CN112436382A

CN112436382A - 一种高功率半导体激光器

Info

Publication number: CN112436382A
Application number: CN202110105205.6A
Authority: CN
Inventors: 周少丰; 汤蒙; 刘鹏; 王书平
Original assignee: Shenzhen Xinghan Laser Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Xinghan Laser Technology Co Ltd
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2021-03-02

Abstract

本发明提供了一种高功率半导体激光器，包括第一发光模块、第二发光模块、第三反射镜、第四反射镜、聚焦组件和输出光纤；所述第一发光模块和所述第二发光模块相对设置；所述第三反射镜设置在所述第一发光模块的出光方向上，所述第四反射镜设置在所述第二发光模块的出光方向上；所述聚焦组件设置在所述第三反射镜和所述第四反射镜的共同出光方向上；所述第三反射镜的出光高度高于所述第四反射镜的上边缘。本发明所提出的激光器采用双边排高低布局，形成独特光路，取消了现有激光器中的偏振合束器，避免了激光束在经过偏振合束器过程中的功率损失，提高了激光器的输出功率，大幅度减小激光器尺寸，提高了激光器的结构强度。

Description

一种高功率半导体激光器

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种高功率半导体激光器。

背景技术

激光器设置在其中的激光芯片产生激光，但是单个激光芯片产生的激光功率有限，所以需要多个半导体激光单管进行叠加，增加总体输出功率。现有激光器中一般将多个激光芯片输出的激光经过偏振合束器合束和聚焦透镜聚焦后输出，而激光在经过偏振合束器的过程中会有功率损失，导致实际输出的激光功率小于所有激光芯片产生的激光功率。

发明内容

为了解决现有激光器采用偏振合束器造成的功率损失的技术问题，本发明提供了一种高功率半导体激光器，通过高低光路的设置，配合高度不同的反射镜组成空间合束的独特光路，不需要使用传统的偏振合束器进行偏振合束，避免了激光束在经过偏振合束器时的功率损失。

一种高功率半导体激光器，包括第一发光模块、第二发光模块、第三反射镜、第四反射镜、聚焦组件和输出光纤；所述第三反射镜设置在所述第一发光模块的出光方向上，形成第一光路；所述第四反射镜设置在所述第二发光模块的出光方向上，形成第二光路；所述聚焦组件设置在所述第三反射镜和所述第四反射镜的共同出光方向上，形成主光路；所述第三反射镜的出光高度所在位置高于所述第四反射镜的上边缘，以防止所述第一光路输出的光斑经所述第三反射镜反射后被所述第四反射镜挡住；所述主光路垂直于所述第一光路及所述第二光路；所述第一发光模块经第一光路输出的第一光束经所述第三反射镜反射后越过所述第四反射镜上方进入主光路中的聚焦组件；所述第二发光模块经第二光路输出的第二光束经所述第四反射镜反射后进入主光路中的所述聚焦组件；所述聚焦组件将所述第一光束和所述第二光束聚焦后耦合进入所述输出光纤。

进一步地，所述第一发光模块包括多个呈阶梯状排列的第一发光单元，各第一发光单元发出的激光经第一光路传输至所述第三反射镜；所述第二发光模块包括多个呈阶梯状排列的第二发光单元，各第二发光单元发出的激光经第二光路传输至所述第四反射镜；所述第一发光模块中最低阶梯对应的第一发光单元的出光位置高于所述第四反射镜的上边缘及所述第二发光模块中最高阶梯对应的第二发光单元的出光位置，使得所有第一发光单元经第一光路输出的光斑与所有第二发光单元经第二光路输出的光斑都能够进入主光路，且相互之间不会叠加在一起。

进一步地，所述半导体激光器还包括壳体；所述第一发光模块、所述第二发光模块、所述第三反射镜、所述第四反射镜、所述聚焦组件和所述输出光纤均封装在所述壳体内部；所述第一发光模块和所述第二发光模块相对地设置在壳体内部的两侧。

