CN112615259A - 一种新型半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型半导体激光器，包括多个呈阶梯状排列的第一发光单元、多个呈阶梯状排列的第二发光单元、第三反射镜、第四反射镜、聚焦组件和输出光纤，所述第一发光单元包括第一慢轴准直镜和第一反射镜；所述第二发光单元设置在所述第一发光单元的第一慢轴准直镜与第一反射镜之间。本发明的有益效果是：将一排发光单元嵌套在另一排发光单元的慢轴准直镜和反射镜之间形成独特的布局，相比于传统的双排激光芯片并排设置的技术方案，本申请的激光器中的光学元器件的布局更紧凑，激光器整体尺寸更小。

Description

一种新型半导体激光器

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种新型半导体激光器。

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芯片产生激光，但是单个半导体激光芯片产生的激光功率有限，且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，增加输出激光的总体功率和亮度。现有的激光器中，通常将多个激光芯片呈单排长条形排列或者双排并排排列后配合偏振合束器进行合束，这两种布局方式均会导致激光器尺寸过大、长度过长、结构强度下降、输出功率下降等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的技术问题，而提出的一种新型半导体激光器。

一种新型半导体激光器，包括多个呈阶梯状排列的第一发光单元、多个呈阶梯状排列的第二发光单元、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单元的出光方向上，所述第四反射镜设置在所述第二发光单元的出光方向上；所述第一发光单元包括第一慢轴准直镜和第一反射镜；所述第二发光单元设置在所述第一发光单元的第一慢轴准直镜与第一反射镜之间，且所有所述第二发光单元的出光高度均低于所述第一发光单元的出光高度；所述第四反射镜上边缘的高度高于所有第二发光单元中最高阶梯对应的第二发光单元的出光高度，且低于所有第一发光单元中最低阶梯对应的第一发光单元和第三反射镜的出光高度，以防止第一发光单元所在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；所述第一发光单元发射的第一光束与所述第二发光单元发射的第二光束分别经第三反射镜和第四反射镜反射至所述聚焦组件，所述聚焦组件对所述第一光束和所述第二光束进行聚焦后耦合输出至所述输出光纤中。

进一步地，所述激光器还包括壳体，所述第一发光单元、所述第二发光单元、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中。

进一步地，所述第一发光单元还包括第一激光芯片和第一快轴准直镜；所述第一激光芯片发射的激光依次经过第一快轴准直镜、第一慢轴准直镜和第一反射镜后转化为平行激光束。

进一步地，所述壳体内部设置有并排依次排列的第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域、所述第二区域及所述第三区域中均设置有放置板，且放置板上均设置有多个梯形设置的台阶面；所述第一区域中的放置板上的每一台阶面设置有一个第一发光单元对应的第一激光芯片、第一快轴准直镜及第一慢轴准直镜；所述第二区域中的放置板上的每一台阶面设置有一个第二发光单元；所述第三区域中的放置板上的每一台阶面设置有一个第一发光单元对应的第一反射镜。

进一步地，所述第二区域相对于所述第一区域及所述第三区域向下凹陷，所述第二区域中放置板的最高台阶面所在位置低于所述第一区域及所述第三区域中放置板的最低台阶面所在位置，且所述第四反射镜上边缘的高度高于第二区域中最高台阶面对应的第二发光单元的出光高度，且低于第一区域中最低台阶面对应的第一激光芯片的出光高度，使得各第一发光单元所在光路输出的光斑经所述第三反射镜反射后均不会被所述第四反射镜挡住，都能进入所述聚焦组件中。

进一步地，所述第一区域及所述第二区域中的放置板上的台阶面与所述第三区域中的放置板上的台阶面一一对应，且所述第三区域中的放置板上的各台阶面的高度与第一区域中的放置板上的对应第一慢轴准直镜所在台阶面的高度相同，使得所述第三区域中的各第一反射镜正好设置在对应的第一慢轴准直镜的出光方向上。

进一步地，所述第一区域中距离所述输出光纤越近的第一激光芯片所在台阶面的高度越低；所述第二区域中距离所述第四反射镜越近的第二发光单元所在台阶面的高度越低。

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，用于在快轴方向上对第一光束及第二光束进行聚焦，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，用于在慢轴方向上对第一光束及第二光束进行聚焦。

进一步地，所述第一光束和所述第二光束的波长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，并过滤其它波长的激光。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提出的激光器将一排发光单元嵌套在另一排发光单元的慢轴准直镜和反射镜之间形成独特的布局，相比于传统的双排激光芯片并排设置的技术方案，本申请的激光器中的光学元器件的布局更紧凑，激光器整体尺寸更小，提高结构强度，另外本申请的激光器中未使用偏振合束器，可降低激光经过偏振合束器合束时的功率损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中地技术方案，下面将对实施例或者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，下面描述中地附图是本发明地一些实施例，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新型半导体激光器的俯视图；

图2是本发明实施例中一种新型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；

图4是图3中的激光器去除第三反射镜、第四反射镜和聚焦组件后的侧视图。

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、完整的描述，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。

