CN112886386A - 一种多波长半导体激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多波长半导体激光器，包括光纤输出机构、光路调节机构和多个不同波长的光纤发射机构；所述光路调节机构的入射端同时对准全部所述光纤发射机构，所述光路调节机构的出射端对准所述光纤输出机构，以使光路调节机构同时将全部或部分光纤发射机构发射的激光在同一光纤输出机构中完成会聚并输出。本发明提供的多波长半导体激光器，设有多个不同波长的光纤发射机构，通过将全部光纤发射机构通过同一光路调节机构传输至光纤输出机构中，使光路调节机构同时将全部或部分光纤发射机构发射的激光在同一光纤输出机构中完成会聚并输出，能够在泵浦源输出光光束质量不变的条件下，增加总泵浦光的输出功率，有效提升半导体激光器的输出功率。

Description

一种多波长半导体激光器
技术领域
本发明涉及半导体激光器领域，尤其涉及一种多波长半导体激光器。
背景技术
半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件。其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带之间，或者半导体物质的能带与杂质能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。
目前以Nd:YVO4(Nd-doped yttrium vanadate，掺钕钒酸钇)晶体为工作物质的固体激光器一般使用波长为808nm、878nm或888nm半导体激光器作为泵浦源，随着固体激光器的功率提升，泵浦光功率的需求也在逐渐上升。单波长多单管半导体激光器的输出功率上限有限，无法满足固体激光器泵浦光日益提升的需求。
发明内容
本发明实施例提供一种多波长半导体激光器，用以解决现有固体激光器输出功率上限较低的问题。
本发明实施例提供一种多波长半导体激光器，包括：
光纤输出机构、光路调节机构和多个不同波长的光纤发射机构；
所述光路调节机构的入射端同时对准全部所述光纤发射机构，所述光路调节机构的出射端对准所述光纤输出机构，以使所述光路调节机构同时将全部或部分所述光纤发射机构发射的激光在同一所述光纤输出机构中完成会聚并输出。
根据本发明一个实施例的多波长半导体激光器，每个所述光纤发射机构均包括：多个依次排列的光纤发射组件；每个所述光纤发射组件均包括：沿光路方向依次设置的激光芯片、快轴准直透镜和慢轴准直透镜；所述慢轴准直透镜的出射端对准所述光路调节机构。
根据本发明一个实施例的多波长半导体激光器，每个所述光纤发射组件还包括：第一反射镜；各所述光纤发射组件中的所述激光芯片依次呈阶梯排列，所述第一反射镜安装在对应的所述慢轴准直透镜和所述光路调节机构之间的光路中。
根据本发明一个实施例的多波长半导体激光器，所述光路调节机构包括：沿光路依次安装的第二反射镜和若干二向色镜；
所述第二反射镜的入射端对准其中一所述光纤发射组件中的全部所述第一反射镜；每个所述二向色镜的入射端与其对应地所述光纤发射组件中的全部所述第一反射镜对应；最末尾的所述二向色镜的出射端与所述光纤输出机构对准。
根据本发明一个实施例的多波长半导体激光器，所述光纤输出机构包括：沿光路方向依次设置的准直透镜和输出光纤。
根据本发明一个实施例的多波长半导体激光器，所述光纤发射机构的数量为两个，分别为第一光纤发射机构和第二光纤发射机构。
根据本发明一个实施例的多波长半导体激光器，所述第一光纤发射机构的所述光纤发射组件使用808nm波长的所述激光芯片；所述第二光纤发射机构的所述光纤发射组件使用888nm波长的所述激光芯片。
根据本发明一个实施例的多波长半导体激光器，所述光纤发射机构的数量为三个，分别为第一光纤发射机构、第二光纤发射机构和第三光纤发射机构。
