CN108680992A - 一种聚焦耦合输出端结构 - Google Patents
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Abstract
一种聚焦耦合输出端结构，其特征在于，包括：聚焦耦合光纤头（10），用于将宽光束的平行光束进行聚焦压缩并实现光纤尾纤的输出；玻璃管（20），置于聚焦耦合光纤头（10）外，并在玻璃管（20）内填充光学胶，用于将聚焦耦合过程中光纤包层中传输光的剥离；金属管（30），置于玻璃管（20）外实现玻璃管处产生热量的高效散热。本发明，通过聚焦耦合光纤头实现宽光束激光的聚焦耦合输出，通过熔接工艺的控制实现激光的高效传输，提升了半导体激光器封装的工作效率和半导体激光器输出功率稳定性，降低了光纤包层光对光纤损伤的风险，同时减小了热量对光纤固定胶稳定性的影响，特别适用于高功率半导体激光器的封装。
Description
技术领域
本申请属于激光技术领域，具体地说，涉及到半导体激光器封装用的输出端结构。
背景技术
半导体激光器具有电光效率高、体积小、寿命长、价格低等优点，已广泛应用于军事、医疗、通信、材料加工等领域。半导体激光器封装技术的提升有效改变了单激光芯片输出功率低的特点，将多个激光芯片输出的椭圆光分别进行快慢轴压缩、光束的偏转、聚焦、耦合到光纤，实现高功率的输出,为高功率半导体激光器的实现提供有效解决方法。
半导体激光器的封装工艺流程是将激光芯片发出的椭圆形光斑压缩成尺寸较小的圆形光斑并通过光路的偏转使多束激光形成平行光，宽光束的平行光经聚焦透镜聚焦到处于焦点位置处的输出光纤上，实现光纤的输出。但在宽光束平行光的聚焦过程中，当聚焦光斑尺寸大于输出光纤的纤芯直径，其多出部分会沿光纤包层光传输，而进入纤芯部分的光束中入射角度大于光纤数值孔径对应的全反射角的光束由于不满足全反射条件会从纤芯进入包层传输。包层中传输的激光会进一步在涂覆层中以热的形式耗散，特别是在多激光芯片耦合的高功率半导体激光器中会有更多的热量形成。热量的长时间积累最终会损伤光纤的涂覆层，同时还会对用于光纤固定的胶的稳定性产生影响，将导致输出光纤的损伤、输出功率的下降，直至整个半导体激光器完全失效。
发明内容
针对上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有聚焦耦合功能的半导体激光器输出端结构，有效改善光纤输出端热量积累的问题。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种聚焦耦合输出端结构，包含：聚焦耦合光纤头，用于将宽光束的平行光束进行聚焦压缩并实现光纤尾纤的输出；玻璃管，置于聚焦耦合光纤头外，并在玻璃管内填充光学胶，用于将聚焦耦合过程中光纤包层光进行剥离，剥离的光在玻璃管处转换成热量；金属管具有高效的热传导性能实现玻璃管处的热量的高效耗散。
所述的聚焦耦合光纤头由聚焦耦合镜和多模光纤通过熔接的方法制作而成。
所述的聚焦耦合光纤头也可以由直径较粗的石英玻璃棒，通过熔融拉锥的方法拉制成直径与多模光纤纤芯匹配的玻璃棒，并和多模光纤熔接。
所述石英玻璃棒拉锥后的表层涂覆有低折射率光学胶以形成波导结构，该低折射率光学胶的折射率系数可由以下公式计算：
式中：NA为多模光纤的数值孔径；n1为石英玻璃棒的折射率系数；n2为低折射率光学胶的折射率系数。
所述的玻璃管采用丙酮等腐蚀溶液将玻璃管的外表面腐蚀成磨砂面，剥离出的光束在磨砂面处转化成热量。
所述的光学胶采用折射率系数大于光纤包层折射率的光学胶，折射率系数越大其包层光剥离性能越好。
所述的光学胶的固化采用紫外光源均匀照射的方式，实现光学胶的完全固化，同时避免光学胶内部形成气泡。
所述的金属管采用具有高导热系数的材料制作。
所述的聚焦耦合光纤头端面进行抛光并镀有与激光芯片波长匹配的增透膜。
与现有技术相比，本发明可以获得以下技术效果：通过聚焦耦合镜和多模光纤的熔接实现宽光束激光的聚焦耦合输出，通过熔接工艺的控制实现激光的高效传输，制作完成的聚焦耦合输出端结构件优化了封装工艺步骤，提升了半导体激光器封装的工作效率；采用高折射率的光学胶、玻璃管及金属管的装配实现激光耦合过程中光纤包层光的高效剥离，剥离光在玻璃管的磨砂面处形成热量的高效耗散，降低了光纤包层光对光纤损伤的分险，同时减小了热量对光纤固定胶稳定性的影响，有效提升了半导体激光器输出功率稳定性，特别适用于高功率半导体激光器的封装。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明实施例中聚焦耦合输出端结构的示意图。
图2是本发明实施例中聚焦耦合输出头的示意图。
图3是本发明另一实施例中聚焦耦合输出头的示意图。
附图中：10聚焦耦合输出头、11聚焦耦合镜、12多模光纤、13石英玻璃棒、14低折射率光学胶、20玻璃管、30金属管。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
