较差，很难耦合到小芯径光纤里，影响其使用，并且用于阵列合束的光学元器件复杂不易装调，成本比较高。

因此，如何输出大功率激光的同时减小半导体激光器光纤耦合模块的体积是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体激光器耦合系统，有效减小半导体激光器光纤耦合模块的体积，同时输出大功率激光。

为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体激光器耦合系统，包括：

Min-bar激光二极管阵列，包括多个发光单元；

偏振合束器，用于将所述多个发光单元的出射激光进行合束，得到激光束；

反射镜，设置于所述Min-bar激光二极管阵列与所述偏振合束器之间，用于接收所述多个发光单元的出射激光，并将其反射至所述偏振合束器中；

用于输出所述激光束的光纤。

优选的，在上述半导体激光器耦合系统中，所述发光单元的出射激光的激光功率范围为50W-60W。

优选的，在上述半导体激光器耦合系统中，所述Min-bar激光二极管阵列的个数至少为四组，所述Min-bar激光二极管阵列包括至少五个所述发光单元。

优选的，在上述半导体激光器耦合系统中，所述Min-bar激光二极管阵列中的所述发光单元排列为行，形成发光单元行，所述Min-bar激光二极管阵列在垂直于所述发光单元行的方向上平行排列。

优选的，在上述半导体激光器耦合系统中，还包括：

与所述发光单元的出光口连接的准直装置。

优选的，在上述半导体激光器耦合系统中，所述准直装置为快慢轴准直器。

优选的，在上述半导体激光器耦合系统中，还包括：

与所述光纤连接的光纤连接器，用于接收所述偏振合束输出的所述激光束。

优选的，在上述半导体激光器耦合系统中，还包括：

设置于所述光纤连接器与所述偏振合束器之间的非球面聚焦镜。

本发明提供一种半导体激光器耦合系统系统，包括：Min-bar激光二极管阵列，包括多个发光单元；偏振合束器，用于将所述多个发光单元的出射激光进行合束，得到激光束；反射镜，设置于所述Min-bar激光二极管阵列与所述偏振合束器之间，用于接收所述多个发光单元的出射激光，并将其反射至所述偏振合束器中；用于输出所述激光束的光纤。

Min-bar激光二极管阵列中包括了多个发光单元，发光单元出射的激光经过快慢轴准直得到质量较高的光束，经过偏振合束器进行合束，经过光纤输出。由于总输出功率相对现有技术中的单管合束技术得到的光纤耦合装置中每个单管的输出功率高，因此，输出相同功率的激光，所用的芯片数量较少，能够有效减小半导体激光器耦合系统的体积，提高了总输出功率，而且相对于叠阵耦合模块，光束质量也得到较大的提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种半导体激光器耦合系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种半导体激光器耦合系统示意图。

在一种具体的实施方式中，提供了一种半导体激光器耦合系统，包括：

Min-bar激光二极管阵列，包括多个发光单元；

偏振合束器，用于将所述多个发光单元的出射激光进行合束，得到激光束；

反射镜，设置于所述Min-bar激光二极管阵列与所述偏振合束器之间，用于接收所述多个发光单元的出射激光，并将其反射至所述偏振合束器中；

用于输出所述激光束的光纤。

其中，Min-bar激光二极管阵列中，每个发光单元的间距及宽度都经过严格设计，无须复杂的光束整形系统就可以实现慢轴方向上的高光束质量，同时增加发光单元之间的间距以减小热串扰，提高其稳定性与寿命，提高功率。

需要指出的是，Min-bar激光二极管阵列的个数不进行具体限定，根据需要的激光功率进行具体设置，例如，输出千瓦功率的激光，每个Min-bar激光二极管阵列可包括五个输出功率为60W的发光单元，设置四个Min-bar激光二极管阵列，即可输出千瓦功率的激光。

由于Min-bar激光二极管阵列中包括了多个发光单元，发光单元出射的激光经过快慢轴准直得到质量较高的光束，经过偏振合束器进行合束，经过光纤输出。由于总输出功率相对现有技术中的单管合束技术得到的光纤耦合装置中每个单管的输出功率高，因此，输出相同功率的激光，所用的芯片数量较少，能够有效减小半导体激光器耦合系统的体积，提高了总输出功率，而且相对于叠阵耦合模块，光束质量也得到较大的提高。

在上述半导体激光器耦合系统的基础上，所述发光单元的出射激光的激光功率范围为50W-60W。

进一步的，在上述半导体激光器耦合系统中，所述Min-bar激光二极管阵列的个数至少为四组，所述Min-bar激光二极管阵列包括至少五个所述发光单元。

其中，在本实施例中，利用半导体激光器Min-bar合束技术，实现千瓦以上的耦合功率输出。具体的，采用四组输出功率为60W的Min-bar激光二极管阵列，阵列发光宽度为2.5mm，每个Min-bar激光二极管阵列具有五个发光单元，每个发光单元的发光尺寸为100μm(慢轴方向)*1.2μm(快轴方向)，慢轴发散角为10°，快轴发散角为58°，芯片的填充因子为20％，经过快慢轴准直得到质量较高的光束。经过合束、耦合技术，耦合进光纤连接器里面，经光纤输出。