本发明的实施例提供了一种新型半导体激光器。请参考图1和图2，分别是本发明实施例中一种新型半导体激光器的俯视图和立体图，该激光器包括：多个呈阶梯状排列的第一发光单元1、多个呈阶梯状排列的第二发光单元2、第三反射镜3、第四反射镜4、聚焦组件5和输出光纤6；所述第三反射镜3设置在所述第一发光单元1的出光方向上，所述第四反射镜4设置在所述第二发光单元2的出光方向上，所述聚焦组件5设置在所述第三反射镜3和第四反射镜4的共同出光方向上，所述输出光纤6设置在所述聚焦组件5的出光方向上；多个第一发光单元1发射的平行激光束组成第一光束，经过所述第三反射镜3反射至所述聚焦组件5，多个第二发光单元发射的平行激光束组成第二光束，经过所述第四反射镜4反射至所述聚焦组件5，所述聚焦组件5对所述第一光束和所述第二光束进行聚焦后耦合输出至所述输出光纤6中。

每个所述第一发光单元1包括第一激光芯片11及与第一激光芯片11配合的第一快轴准直镜12、第一慢轴准直镜13和第一反射镜14；所述第一激光芯片11发射的激光依次经过第一快轴准直镜12、第一慢轴准直镜13和第一反射镜14后转化为平行激光束，并经过所述第三反射镜3反射至所述聚焦组件5中。

每个所述第二发光单元2包括第二激光芯片21及与第二激光芯片21配合的第二快轴准直镜22、第二慢轴准直镜23和第二反射镜24；所述第二激光芯片21发射的激光依次经过第二快轴准直镜22、第二慢轴准直镜23和第二反射镜24后转化为平行激光束，并经过所述第四反射镜4反射至所述聚焦组件5中。

所述第二发光单元2设置在所述第一发光单元1的第一慢轴准直镜13和第一反射镜14之间，以缩短光学元器件布局所需要的横向尺寸，进而减小激光器的整体尺寸。在一较佳实施例中所述第一发光单元1与所述第二发光单元2一一对应。所述第一慢轴准直镜13与所述第一激光芯片11之间的距离，与所述第二慢轴准直镜23与所述第二激光芯片21之间的距离相同。

所述激光器还包括壳体7，多个所述第一发光单元1、多个所述第二发光单元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中，所述壳体7内部设置有并排依次排列的第一区域01、第二区域02和第三区域03，所述第一区域01、所述第二区域02及所述第三区域03中均设置有放置板，且各放置板上均设置有多个梯形设置的台阶面；所述第一区域01中的放置板上的每一台阶面设置有一个第一发光单元1对应的第一激光芯片11、第一快轴准直镜12及第一慢轴准直镜13；所述第二区域02中的放置板上的每一台阶面设置有一个第二发光单元2对应的第二激光芯片21、第二快轴准直镜22、第二慢轴准直镜23及第二反射镜24；所述第三区域03中的放置板上的每一台阶面设置有一个第一发光单元1对应的第一反射镜14；所述第一区域01中的放置板上的台阶面与所述第三区域03中的放置板上的台阶面一一对应，且所述第三区域03中的放置板上的各台阶面的高度与第一区域01中的放置板上的对应台阶面的高度相配合，使得所述第三区域03中的各第一反射镜14正好在对应的第一慢轴准直镜13的出光方向上。

如图3和图4，图3是图2中的激光器切除部分壳体后的侧视图，图4是图3中的激光器去除第三反射镜、第四反射镜及聚焦组件之后的侧视图；所述第一区域01中，距离所述输出光纤6入射端面越近的第一激光芯片11所在的台阶面的高度越低，距离所述输出光纤6入射端面越远的第一激光芯片11所在的台阶面的高度越高，使得各个所述第一激光芯片11所在光路产生的光斑不会相互重叠，均能够进入所述第三反射镜3。

所述第二区域02中，距离所述第四反射镜4越近的第二发光单元2所在的台阶面的高度越低，距离所述第四反射镜4越远的第二发光单元2所在的台阶面高度越高，使得各所述第二发光单元2所在光路输出的光斑不会相互重叠，均能够进入所述第四反射镜4。

所述第四反射镜4上边缘的高度高于第二区域02中最高台阶面对应的第二发光单元2的出光高度，且低于第一区域01中最低台阶面对应的第一激光芯片11的出光高度，使得所有第一发光单元1所在光路输出的光斑经所述第三反射镜3反射后不被所述第四反射镜4挡住，均能越过所述第四反射镜4正上方进入所述聚焦组件5。

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，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。所述第一光束和所述第二光束的波长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，并过滤其它波长的激光，以防止回返光沿光路返回至第一发光单元1和/或第二发光单元2中而影响激光器性能，所述快轴聚焦透镜52和所述慢轴聚焦透镜53分别用于在快轴和慢轴方向上对激光进行聚焦。

