CN112103768A - 一种半导体激光器 - Google Patents

Abstract

一种半导体激光器，包括第一发光模块、第二发光模块、合束器、聚焦透镜和输出光纤，所述第一发光模块和第二发光模块相对设置，合束器和聚焦透镜设置在第一发光模块和第二发光模块之间，合束器包括偏振片，合束器上设有第一透射端面、第二透射端面、第一反射端面和第二反射端面，所述偏振片布置于第二透射端面上，所述第一发光模块发射的激光经第一透射端面和第一反射端面后，在第二反射端面上进行反射，所述第二发光模块发出的激光先经偏振片偏振，而后经第二透射端面、第二反射端面到达第一反射端面进行反射，从所述第二反射端面发射出的激光和从所述第一反射端面发射出的激光经过聚焦透镜聚焦后耦合进入输出光纤。

Description

一种半导体激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种半导体激光器。

背景技术

激光器是一种能够用于发射激光的装置，通过设置在其中的半导体激光单管产生激光，但是单个半导体激光单管功率有限，产生的激光亮度不能满足实际要求，所以需要多个半导体激光单管进行叠加，增加输出激光的亮度。

目前的技术方案中，半导体激光单管输出的激光一般经过快轴准直镜、慢轴准直镜和错位布置的反射镜反射后，在快慢轴方向上进行叠加，随后经过快轴聚焦透镜和慢轴聚焦透镜聚焦后，耦合进入输出光纤，以上方案中，由于反射镜、聚焦透镜、光纤往往设置在一条直线上，往往会导致半导体激光器的长度过长。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明实施例的目的是提供一种小体积的半导体激光器。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种半导体激光器，包括第一发光模块、第二发光模块、合束器、聚焦透镜和输出光纤，所述第一发光模块和第二发光模块相对设置，合束器和聚焦透镜设置在第一发光模块和第二发光模块之间，合束器包括偏振片，合束器上设有第一透射端面、第二透射端面、第一反射端面和第二反射端面，所述偏振片布置于第二透射端面上，所述第一发光模块发射的激光经第一透射端面和第一反射端面后，在第二反射端面上进行反射，所述第二发光模块发出的激光先经偏振片偏振，而后经第二透射端面、第二反射端面到达第一反射端面进行反射，从所述第二反射端面发射出的激光和从所述第一反射端面发射出的激光经过聚焦透镜聚焦后耦合进入输出光纤。

本发明提供的半导体激光器具有以下有益效果：通过将合束器和聚焦透镜设置在第一发光模块和第二发光模块之间，从而优化了激光器壳体内的元件布局，减小了半导体激光器的长度。

附图说明

图1为本发明实施例1一种半导体激光器（带有光路）的结构示意图。

图2为本发明实施例1一种半导体激光器的结构示意图。

图3为本发明实施例2一种半导体激光器的结构示意图。

图4为本发明实施例2一种半导体激光器的合束器的结构示意图。

图5为本发明实施例2一种半导体激光器的合束器的光路示意图。

图6为本发明实施例3一种半导体激光器的合束器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

实施例1：

请参考图1，本发明的实施例1提供了一种半导体激光器，包括第一发光模块1、第二发光模块2、合束器3、快轴聚焦透镜4、慢轴聚焦透镜5和输出光纤6，第一发光模块1和第二发光模块2发射的激光分别进入合束器3后进行合束，合束后的激光经过快轴聚焦透镜4和慢轴聚焦透镜5在快慢轴上聚焦后，耦合进入输出光纤6。

合束器3、快轴聚焦透镜4和慢轴聚焦透镜5设置在第一发光模块1和第二发光模块2之间。本实施例1中，第一发光模块1包括多个第一激光单元11、多个第一反射镜12和一个第二反射镜13；其中，第一激光单元11包括第一半导体激光单管111、第一快轴准直镜112和第一慢轴准直镜113，第一发光模块1中的多个第一半导体激光单管111从高到低依次排列，第一慢轴准直镜113设置于第一快轴准直镜112的出光方向上，第一反射镜12位于第一慢轴准直镜113的出光方向上，第二反射镜13位于第一反射镜12的出光方向上。