图1为本发明实施例中的聚焦耦合输出端结构，包含：聚焦耦合输出头10用于将多激光芯片封装过程中光束经快慢轴压缩、光束转折形成的宽光束激光聚焦并耦合到光纤尾纤输出；玻璃管20置于聚焦耦合输出头10外，并在两者之间填充具有高折射率的光学胶，高折射率光学胶将激光光束聚焦耦合过程中未进入光纤纤芯及进入光纤纤芯但不满足全反射条件而形成的包层光进行有效剥离，被剥离的包层光在玻璃管20上形成热量；金属管30采用具有高热传导系数的金属材料制作而成，实现玻璃管20处热量的高效散热。
图2为本发明实施例中聚焦耦合输出头10的示意图，聚焦耦合输出头10由聚焦耦合镜11和多模光纤12通过熔接的工艺制作，通过熔接工艺的控制实现激光束的高效率传输。
图3为本发明的另一个实施例中聚焦耦合输出头10的示意图，该聚焦耦合输出头10由石英玻璃棒13和多模光纤12通过熔接方式制作，其中，石英玻璃棒13是一根直径较粗的玻璃棒，通过熔融拉锥的方式将玻璃棒另一端拉制成直径和多模光纤12纤芯直径相匹配的细玻璃棒。熔融拉锥后的石英玻璃棒13的表层涂覆一层低折射率光学胶14，该低折射率光学胶14的折射率系数可由以下公式计算：
式中：NA为多模光纤12的数值孔径；n1为石英玻璃棒13的折射率系数；n2为低折射率光学胶14的折射率系数。
由公式计算得出的n2值即为将石英玻璃棒13涂覆的低折射率光学胶14的折射率系数，涂覆完成后的玻璃棒构成了一个新的波导结构，可以实现激光在石英玻璃棒13内的传输。新的波导结构和多模光纤12具有匹配的数值孔径，实现激光在石英玻璃棒13到多模光纤12的高效传输。
玻璃管20和聚焦耦合输出头10之间填充折射率系数大于多模光纤12包层折射率的光学胶，用来将未能耦合进入多模光纤12纤芯的包层中传输的光进行剥离，其填充的光学胶的折射率越大包层光的剥离能力越强。
光学胶的固化采用紫外光源进行均匀照射，实现均匀固化，其填充过程中应避免形成气泡，因为固化后的气泡容易吸收热量，形成高温点。该点处温度的增加易造成气泡附近光学胶温度的升高，不利于包层光的散热。
玻璃管20的外表面使用丙酮等腐蚀溶液进行腐蚀，将外表面腐蚀成磨砂面，有利于将剥离出的包层光转化成热量。
金属管30采用具有高导热系数的金属，如铜等制作而成，将玻璃管20处形成的热量向外传导散热。
聚焦耦合输出端结构件装配完成后的聚焦耦合镜11端面进行抛光并镀上与激光芯片波长匹配的增透膜，提高激光的透过率。
上述说明示出并描述了本申请的优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种聚焦耦合输出端结构，其特征在于，包括：聚焦耦合光纤头（10），用于将宽光束的平行光束进行聚焦压缩并实现光纤尾纤的输出；玻璃管（20），置于聚焦耦合光纤头（10）外，并在玻璃管（20）内填充光学胶，用于将聚焦耦合过程中光纤包层中传输光的剥离；金属管（30），置于玻璃管（20）外实现玻璃管处产生热量的高效散热。
2.根据权利要求1所述的一种聚焦耦合输出端结构，其特征在于，所述聚焦耦合光纤头（10）由聚焦耦合镜（11）和多模光纤（12）通过熔接的方法制作而成。
3.根据权利要求1所述的一种聚焦耦合输出端结构，其特征在于，所述聚焦耦合光纤头（10）由直径较粗的石英玻璃棒（13）、通过熔融拉锥的方法拉制成直径与多模光纤纤芯匹配的细玻璃棒，并和多模光纤熔接制作。
4.根据权利要求3所述的一种聚焦耦合输出端结构，其特征在于，所述石英玻璃棒（13）拉锥后的表层涂覆有低折射率光学胶（14）以形成波导结构，该低折射率光学胶（14）的折射率系数可由以下公式计算：
式中：NA为多模光纤（12）的数值孔径；n1为石英玻璃棒（13）的折射率系数；n2为低折射率光学胶（14）的折射率系数。
5.根据权利要求1所述的一种聚焦耦合输出端结构，其特征在于，所述玻璃管（20）采用丙酮腐蚀溶液对玻璃管（20）的外表面进行腐蚀，形成磨砂面。
6.根据权利要求1所述的一种聚焦耦合输出端结构，其特征在于，所述光学胶采用折射率系数大于光纤包层折射率的光学胶。
7.根据权利要求1所述的一种聚焦耦合输出端结构，其特征在于，所述光学胶的固化采用紫外光源均匀照射的方式进行，实现光学胶的完全固化，同时避免光学胶内部形成气泡。
8.根据权利要求1所述的一种聚焦耦合输出端结构，其特征在于，所述金属管（30）采用具有高导热系数的材料。
9.根据权利要求1所述的一种聚焦耦合输出端结构，其特征在于，所述的聚焦耦合光纤头（10）端面进行抛光并镀有与激光芯片波长匹配的增透膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20181019 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |