CN110718855A - 半导体激光器 - Google Patents

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刘鹏
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Abstract

本发明实施例提出一种半导体激光器，属于激光技术领域。该半导体激光器包括：光束耦合结构，光束耦合结构包括相位延迟片和偏振耦合器，偏振耦合器包括第一入射方向和第二入射方向，相位延迟片位于第一入射方向；至少两个出光单元，出光单元包括激光芯片、快轴准直透镜和慢轴准直透镜，激光芯片的出射光束依次经过快轴准直透镜和慢轴准直透镜，并入射至光束耦合结构。出光单元的出射光束分别在快轴方向和慢轴方向进行光束整形处理，并且至少两个出光单元分别沿第一入射方向和第二入射方向入射至偏振耦合器，从而提高偏振耦合器的出射光束的质量。

Description

半导体激光器
技术领域
本发明实施例涉及激光技术领域，具体地，涉及一种半导体激光器。
背景技术
随着科学技术的进步，市场对光纤耦合半导体激光器的功率、光束质量和亮度的要求越来越高。目前，可通过耦合多个激光源，以达到提高半导体激光器的光束亮度的技术目的。
然而，耦合多个数量的激光源，会使得整体设备的体积增大，并且激光源的耦合排布不合理，会导致出射光束质量差，光斑面积大，光斑的能量密度低等现象。
发明内容
本发明实施例旨在提出一种半导体激光器，可解决现有技术中多个光源的耦合排布不合理，导致出射光束质量差的技术问题。
本发明实施例采用以下技术方案：
一种半导体激光器，包括：
光束耦合结构，所述光束耦合结构包括相位延迟片和偏振耦合器，所述偏振耦合器包括第一入射方向和第二入射方向，所述相位延迟片位于所述第一入射方向；
至少两个出光单元，所述出光单元包括激光芯片、快轴准直透镜和慢轴准直透镜，所述激光芯片的出射光束依次经过所述快轴准直透镜和所述慢轴准直透镜，并入射至所述光束耦合结构，其中，一部分所述出光单元的出射光束经所述相位延迟片后，沿所述第一入射方向入射至所述偏振耦合器，另一部分所述出光单元的出射光束沿所述第二入射方向入射至所述偏振耦合器。
可选地，所述第一入射方向和所述第二入射方向分别对应设置有相同数量的所述出光单元的出射光束。
可选地，所述半导体激光器还包括第一反射镜，所述激光芯片发射的光束依次经过所述快轴准直透镜和所述慢轴准直透镜，并入射至所述第一反射镜，改变光路方向后，入射至所述光束耦合结构。
可选地，所述出光单元包括有合束反射镜、多个所述激光芯片以及与多个所述激光芯片分别一一对应的多个所述快轴准直透镜、多个慢轴准直透镜和多个所述第一反射镜，每一所述激光芯片的发射光束依次经过一个所述快轴准直透镜、一个所述慢轴准直透镜和一个所述第一反射镜，并入射至所述合束反射镜，其中多个所述激光芯片的发射光束在所述合束反射镜上合并，改变光路方向后，入射至所述光束耦合结构。
可选地，所述半导体激光器还包括输出光纤，所述光束耦合结构还包括聚焦透镜，所述偏振耦合器的出射光束经所述聚焦透镜聚焦，并耦合入射至所述输出光纤的输入端。
可选地，所述半导体激光器还包括封装基体，所述封装基体将所述光束耦合结构、所述至少两个出光单元和所述输出光纤的输入端固定耦合封装于一体，以构成封装体结构。
可选地，所述封装基体包括基底和多个凸台，多个所述凸台设置于所述基座，其中每一个所述第一反射镜对应设置于一个所述凸台。
可选地，多个所述凸台是呈阶梯状分布。
可选地，一个所述凸台设置有一个所述激光芯片、一个快轴准直透镜、一个慢轴准直透镜和一个第一反射镜。
可选地，所述快轴准直透镜和所述慢轴准直透镜之间的位置是相互可调的。
与现有技术相比较，在本实施例的所述半导体激光器中，所述偏振耦合器包括第一入射方向和第二入射方向，所述相位延迟片位于所述第一入射方向，一部分所述出光单元的出射光束经所述相位延迟片后，沿所述第一入射方向入射至所述偏振耦合器，另一部分所述出光单元的出射光束沿所述第二入射方向入射至所述所述偏振耦合器。即，所述出光单元的出射光束分别在快轴方向和慢轴方向进行光束整形处理以使所述出光单元的出射光束排布紧密，并且至少两个所述出光单元的出射光分别沿所述第一入射方向和所述第二入射方向入射至所述偏振耦合器，光束进一步地进行偏振耦合，从而提高所述偏振耦合器的出射光束的质量，出射光光斑的能量密度高，出光效果好。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明其中一实施例提供的一种半导体激光器的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提供的一种出光单元的示意图；
图3是图1所示的出光单元的一个视角图；
图4是图1所示的光束耦合结构的一个视角图；
图5是图1所示的出光效果图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“垂直的”、“水平的”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参阅图1，本发明实施例提出一种半导体激光器100，所述半导体激光器100包括至少两个出光单元10、光束耦合结构20和输出光纤30。所述出光单元10用于发射光束，所述光束耦合结构20用于将光束进行耦合处理，并将光束耦合射入至所述输出光纤30的输入端，所述输出光纤30用于将光束引导并出射，并可将光束作用于目标物体。在本实施例中，所述半导体激光器100还包括封装基体40，所述封装基体40将至少两个所述出光单元10、所述光束耦合结构20和所述输出光纤30的输入端固定耦合封装于一体，以构成封装体结构。
至少两个所述出光单元10排列设置，且至少两个所述出光单元10之间的出射光互不干拢。例如在所述光束耦合结构20的两个不同入射方向分别设置有相同数量的所述出光单元10的出射光束。在本实施例中，以四个所述出光单元10为例，在所述光束耦合结构20的两个不同入射方向分别设置有两个所述出光单元10，并且位于所述光束耦合结构20的同一个入射方向的两个所述出光单元10并列横着设置，且两个所述出光单元10之间的出射光互不干拢。可选地，在空间布局上，在所述光束耦合结构20的相对两侧分别设置有两个所述出光单元10，且位于所述光束耦合结构20的同一侧的两个所述出光单元10是并列横着设置，即四个所述出光单元10是呈矩形分布。
请参阅图2，在另一些实施例中，所述光束耦合结构20的同一个入射方向设置有三个所述出光单元10。可以理解地是，基于实际需求，本领域技术人员可将所述出光单元10设置为多个，而不仅限于图1、图2所示的个数。
请一并参阅图1、3，所述出光单元10包括激光芯片11、快轴准直透镜12和慢轴准直透镜13。所述激光芯片11用于在通电导通状态时，受激而发射激光束。所述激光芯片11出射的光束依次经过所述快轴准直透镜12和慢轴准直透镜13，并入射至所述光束耦合结构20。可以理解地是，所述快轴准直透镜12和所述慢轴准直透镜13之间的位置是可互相调换的，例如所述激光芯片11出射的光束依次经过所述慢轴准直透镜13和所述快轴准直透镜12，并入射至所述光束耦合结构20。在本实施例中，所述激光芯片11的出射光束分别经所述快轴准直透镜12和所述慢轴准直透镜13，进行光束整形处理，在所述快轴准直透镜12的作用下使得光束中的一部分光能在快轴方向上集中，且在所述慢轴准直透镜13的作用下使得光束中的另一部分光能在慢轴方向上集中，从而使光束的能量在空间布局更紧密。
具体地，所述出光单元10还包括第一反射镜14。在本实施例中，所述激光芯片11发射光束依次经过所述快轴准直透镜12和所述慢轴准直透镜13，并入射至所述第一反射镜14，在所述第一反射镜14的作用下，改变光路方向并入射至所述光束耦合结构20。
在本实施例中，所述出光单元10包括有合束反射镜15、多个所述激光芯片11以及与多个所述激光芯片11分别一一对应的多个所述快轴准直透镜12、多个慢轴准直透镜13和多个所述第一反射镜14，即每一个所述激光芯片11对应着一个所述快轴准直透镜12、一个所述慢轴准直透镜13和一个所述第一反射镜14，并构成一个光路结构，每一所述激光芯片11的发射光束依次经过一个所述快轴准直透镜12、一个所述慢轴准直透镜13和一个所述第一反射镜14，并入射至所述合束反射镜15。其中多个所述激光芯片11的发射光束在所述合束反射镜15上合并，并改变光路方向以入射至所述光束耦合结构20。
可以理解地是，本领域技术人员可根据实际需要在所述出光单元10中设置有固定数值的所述激光芯片11，通过固定数值个数的所述激光芯片11发射的光束作为光源，入射至所述光束耦合结构20。
如图3所示，所述封装基体40包括基底42和多个凸台41，多个所述凸台41设置于所述基底42上，多个所述凸台41呈阶梯状分布，其中所述基底42用于支撑固定多个所述凸台41。可选地，多个所述凸台41沿直线设置，且呈阶梯状分布；多个所述凸台41与所述基底42一体成型设置。所述合束反射镜15设置于所述基座，用于接收并反射分别经多个所述第一反射镜14反射的多个光束。每一个所述第一反射镜14对应设置于一个所述凸台41上，从而使得分别经多个所述第一反射镜14反射的多个光束之间互不干拢，且多个光束经改变光路方向后入射至所述合束反射镜15。可选地，一个所述凸台41设置有一个所述激光芯片11、一个快轴准直透镜12、一个慢轴准直透镜13和一个第一反射镜14。
请一并参阅图1、4，所述光束耦合结构20包括偏振耦合器21、相位延迟片22、第二反射镜23和聚焦透镜24，所述偏振耦合器21包括第一入射方向211和第二入射方向212，其中所述第一入射方向211和所述第二入射方向212的方向不同。所述相位延迟片22位于所述第一入射方向211，所述第二反射镜23位于所述第二入射方向212，所述聚焦透镜24位于所述偏振耦合器21的出射方向。可选地，所述相位延迟片22是半波片。
至少两个所述出光单元10的出射光束入射至所述光束耦合结构20，其中一部分所述出光单元10的出射光束入射至所述相位延迟片22后，沿所述第一入射方向211入射至所述偏振耦合器21，另一部分所述出光单元10的出射光束经所述第二反射镜23改变光路方向后，沿所述第二入射方向212入射至所述偏振耦合器21。光束在所述偏振耦合器21的偏振耦合作用下，耦合入射至所述聚焦透镜24，经所述聚焦透镜24聚焦后的光束耦合入射至所述输出光纤30的输入端，从而形成完成的光路系统。
在本实施例中，两个所述出光单元10的出射光束入射至所述相位延迟片22后，沿所述第一入射方向211入射至所述偏振耦合器21，另外两个所述出光单元10的出射光束经所述第二反射镜23改变光路方向后，沿所述第二入射方向212入射至所述偏振耦合器21。请参阅图5，图5是所述半导体激光器100的出光效果图，其中示出了经所述聚焦透镜24射出的光斑50。所述光斑50对应划分为第一区域51和第二区域52，其中在所述第一区域51和所述第二区域52分别对应着所述偏振耦合器21的两个不同入射方向上的光束，即：以所述第一区域51为例，两个所述出光单元10的出射光束入射至所述相位延迟片22后，再入沿所述第一入射方向211入射至所述偏振耦合器21，光束经所述偏振耦合器21耦合之后，再经所述聚集透镜聚焦，从而在所述光斑50图示中形成偏振光束511。
在本实施例中，所述偏振耦合器21的两个不同入射方向(所述第一入射方向211和所述第二入射方向212)分别设置有相同数量的所述出光单元10，所述出光单元10发射的光束在所述快轴准直透镜12、慢轴准直透镜13的光束整形处理下，入射至所述偏振耦合器21，在所述偏振耦合器21的作用下，偏振耦合，出射偏振光束511，光束的能量在快轴方向和慢轴方向的分布更紧密，即多个所述激光芯片11的出射光排布紧密，从而达到将所述偏振光束511紧密地排布于所述光斑50区域的技术效果，使得所述光斑50的能量密度高。
综上，本申请技术方案包括但不限于以下优点：
在本实施例的所述半导体激光器100中，所述偏振耦合器21包括第一入射方向211和第二入射方向212，所述相位延迟片22位于所述第一入射方向211，一部分所述出光单元10的出射光束经所述相位延迟片22后，沿所述第一入射方向211入射至所述偏振耦合器21，另一部分所述出光单元10的出射光束沿所述第二入射方向212入射至所述所述偏振耦合器21。即，所述出光单元10的出射光束分别在快轴方向和慢轴方向进行光束整形处理以使所述出光单元10的出射光束排布紧密，并且至少两个所述光出单元的出射光分别沿所述第一入射方向211和所述第二入射方向212入射至所述偏振耦合器21，光束进一步地进行偏振耦合，从而提高所述偏振耦合器21的出射光束的质量，出射光光斑50的能量密度高，出光效果好。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种半导体激光器，其特征在于，包括：
光束耦合结构，所述光束耦合结构包括相位延迟片和偏振耦合器，所述偏振耦合器包括第一入射方向和第二入射方向，所述相位延迟片位于所述第一入射方向；
至少两个出光单元，所述出光单元包括激光芯片、快轴准直透镜和慢轴准直透镜，所述激光芯片的出射光束依次经过所述快轴准直透镜和所述慢轴准直透镜，并入射至所述光束耦合结构，其中，一部分所述出光单元的出射光束经所述相位延迟片后，沿所述第一入射方向入射至所述偏振耦合器，另一部分所述出光单元的出射光束沿所述第二入射方向入射至所述偏振耦合器。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述第一入射方向和所述第二入射方向分别对应设置有相同数量的所述出光单元的出射光束。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器还包括第一反射镜，所述激光芯片发射的光束依次经过所述快轴准直透镜和所述慢轴准直透镜，并入射至所述第一反射镜，改变光路方向后，入射至所述光束耦合结构。
4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述出光单元包括有合束反射镜、多个所述激光芯片以及与多个所述激光芯片分别一一对应的多个所述快轴准直透镜、多个慢轴准直透镜和多个所述第一反射镜，每一所述激光芯片的发射光束依次经过一个所述快轴准直透镜、一个所述慢轴准直透镜和一个所述第一反射镜，并入射至所述合束反射镜，其中多个所述激光芯片的发射光束在所述合束反射镜上合并，改变光路方向后，入射至所述光束耦合结构。
5.根据权利要求4所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器还包括输出光纤，所述光束耦合结构还包括聚焦透镜，所述偏振耦合器的出射光束经所述聚焦透镜聚焦，并耦合入射至所述输出光纤的输入端。
6.根据权利要求5所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器还包括封装基体，所述封装基体将所述光束耦合结构、所述至少两个出光单元和所述输出光纤的输入端固定耦合封装于一体，以构成封装体结构。
7.根据权利要求6所述的半导体激光器，其特征在于，所述封装基体包括基底和多个凸台，多个所述凸台设置于所述基底，其中每一个所述第一反射镜对应设置于一个所述凸台。
8.根据权利要求7所述的半导体激光器，其特征在于，多个所述凸台是呈阶梯状分布。
9.根据权利要求7所述的半导体激光器，其特征在于，一个所述凸台设置有一个所述激光芯片、一个快轴准直透镜、一个慢轴准直透镜和一个第一反射镜。
10.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述快轴准直透镜和所述慢轴准直透镜之间的位置是相互可调的。
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