第二发光模块2与第一发光模块1相对设置，第二发光模块2包括多个第二激光单元21、多个第三反射镜22和一个第四反射镜23；其中，第二激光单元21包括第二半导体激光单管211、第二快轴准直镜212和第二慢轴准直镜213，第二发光模块2中的多个第二半导体激光单管211从高到低依次排列，第二慢轴准直镜213设置于第二快轴准直镜212的出光方向上，第三反射镜22位于第二慢轴准直镜213的出光方向上，第四反射镜23位于第三反射镜22的出光方向上。

半导体激光器壳体内部的底面呈阶梯面结构，该阶梯面结构的底面包括至少一个台阶面，每一台阶面用于放置一激光单元的半导体激光单管、快轴准直镜、慢轴准直镜，且激光单元与输出光纤6的入射面的距离与台阶面的高度呈正比，也即是，离输出光纤6入射面越近的激光单元所在的台阶面高度越低，离输出光纤6入射面越远的激光单元所在的台阶面高度越高，从而使得每个激光单元所在光路输出的光斑相互之间不会叠加在一起，都能够输入到对应的反射镜上。

本实施例1中，合束器3由偏振片31和两个三棱镜叠加构成。

参考图2，合束器3包括偏振片31、第一三棱镜301和第二三棱镜302，第一三棱镜301位于第二三棱镜302的上方，第一三棱镜301上设有第一透射端面32和第一反射端面34，第二三棱镜302上设有第二透射端面33和第二反射端面35，第二反射端面35与第一反射端面34呈一定夹角且两者相对设置，偏振片31布置于第二透射端面33上，偏振片31可以将第二发光模块2反射的激光进行偏振，改变激光束的偏振方向，第一透射端面32位于第二反射镜13的出光方向上，第二透射端面33位于第四反射镜23的出光方向上，合束器3可将第一发光模块1和第二发光模块2发出的激光偏振合束处理。

第一反射端面34透射S偏振的光、反射P偏振的光，第二反射端面35透射P偏振的光、反射S偏振的光，第一半导体激光单管111和第二半导体激光单管211均发出S偏振的光，偏振片31将S偏振的光转换成P偏振的光。

也可让第一半导体激光单管111和第二半导体激光单管211均发出P偏振的光，第一反射端面34透射P偏振的光、反射S偏振的光，第二反射端面35透射S偏振的光、反射P偏振的光，偏振片31将P偏振的光转换成S偏振的光。

本实施例1中，第一反射镜12、第二反射镜13、第三反射镜22、第四反射镜23、第一反射端面34和第二反射端面35上均镀有一层高反射率介质膜。

本实施例1中，快轴聚焦透镜4位于第一反射端面34和第二反射端面35的出光方向上,快轴聚焦透镜4为球面柱透镜，或者为非球面柱透镜；慢轴聚焦透镜5为球面柱透镜，或者为非球面柱透镜，快轴聚焦透镜4为单柱透镜，或者为复合柱透镜；慢轴聚焦透镜5为单柱透镜，或者为复合柱透镜，快轴聚焦透镜4和慢轴聚焦透镜5垂直于平面布置。

本实施例1中，多个第一激光单元11的激光的叠加方式包括以下任意一种或多种方式的组合：空间叠加、偏振叠加、波长叠加。多个第一激光单元11的相邻激光单元之间保持一固定的高度差(例如可以为0.35mm)。多个第一激光单元11的第一半导体激光单管111分别对应设于多个呈阶梯状分布的多个热沉上。多个第二激光单元21的激光的叠加方式包括以下任意一种或多种方式的组合：空间叠加、偏振叠加、波长叠加。多个第二激光单元21的相邻激光单元之间保持一固定的高度差(例如可以为0.35mm)。多个第二激光单元21的半导体激光单管211分别对应设于多个呈阶梯状分布的多个热沉上。