根据本发明一个实施例的多波长半导体激光器，所述第一光纤发射机构的所述光纤发射组件使用808nm波长的所述激光芯片；所述第二光纤发射机构的所述光纤发射组件使用878nm波长的所述激光芯片；所述第三光纤发射机构的所述光纤发射组件使用888nm波长的所述激光芯片。
根据本发明一个实施例的多波长半导体激光器，所述多波长半导体激光器还包括：控制机构；所述控制机构与各所述光纤发射机构电性连接，用于控制所述光路调节机构同时将全部或部分所述光纤发射机构发射的激光在同一所述光纤输出机构中完成会聚并输出。
本发明提供的多波长半导体激光器，设有多个不同波长的光纤发射机构，通过将全部光纤发射机构通过同一光路调节机构传输至光纤输出机构中，使光路调节机构同时将全部或部分光纤发射机构发射的激光在同一光纤输出机构中完成会聚并输出，能够在泵浦源输出光光束质量不变的条件下，增加总泵浦光的输出功率，有效提升半导体激光器的输出功率。
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的附图。
图1是本发明实施例提供的双波长半导体激光器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的三波长半导体激光器的结构示意图；
附图标记：
1、光纤发射机构；11、光纤发射组件；111、激光芯片；112、快轴准直透镜；113、慢轴准直透镜；114、第一反射镜；2、光路调节机构；21、第二反射镜；22、二向色镜；3、光纤输出机构；31、准直透镜；32、输出光纤。
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
本发明实施例提供一种多波长半导体激光器，如图1所示，该多波长半导体激光器包括：光纤输出机构3、光路调节机构2和多个不同波长的光纤发射机构1。光路调节机构2的入射端同时对准全部光纤发射机构1，光路调节机构2的出射端对准光纤输出机构3，以使光路调节机构2同时将全部或部分光纤发射机构1发射的激光在同一光纤输出机构3中完成会聚并输出。
本实施例提供的多波长半导体激光器在工作过程中，先开启各光纤输出机构3，各光纤输出机构3分别完成空间合束输出激光，根据实际需求可调整开启的光纤输出机构3数量，将各空间合束激光通过光路调节机构2进行调节，使得空间合束输出能够在光纤输出机构3中完成会聚并输出。由于Nd:YVO4激光晶体有多个吸收峰，这些吸收峰对应一个增益峰，所以使用多波长半导体激光器泵浦源，可以有效增加泵浦源输出光功率，通过波长合束的方法，可以在泵浦源输出光光束质量不变的条件下，增加总泵浦光的输出功率，从而提升固体激光器的输出功率。
本发明提供的多波长半导体激光器，设有多个不同波长的光纤发射机构，通过将全部光纤发射机构通过同一光路调节机构传输至光纤输出机构中，使光路调节机构同时将全部或部分光纤发射机构发射的激光在同一光纤输出机构中完成会聚并输出，能够在泵浦源输出光光束质量不变的条件下，增加总泵浦光的输出功率，有效提升半导体激光器的输出功率。
如图1所示，每个光纤发射机构1均包括：多个依次排列的光纤发射组件11。每个光纤发射组件11均包括：沿光路方向依次设置的激光芯片111、快轴准直透镜112和慢轴准直透镜113。慢轴准直透镜113的出射端对准光路调节机构2。
其中，每个光纤发射机构1中均设有三个光纤发射组件11，用于形成空间合束。光纤发射组件11可增设第一反射镜114。各光纤发射组件11中的激光芯片111依次呈阶梯排列，第一反射镜114安装在对应的慢轴准直透镜113和光路调节机构2之间的光路中。本实施例中，通过第一反射镜114能够将光路旋转90°，在竖直方向排列光斑，形成空间合束激光。