进一步地，所述壳体内部相对的两侧均设置有放置板；且每个放置板上均设置有多个台阶面；一侧的放置板的每一台阶面用于放置所述第一发光模块的一个第一发光单元；另一侧的放置板的每一台阶面用于放置所述第二发光模块的一个第二发光单元。

进一步地，所述第一发光模块中，距离所述第三反射镜入射面越近的第一发光单元所在的台阶面高度越低，距离所述第三反射镜入射面越远的第一发光单元所在的台阶面高度越高，从而使得每个所述第一发光单元所在光路输出的光斑相互之间不会叠加在一起。

进一步地，所述第二发光模块中，距离所述第四反射镜入射面越近的第二发光单元所在的台阶面高度越低，距离所述第四反射镜入射面越远的第二发光单元所在的台阶面高度越高，从而使得每个所述第二发光单元所在光路输出的光斑相互之间不会叠加在一起。

进一步地，所述第一发光模块对应的放置板中最低的台阶面所在位置高于所述第二发光模块对应的放置板中最高的台阶面所在位置。

进一步地，所述聚焦组件包括滤波片、快轴聚焦透镜和慢轴聚焦透镜；所述滤波片设置在所述第三反射镜和所述第四反射镜的共同出光方向上，所述快轴聚焦透镜设置在所述滤波片的出光方向上，用于将所述第一光束和所述第二光束在快轴方向上进行聚焦，所述慢轴聚焦透镜设置在所述快轴聚焦透镜的出光方向上，用于将所述第一光束和所述第二光束在慢轴方向上进行聚焦。

进一步地，所述第一光束和所述第二光束的波长相同，均为预设的第一波长；所述滤波片透射所述第一波长的激光，并过滤其它波长激光，以防止其它波长的杂光沿原路返回至所述第一发光单元和所述第二发光单元而影响激光器的性能；所述第一光束经所述第三反射镜反射后越过所述第四反射镜的上方进入所述滤波片的上部；所述第二光束经所述第四反射镜反射后进入所述滤波片的中部和下部；所述快轴聚焦透镜将所述第一光束和所述第二光束在快轴方向上聚焦后输出至所述慢轴聚焦透镜，所述慢轴聚焦透镜将所述第一光束和所述第二光束在慢轴方向上聚焦后耦合输出至所述输出光纤。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所提出的激光器相较于现有激光器具备以下优点：1）采用双边排高低布局，形成独特光路，取消了现有激光器中的偏振合束器，避免了激光束在经过偏振合束器过程中的功率损失，相较于现有激光器，在激光芯片数量不变的情况下，有效提高了激光器的输出功率；2）采用双边排短条形布局设置，尤其将聚焦组件垂直于发光模块的光路方向设置，相较于现有的单边排长条形布局设置的激光器，在相同输出功率的条件下，可以大幅度减小激光器尺寸，提高激光器的结构强度。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明实施例中一种高功率半导体激光器的俯视图；

图2是本发明实施例中一种高功率半导体激光器的立体图；

图3是图2中的激光器切除部分壳体后的侧视图。

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，所描述地实施例是本发明一部分实施例，而不是全部地实施例。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的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。