工作时，第一发光模块1中的第一半导体激光单管111发出的激光经第一快轴准直镜112和第一慢轴准直镜113后，在快轴和慢轴方向上进行准直，由于第一反射镜12位于慢轴准直镜113的出光方向上，所以准直后的激光束经第一反射镜12进行反射，第二反射镜13位于第一反射镜12的出光方向上，偏转后的激光束经第二反射镜13进行反射，合束器3的第一透射端面32位于第二反射镜13的出光方向上，因此经第二反射镜13反射后的激光束透过第一透射端面32和第一反射端面34后，在第二反射端面35上进行反射。

第二发光模块2中的第二半导体激光单管211发出的激光经第二快轴准直镜212和第二慢轴准直镜213后，在快轴和慢轴方向上进行准直，由于第三反射镜22位于慢轴准直镜213的出光方向上，所以准直后的激光束经第三反射镜22进行反射，第四反射镜23位于第三反射镜22的出光方向上，偏转后的激光束经第四反射镜23进行反射，偏振片31位于第二透射端面33一侧，经第四反射镜23反射的激光束在偏振片31进行偏振，从而改变激光束的偏振方向，偏振后的激光束透过第二透射端面33、第二反射端面35后，在第一反射端面34上进行反射。

从第二反射端面35反射出的激光和从第一反射端面34反射出的激光合束后经过快轴聚焦透镜4和慢轴聚焦透镜5进行耦合，耦合后的激光束进入输出光纤6。合束后的激光束亮度得到提升，且形状接近圆形。

实施例2：

参考图3，本实施例2提供的另一导体激光器，其合束器3’由偏振片31和四个三棱镜叠加构成；其余结构则与实施例1基本相同。

参考图4和图5，合束器3’包括偏振片31、第一三棱镜301’、第二三棱镜302’、第三三棱镜303’和第四三棱镜304’，第一三棱镜301’位于上部，第二三棱镜302’位于下部，第三三棱镜303’位于左部，第四三棱镜304’位于右部，第一三棱镜301’设有第一透射端面32’、第一反射端面34’和第二反射端面35’，第二三棱镜302’设有第二透射端面33’、第一反射端面34’和第二反射端面35’，偏振片31布置于第二透射端面33’上, 第三三棱镜303’设有第一反射端面34’和第二反射端面35’，第四三棱镜304’设有第一反射端面34’和第二反射端面35’。

本实施例2中，四个三棱镜的形状为等腰直角三角形，四个三棱镜两两相对设置，布置后的四个三棱镜的横截面呈矩形，这四个三棱镜的第一反射端面34’拼合在一起，这四个三棱镜的第二反射端面35’拼合在一起，也就是，第一三棱镜301’的第一反射端面34’与第四三棱镜304’的第一反射端面34’拼合，第一三棱镜301’的第二反射端面35’与第三三棱镜303’的第二反射端面35’拼合，第二三棱镜302’的第一反射端面34’与第三三棱镜303’的第一反射端面34’拼合，第二三棱镜302’的第二反射端面35’与第四三棱镜304’的第二反射端面35’拼合；第一反射端面34’和第二反射端面35’呈夹角且两者相对设置。

第一反射端面34’透射S偏振的光、反射P偏振的光，第二反射端面35’透射P偏振的光、反射S偏振的光，第一半导体激光单管111和第二半导体激光单管211均发出S偏振的光，偏振片31将S偏振的光转换成P偏振的光。

也可让第一半导体激光单管111和第二半导体激光单管211均发出P偏振的光，第一反射端面34’透射P偏振的光、反射S偏振的光，第二反射端面35’透射S偏振的光、反射P偏振的光，偏振片31将P偏振的光转换成S偏振的光。