在上述半导体激光器耦合系统的基础上，为了更好的利用空间，增加空间利用率，所述Min-bar激光二极管阵列中的所述发光单元排列为行，形成发光单元行，所述Min-bar激光二极管阵列在垂直于所述发光单元行的方向上平行排列。

将整个半导体激光器耦合系统制备成一个扁平长方体状的铜外壳包裹的

在上述半导体激光器耦合系统的基础上，还包括：

与所述发光单元的出光口连接的准直装置。

其中，准直装置可以为准直透镜或者快轴准直器、慢轴准直器，同样能够准直激光。

优选的，在上述半导体激光器耦合系统中，所述准直装置为快慢轴准直器。

其中，在快轴方向上通常采用平凸柱透镜进行准直，慢轴方向上通常采用平凸柱面微透镜列阵进行准直，利用透镜列阵增加每个发光单元的发光尺寸以达到较小发散角的目的。

在上述半导体激光器耦合系统的基础上，为了使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤21中去，并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小，还包括：

与所述光纤连接的光纤连接器20，用于接收所述偏振合束18输出的所述激光束。

进一步的，在上述半导体激光器耦合系统中，还包括：

设置于所述光纤连接器20与所述偏振合束器18之间的非球面聚焦镜19。

如图1所示，散热铜外壳1中包括：第一Min-bar激光二极管阵列2、第二Min-bar激光二极管阵列3、第三Min-bar激光二极管阵列4、第四Min-bar激光二极管阵列5，共四组Min-bar激光二极管阵列，每个Min-bar激光二极管阵列有五个发光单元，共二十个发光单元，每组的五个发光单元在铜外壳中呈高低阶梯状排列；利用各自对应的第一快慢轴准直器6、第二快慢轴准直器7、第三快慢轴准直器8、第四快慢轴准直器9的四组快慢轴准直器对Min-bar激光二极管阵列做快慢轴准直，以压缩激光器的快、慢轴发散角；通过相对应的反射镜组，每个Min-bar激光二极管阵列对应反射镜组，例如，第一Min-bar激光二极管阵列2所发出的激光反射到第一反射镜组10上，第二Min-bar激光二极管阵列3所发出的激光反射到第二反射镜组11上，第三Min-bar激光二极管阵列4所发出的激光反射到第三反射镜组12上，第四Min-bar激光二极管阵列5所发出的激光反射到第四反射镜组13上；第一反射镜组10和出射的光线和第二反射镜组11出射的激光经反射镜14和反射镜15垂直进入到偏振合束器18上，第三反射镜组12和第四反射镜组13经反射镜16和反射镜17的光垂直进入到偏振合束器18上，经过偏振合束器14合束成一束光，偏振合束器输出光经过非球面聚焦镜19，聚焦耦合到光纤连接器20里面，耦合到光纤连接器20光经过光纤21输出。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种半导体激光器耦合系统，其特征在于，包括：

Min-bar激光二极管阵列，包括多个发光单元；

偏振合束器，用于将所述多个发光单元的出射激光进行合束，得到激光束；

反射镜，设置于所述Min-bar激光二极管阵列与所述偏振合束器之间，用于接收所述多个发光单元的出射激光，并将其反射至所述偏振合束器中；

用于输出所述激光束的光纤。

2.如权利要求1所述的半导体激光器耦合系统，其特征在于，所述发光单元的出射激光的激光功率范围为50W-60W。

3.如权利要求2所述的半导体激光器耦合系统，其特征在于，所述Min-bar激光二极管阵列的个数至少为四组，所述Min-bar激光二极管阵列包括至少五个所述发光单元。

4.如权利要求3所述的半导体激光器耦合系统，其特征在于，所述Min-bar激光二极管阵列中的所述发光单元排列为行，形成发光单元行，所述Min-bar激光二极管阵列在垂直于所述发光单元行的方向上平行排列。

5.如权利要求1至4任一项所述的半导体激光器耦合系统，其特征在于，还包括：

与所述发光单元的出光口连接的准直装置。

6.如权利要求5所述的半导体激光器耦合系统，其特征在于，所述准直装置为快慢轴准直器。

7.如权利要求6所述的半导体激光器耦合系统，其特征在于，还包括：

与所述光纤连接的光纤连接器，用于接收所述偏振合束输出的所述激光束。

8.如权利要求7所述的半导体激光器耦合系统，其特征在于，还包括：

设置于所述光纤连接器与所述偏振合束器之间的非球面聚焦镜。