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本实施例提供了一种高功率半导体激光器。请参阅图1和图2，分别是本发明实施例中一种高功率半导体激光器的俯视图和立体图，包括：第一发光模块1、第二发光模块2、第三反射镜3、第四反射镜4、聚焦组件5和输出光纤6；所述第一发光模块1和所述第二发光模块2相对设置；所述第三反射镜3设置在所述第一发光模块1的出光方向上，形成第一光路L1；所述第四反射镜4设置在所述第二发光模块2的出光方向上，形成第二光路L2；所述聚焦组件5设置在所述第三反射镜3和所述第四反射镜4的共同出光方向上，形成主光路L3；所述第三反射镜3的上边缘所在位置高于所述第四反射镜4的上边缘所在位置，即所述第三反射镜3的出光高度高于所述第四反射镜4的上边缘，以防止所述第一光路L1输出的光斑经所述第三反射镜反射后被所述第四反射镜挡住，且所述主光路L3所在的直线垂直于所述第一光路L1所在直线及所述第二光路L2所在直线；所述第一发光模块1经第一光路L1输出的第一光束经所述第三反射镜3反射后越过所述第四反射镜4上方进入所述主光路L3中的聚焦组件5；所述第二发光模块2经第二光路L2输出的第二光束经所述第四反射镜4反射后进入主光路L3中的聚焦组件5；所述聚焦组件5将所述第一光束和所述第二光束在主光路L3上汇聚后的第三光束聚焦后耦合输出至所述输出光纤6中。

所述第一发光模块1包括多个呈阶梯状排列的第一发光单元11；每个所述第一发光单元11均包括第一激光芯片111及对应的第一快轴准直镜112、第一慢轴准直镜113和第一反射镜114；所述第一快轴准直镜112设置在所述第一激光芯片111的出光方向上，用于将所述第一激光芯片111发射的激光在快轴方向上进行准直，所述第一慢轴准直镜113设置在所述第一快轴准直镜112的出光方向上，用于将所述第一激光芯片111发射的激光在慢轴方向上进行准直，所述第一反射镜114设置在所述第一慢轴准直镜113的出光方向上；所述第一激光芯片111发射的激光经所述第一反射镜114反射后进入第一光路L1中传输，多个所述第一发光单元11发出的激光组成所述第一光束经第一光路L1射入所述第三反射镜3。

所述第二发光模块2包括多个呈阶梯状排列的第二发光单元21；每个所述第二发光单元21均包括第二激光芯片211及对应的第二快轴准直镜212、第二慢轴准直镜213和第二反射镜214；所述第二快轴准直镜212设置在所述第二激光芯片211的出光方向上，用于将所述第二激光芯片211发射的激光在快轴方向上进行准直，所述第二慢轴准直镜213设置在所述第二快轴准直镜212的出光方向上，用于将所述第二激光芯片211发射的激光在慢轴方向上进行准直，所述第二反射镜214设置在所述第二慢轴准直镜 213的出光方向上；所述第二激光芯片211发射的激光经所述第二反射镜214反射后进入第二光路L2中传输，多个所述第二发光单元21发出的激光组成所述第二光束经第二光路L2射入所述第四反射镜4。

所述聚焦组件5包括滤波片51、快轴聚焦透镜52和慢轴聚焦透镜53；所述滤波片51设置在所述第三反射镜3和所述第四反射镜4的共同出光方向上，所述快轴聚焦透镜52设置在所述滤波片51的出光方向上，用于将所述第一光束和所述第二光束在快轴方向上进行聚焦，所述慢轴聚焦透镜53设置在所述快轴聚焦透镜52的出光方向上，用于将所述第一光束和所述第二光束在慢轴方向上进行聚焦。

所述第一光束和所述第二光束的波长相同，均为预设的第一波长；所述滤波片51透射所述第一波长的激光，并过滤其它波长激光，以防止其它波长的激光沿光路反向射入所述第一激光芯片111和所述第二激光芯片211而烧毁芯片；所述第一光束经所述第三反射镜3反射后越过所述第四反射镜4的上方进入所述滤波片51的上部；所述第二光束经所述第四反射镜4反射后进入所述滤波片51的中部和下部；所述快轴聚焦透镜52将所述第一光束和所述第二光束在快轴方向上聚焦后输出至所述慢轴聚焦透镜53，所述慢轴聚焦透镜53将所述第一光束和所述第二光束在慢轴方向上聚焦后耦合输出至所述输出光纤6。本实施例中，所述第一波长的范围为900nm-990nm，所述其它波长的范围为1040nm-1200nm；激光芯片发射第一波长的激光通过光路传输至输出光纤6，由于光路设置误差等原因可能导致少量激光射到输出光纤6入射端面的纤芯以外的其它位置而激发出其它波长的杂光，杂光的波长大于第一波长，若沿光路返回至激光芯片中很有可能会损伤激光芯片，因此设置滤波片51将其它波长的杂光过滤掉，防止其返回至激光芯片影响激光器性能。