在上述实施例中，也可选用能发出不同偏振态激光的第一半导体激光单管111和第二半导体激光单管211，这样就不用设置偏振片31。工作时，第一发光模块1中的第一半导体激光单管111发出的激光经第一快轴准直镜112和第一慢轴准直镜113后，在快轴和慢轴方向上进行准直，由于第一反射镜12位于慢轴准直镜113的出光方向上，所以准直后的激光束经第一反射镜12进行反射，第二反射镜13位于第一反射镜12的出光方向上，偏转后的激光束经第二反射镜13进行反射，第一三棱镜301’的第一透射端面32’位于第二反射镜13的出光方向上，经第二反射镜13反射后的激光束透过第一透射端面32’后，一部分激光束到达第一三棱镜301’和第三三棱镜303’的第二反射端面35’，经该第二反射端面35’进行反射，之后经第一三棱镜301’和第四三棱镜304’的第一反射端面34’透射；另一部分激光束到达第一三棱镜301’和第四三棱镜304’的第一反射端面34’，经该第一反射端面34＇透射，之后经第四三棱镜304’和第二三棱镜302’的第二反射端面35’反射。

第二发光模块2中的第二半导体激光单管211发出的激光经第二快轴准直镜212和第二慢轴准直镜213后，在快轴和慢轴方向上进行准直，由于第三反射镜22位于慢轴准直镜213的出光方向上，所以准直后的激光束经第三反射镜22进行反射，第四反射镜23位于第三反射镜22的出光方向上，偏转后的激光束经第四反射镜23进行反射，偏振片31位于第二透射端面33’一侧，经第四反射镜23反射的激光束在偏振片31进行偏振，从而改变激光束的偏振方向，偏振后的激光束透过第二透射端面33’后，一部分激光束到达第二三棱镜302’和第三三棱镜303’的第一反射端面34’，经该第一反射端面34’进行反射，之后经第二三棱镜302’和第四三棱镜304’的第二反射端面35’透射；另一部分激光束到达第二三棱镜302’和第四三棱镜304’的第二反射端面35’，经该第二反射端面35’透射，之后经第一三棱镜301’和第四三棱镜304’的第一反射端面34’反射。

从第二反射端面35’发射出的激光和从第一反射端面34’发射出的激光合束后经过快轴聚焦透镜4和慢轴聚焦透镜5进行耦合，耦合后的激光束进入输出光纤6。合束后的激光束亮度得到提升，且形状接近圆形。

实施例3：

请参阅图6，其为实施例3的示意图，在实施例3中，通过设置在第一发光模块1和第二发光模块2之间的一个聚焦透镜40同时实现了光线的快轴聚焦和慢轴聚焦，从而不需要两个聚焦透镜；进一步的，在实施例3中，第一发光模块1和第二发光模块2之间具有较大的空间，因此可将用于固定输出光纤6的光纤固定装置61全部伸入半导体激光器的壳体中，而不露出壳体外，通过减少了壳体外侧的光纤固定装置的尺寸，实现了减少半导体激光器的尺寸。

上述实施例中快轴聚焦透镜4、慢轴聚焦透镜5、聚焦透镜40的位置由其聚焦特性和输出光纤6入射面的位置决定，用于将光线聚焦到输出光纤6的入射面中。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。

应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体激光器，其特征在于，包括第一发光模块、第二发光模块、合束器、聚焦透镜和输出光纤，所述第一发光模块和第二发光模块发出的激光的偏振态相同，所述第一发光模块和第二发光模块相对设置，所述合束器和聚焦透镜设置在第一发光模块和第二发光模块之间，所述合束器包括偏振片，所述合束器上设有第一透射端面、第二透射端面、第一反射端面和第二反射端面，所述偏振片布置于第二透射端面上，所述第一发光模块发射的激光经第一透射端面和第一反射端面后，在第二反射端面上进行反射，所述第二发光模块发出的激光先经偏振片偏振，而后经第二透射端面、第二反射端面到达第一反射端面进行反射，从所述第二反射端面发射出的激光和从所述第一反射端面发射出的激光经过聚焦透镜聚焦后耦合进入输出光纤。