工作时，所述第一激光芯片11发射的激光依次经过第一快轴准直镜12在快轴方向上进行准直、第一慢轴准直镜13在慢轴方向上进行准直和第一反射镜14反射后转化为平行激光束，多个第一发光单元1发射的平行激光束组成第一光束后经所述第三反射镜3反射，并越过第四反射镜4上方而进入所述滤波片51；所述第二激光芯片21发射的激光依次经过第二快轴准直镜22在快轴方向上进行准直、第二慢轴准直镜23在慢轴方向上进行准直和第二反射镜24反射后转化为平行激光束，多个第二发光单元2发射的平行激光束组成第二光束后经所述第四反射镜4反射至所述滤波片51；滤波片51透射所述第一光束和所述第二光束至所述快轴聚焦透镜52，所述快轴聚焦透镜52对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对所述第一光束和所述第二光束在慢轴方向上进行聚焦后输出至所述输出光纤6；在作为泵浦光纤激光器应用时，光纤激光器的有源光纤会产生比较强的激光沿光纤返回，这类回返光由于光能量较大，沿着光路返回到激光芯片上会灼烧激光芯片，影响激光器的使用寿命，所述滤波片51过滤掉所述回返光，防止激光芯片被回返光烧毁。

本发明的有益效果是：本发明提出的激光器将一排发光单元嵌套在另一排发光单元的慢轴准直镜和反射镜之间形成独特的布局，相比于传统的双排激光芯片并排设置的技术方案，本申请的激光器中的光学元器件的布局更紧凑，激光器整体尺寸更小，提高结构强度，另外本申请的激光器中未使用偏振合束器，可降低激光经过偏振合束器合束时的功率损失。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或者之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种新型半导体激光器，包括多个呈阶梯状排列的第一发光单元、多个呈阶梯状排列的第二发光单元、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单元的出光方向上，所述第四反射镜设置在所述第二发光单元的出光方向上；所述第一发光单元包括第一慢轴准直镜和第一反射镜；其特征在于：

所述第二发光单元设置在所述第一发光单元的第一慢轴准直镜与第一反射镜之间，且所有所述第二发光单元的出光高度均低于所述第一发光单元的出光高度；所述第四反射镜上边缘的高度高于所有第二发光单元中最高阶梯对应的第二发光单元的出光高度，且低于所有第一发光单元中最低阶梯对应的第一发光单元和第三反射镜的出光高度，以防止第一发光单元所在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；

所述第一发光单元发射的第一光束与所述第二发光单元发射的第二光束分别经第三反射镜和第四反射镜反射至所述聚焦组件，所述聚焦组件对所述第一光束和所述第二光束进行聚焦后耦合输出至所述输出光纤中。

2.如权利要求1所述的一种新型半导体激光器，其特征在于：所述激光器还包括壳体，所述第一发光单元、所述第二发光单元、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中。

3.如权利要求2所述的一种新型半导体激光器，其特征在于：所述第一发光单元还包括第一激光芯片和第一快轴准直镜；所述第一激光芯片发射的激光依次经过第一快轴准直镜、第一慢轴准直镜和第一反射镜后转化为平行激光束。

4.如权利要求3所述的一种新型半导体激光器，其特征在于：所述壳体内部设置有并排依次排列的第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域、所述第二区域及所述第三区域中均设置有放置板，且放置板上均设置有多个梯形设置的台阶面；所述第一区域中的放置板上的每一台阶面设置有一个第一发光单元对应的第一激光芯片、第一快轴准直镜及第一慢轴准直镜；所述第二区域中的放置板上的每一台阶面设置有一个第二发光单元；所述第三区域中的放置板上的每一台阶面设置有一个第一发光单元对应的第一反射镜。

5.如权利要求4所述的一种新型半导体激光器，其特征在于：所述第二区域相对于所述第一区域及所述第三区域向下凹陷，所述第二区域中放置板的最高台阶面所在位置低于所述第一区域及所述第三区域中放置板的最低台阶面所在位置，且所述第四反射镜上边缘的高度高于第二区域中最高台阶面对应的第二发光单元的出光高度，且低于第一区域中最低台阶面对应的第一激光芯片的出光高度，使得各第一发光单元所在光路输出的光斑经所述第三反射镜反射后均不会被所述第四反射镜挡住，都能进入所述聚焦组件中。

6.如权利要求4所述的一种新型半导体激光器，其特征在于：所述第一区域及所述第二区域中的放置板上的台阶面与所述第三区域中的放置板上的台阶面一一对应，且所述第三区域中的放置板上的各台阶面的高度与第一区域中的放置板上的对应第一慢轴准直镜所在台阶面的高度相同，使得所述第三区域中的各第一反射镜正好设置在对应的第一慢轴准直镜的出光方向上。

7.如权利要求4所述的一种新型半导体激光器，其特征在于：所述第一区域中距离所述输出光纤越近的第一激光芯片所在台阶面的高度越低；所述第二区域中距离所述第四反射镜越近的第二发光单元所在台阶面的高度越低。

8.如权利要求1所述的一种新型半导体激光器，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，用于在快轴方向上对第一光束及第二光束进行聚焦，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，用于在慢轴方向上对第一光束及第二光束进行聚焦。

9.如权利要求8所述的一种新型半导体激光器，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，并过滤其它波长的激光。

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