所述半导体激光器还包括壳体7；所述第一发光模块1、所述第二发光模块2、所述第三反射镜3、所述第四反射镜4、所述聚焦组件5和所述输出光纤6均封装在所述壳体7内部；且所述第一发光模块1和所述第二发光模块2相对地设置在壳体6内部的两侧。

请参阅图3，图3是图2的激光器的壳体被部分切除后的侧视图；所述壳体7内部相对的两侧均设置有放置板；且每个放置板上均设置有至少一个台阶面；一侧的放置板的每一台阶面用于放置所述第一发光模块1的一个第一发光单元11对应的第一激光芯片111、第一快轴准直镜112、第一慢轴准直镜113和第一反射镜114；另一侧的放置板的每一台阶面用于放置所述第二发光模块2的一个第二发光单元21对应的第二激光芯片211、第二快轴准直镜212、第二慢轴准直镜213和第二反射镜214。

所述第一发光模块1中，距离所述第三反射镜3入射面越近的第一发光单元11所在的台阶面高度越低，距离所述第三反射镜3入射面越远的第一发光单元11所在的台阶面高度越高，从而使得每个所述第一发光单元11所在光路输出的光斑相互之间紧密衔接且不会叠加在一起，都能够进入到所述第三反射镜3中。

所述第二发光模块2中，距离所述第四反射镜4入射面越近的第二发光单元21所在的台阶面高度越低，距离所述第四反射镜4入射面越远的第二发光单元21所在的台阶面高度越高，从而使得每个所述第二发光单元21所在光路输出的光斑相互之间紧密衔接且不会叠加在一起，都能够进入到所述第四反射镜4中。

所述第一发光模块1对应的放置板中最低的台阶面所在位置高于所述第二发光模块2对应的放置板中最高的台阶面所在位置，例如高一个阶梯差，即第二发光模块2中所有第二发光单元21的台阶面均低于所述第一发光模块1；本发明实施例中，第一发光模块1对应的放置板上相邻两个台阶面之间的阶梯差，与第二发光模块2对应的放置板上相邻两个台阶面之间的阶梯差相同。

本发明的有益效果是：本发明所提出的激光器相较于现有激光器具备以下优点：1）采用双边排高低布局，形成独特光路，取消了现有激光器中的偏振合束器，避免了激光束在经过偏振合束器过程中的功率损失，相较于现有激光器，在激光芯片数量不变的情况下，有效提高了激光器的输出功率；2）采用双边排短条形布局设置，尤其将聚焦组件垂直于发光模块的光路方向设置，相较于现有的单边排长条形布局设置的激光器，在相同输出功率的条件下，可以大幅度减小激光器尺寸，提高激光器的结构强度。

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：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精神和范围。

Claims

1.一种高功率半导体激光器，其特征在于：包括：第一发光模块、第二发光模块、第三反射镜、第四反射镜、聚焦组件和输出光纤；所述第三反射镜设置在所述第一发光模块的出光方向上，形成第一光路；所述第四反射镜设置在所述第二发光模块的出光方向上，形成第二光路；所述聚焦组件设置在所述第三反射镜和所述第四反射镜的共同出光方向上，形成主光路；所述第三反射镜的出光高度高于所述第四反射镜的上边缘，以防止所述第一光路输出的光斑经所述第三反射镜反射后被所述第四反射镜挡住；所述主光路垂直于所述第一光路及所述第二光路；

所述第一发光模块经第一光路输出的第一光束经所述第三反射镜反射后越过所述第四反射镜上方进入主光路中的聚焦组件；所述第二发光模块经第二光路输出的第二光束经所述第四反射镜反射后进入主光路中的所述聚焦组件；所述聚焦组件将所述第一光束和所述第二光束聚焦后耦合进入所述输出光纤。