2.根据权利要求1所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述合束器包括第一三棱镜和第二三棱镜，所述第一三棱镜位于第二三棱镜的上方，在所述第一三棱镜上设置第一透射端面和第一反射端面，在所述第二三棱镜上设置第二透射端面和第二反射端面，所述第一反射端面和第二反射端面相对设置，且所述第一反射端面和第二反射端面透射不同偏振态的光。

3.根据权利要求2所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述合束器还包括第三三棱镜和第四三棱镜，所述第三三棱镜位于第二三棱镜的左方，所述第四三棱镜位于第二三棱镜的右方，所述第一三棱镜上还设置有第二反射端面，所述第二三棱镜上还设置有第一反射端面，所述第三三棱镜和第四三棱镜上均设置有第一反射端面和第二反射端面，所述第一三棱镜的第一反射端面与第四三棱镜的第一反射端面拼合，所述第一三棱镜的第二反射端面与第三三棱镜的第二反射端面拼合，所述第二三棱镜的第一反射端面与第三三棱镜的第一反射端面拼合，所述第二三棱镜的第二反射端面与第四三棱镜的第二反射端面拼合。

4.根据权利要求2或3所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述第一发光模块包括多个第一激光单元、多个第一反射镜和一个第二反射镜；所述第一激光单元包括第一半导体激光单管、第一快轴准直镜和第一慢轴准直镜，所述第一慢轴准直镜位于所述第一快轴准直镜的出光方向上，所述第一反射镜位于第一慢轴准直镜的出光方向上，所述第二反射镜位于第一反射镜的出光方向上。

5.根据权利要求4所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述第二发光模块包括多个第二激光单元、多个第三反射镜和一个第四反射镜；其中，所述第二激光单元包括第二半导体激光单管、第二快轴准直镜和第二慢轴准直镜，所述第二慢轴准直镜位于第二快轴准直镜的出光方向上，所述第三反射镜位于第二慢轴准直镜的出光方向上，所述第四反射镜位于第三反射镜的出光方向上，所述第一透射端面位于第二反射镜的出光方向上，所述第二透射端面位于第四反射镜的出光方向上。

6.根据权利要求书1所述的一种半导体激光器，其特征在于，用于固定输出光纤的光纤固定装置全部伸入半导体激光器的壳体中。

7.根据权利要求1所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述第一反射端面透射S偏振的光、反射P偏振的光，所述第二反射端面透射P偏振的光、反射S偏振的光，所述第一发光模块和第二发光模块均发出S偏振的光，所述偏振片将S偏振的光转换成P偏振的光。

8.根据权利要求1所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述第一反射端面透射P偏振的光、反射S偏振的光，所述第二反射端面透射S偏振的光、反射P偏振的光，所述第一发光模块和第二发光模块均发出P偏振的光，所述偏振片将P偏振的光转换成S偏振的光。

9.一种半导体激光器，其特征在于，包括第一发光模块、第二发光模块、合束器、聚焦透镜和输出光纤，所述第一发光模块和第二发光模块发出的激光的偏振态不同，所述第一发光模块和第二发光模块相对设置，所述合束器和聚焦透镜设置在第一发光模块和第二发光模块之间，所述合束器上设有第一透射端面、第二透射端面、第一反射端面和第二反射端面，所述第一发光模块发射的激光经第一透射端面和第一反射端面后，在第二反射端面上进行反射，所述第二发光模块发出的激光经第二透射端面、第二反射端面到达第一反射端面进行反射，从所述第二反射端面发射出的激光和从所述第一反射端面发射出的激光经过聚焦透镜聚焦后耦合进入输出光纤。

10.根据权利要求9所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述第一发光模块发出S偏振的光，第二发光模块发出P偏振的光，所述第一反射端面透射S偏振的光、反射P偏振的光，所述第二反射端面透射P偏振的光、反射S偏振的光；或所述第一发光模块发出P偏振的光，第二发光模块发出S偏振的光，所述第一反射端面透射P偏振的光、反射S偏振的光，所述第二反射端面透射S偏振的光、反射P偏振的光。

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