2.如权利要求1所述的一种高功率半导体激光器，其特征在于：所述第一发光模块包括多个呈阶梯状排列的第一发光单元，各第一发光单元发出的激光经第一光路传输至所述第三反射镜；所述第二发光模块包括多个呈阶梯状排列的第二发光单元，各第二发光单元发出的激光经第二光路传输至所述第四反射镜；所述第一发光模块中最低阶梯对应的第一发光单元的出光位置高于所述第四反射镜的上边缘，同时高于所述第二发光模块中最高阶梯对应的第二发光单元的出光位置，使得所有第一发光单元经第一光路输出的光斑与所有第二发光单元经第二光路输出的光斑都能够进入主光路，且相互之间不会叠加在一起。

3.如权利要求2所述的一种高功率半导体激光器，其特征在于：所述半导体激光器还包括壳体；所述第一发光模块、所述第二发光模块、所述第三反射镜、所述第四反射镜、所述聚焦组件和所述输出光纤均封装在所述壳体内部；所述第一发光模块和所述第二发光模块相对地设置在壳体内部的两侧。

4.如权利要求3所述的一种高功率半导体激光器，其特征在于：所述壳体内部相对的两侧均设置有放置板；且每个放置板上均设置有多个台阶面；一侧的放置板的每一台阶面用于放置所述第一发光模块的一个第一发光单元；另一侧的放置板的每一台阶面用于放置所述第二发光模块的一个第二发光单元。

5.如权利要求4所述的一种高功率半导体激光器，其特征在于：所述第一发光模块中，距离所述第三反射镜入射面越近的第一发光单元所在的台阶面高度越低，距离所述第三反射镜入射面越远的第一发光单元所在的台阶面高度越高，从而使得每个所述第一发光单元所在光路输出的光斑相互之间不会叠加在一起。

6.如权利要求5所述的一种高功率半导体激光器，其特征在于：所述第二发光模块中，距离所述第四反射镜入射面越近的第二发光单元所在的台阶面高度越低，距离所述第四反射镜入射面越远的第二发光单元所在的台阶面高度越高，从而使得每个所述第二发光单元所在光路输出的光斑相互之间不会叠加在一起。

7.如权利要求6所述的一种高功率半导体激光器，其特征在于：所述第一发光模块对应的放置板中最低的台阶面所在位置高于所述第二发光模块对应的放置板中最高的台阶面所在位置。

8.如权利要求1所述的一种高功率半导体激光器，其特征在于：所述聚焦组件包括滤波片、快轴聚焦透镜和慢轴聚焦透镜；所述滤波片设置在所述第三反射镜和所述第四反射镜的共同出光方向上，所述快轴聚焦透镜设置在所述滤波片的出光方向上，用于将所述第一光束和所述第二光束在快轴方向上进行聚焦，所述慢轴聚焦透镜设置在所述快轴聚焦透镜的出光方向上，用于将所述第一光束和所述第二光束在慢轴方向上进行聚焦。

9.如权利要求8所述的一种高功率半导体激光器，其特征在于：所述第一光束和所述第二光束的波长相同，均为预设的第一波长；所述滤波片透射所述第一波长的激光，并过滤其它波长激光，以防止其它波长的杂光沿原路返回至所述第一发光单元和所述第二发光单元而影响激光器的性能；所述第一光束经所述第三反射镜反射后越过所述第四反射镜的上方进入所述滤波片的上部；所述第二光束经所述第四反射镜反射后进入所述滤波片的中部和下部；所述快轴聚焦透镜将所述第一光束和所述第二光束在快轴方向上聚焦后输出至所述慢轴聚焦透镜，所述慢轴聚焦透镜将所述第一光束和所述第二光束在慢轴方向上聚焦后耦合输出至所述输出光纤。