光纤发射机构1的数量根据实际需要进行调整。如图1所示，波长半导体激光器中光纤发射机构1的数量为两个，分别为第一光纤发射机构和第二光纤发射机构。光路调节机构2可将第一光纤发射机构或第二光纤发射机构发射的激光在光纤输出机构3进行输出，或同时将第一光纤发射机构和第二光纤发射机构发射的激光在光纤输出机构3中完成会聚并输出。
其中，光路调节机构2包括：沿光路依次安装的第二反射镜21和若干二向色镜22。第二反射镜21的入射端对准其中一光纤发射组件11中的全部第一反射镜114。每个二向色镜22的入射端与其对应地光纤发射组件11中的全部第一反射镜114对应。最末尾的二向色镜22的出射端与光纤输出机构3对准。也就是说，光路调节机构2中的每个第二反射镜21和二向色镜22均对准一个第一反射镜114，后面设置的二向色镜22将前面激光会聚，最后射入光纤输出机构3。
其中，光纤输出机构3包括：沿光路方向依次设置的准直透镜31和输出光纤32。输出光纤32可采用不同芯径，不同焦距的准直透镜31，满足不同参数的输出。
为便于调整和控制，还可增设控制机构；控制机构与各光纤发射机构1电性连接，用于控制光路调节机构2同时将全部或部分光纤发射机构1发射的激光在同一光纤输出机构3中完成会聚并输出。
在一个具体的实施例中，如图1所示，多波长半导体激光器设有两个不同波长的光纤发射机构1，分别为第一光纤发射机构和第二光纤发射机构。假设第一光纤发射机构和第二光纤发射机构均以开启。第一光纤发射机构设有三个光纤发射组件11。第一光纤发射机构的光纤发射组件11使用808nm波长的激光芯片111。该激光芯片111输出激光后经过快轴准直透镜112、慢轴准直透镜113和第一反射镜114，三路激光芯片111位置呈阶梯状排列，在竖直方向排列光斑，形成空间合束激光。该空间合束激光通过二向色镜22被反射，通过准直透镜31会聚进入输出光纤32。第二光纤发射机构设有三个光纤发射组件11。第二光纤发射机构的光纤发射组件的光纤发射组件11使用888nm波长的激光芯片111。该激光芯片111输出激光后经过快轴准直透镜112、慢轴准直透镜113和第一反射镜114，三路激光芯片111位置呈阶梯状排列，在竖直方向排列光斑，形成空间合束激光。该空间合束激光通过第二反射镜21和二向色镜22透射，通过准直透镜31会聚进入输出光纤32。通过波长合束的方法，可以在泵浦源输出光光束质量不变的条件下，增加总泵浦光的输出功率，从而提升固体激光器的输出功率。
如图2所示，多波长半导体激光器设有三个不同波长的光纤发射机构1，分别为第一光纤发射机构、第二光纤发射机构和第三光纤发射机构。假设第一光纤发射机构、第二光纤发射机构和第三光纤发射机构均以开启。第一光纤发射机构设有三个光纤发射组件11。第一光纤发射机构的光纤发射组件11使用808nm波长的激光芯片111。该激光芯片111输出激光后经过快轴准直透镜112、慢轴准直透镜113和第一反射镜114，三路激光芯片111位置呈阶梯状排列，在竖直方向排列光斑，形成空间合束激光。该空间合束激光通过二向色镜22被反射，通过准直透镜31会聚进入输出光纤32。第二光纤发射机构设有三个光纤发射组件11。第二光纤发射机构的光纤发射组件的光纤发射组件11使用878nm波长的激光芯片111。该激光芯片111输出激光后经过快轴准直透镜112、慢轴准直透镜113和第一反射镜114，三路激光芯片111位置呈阶梯状排列，在竖直方向排列光斑，形成空间合束激光。该空间合束激光先通过一个二向色镜22的反射，再通过另一二向色镜22透射，最后通过准直透镜31会聚进入输出光纤32。同样，第三光纤发射机构设有三个光纤发射组件11。第三光纤发射机构的光纤发射组件的光纤发射组件11使用888nm波长的激光芯片111。该激光芯片111输出激光后经过快轴准直透镜112、慢轴准直透镜113和第一反射镜114，三路激光芯片111位置呈阶梯状排列，在竖直方向排列光斑，形成空间合束激光。该空间合束激光先通过第二反射镜21，使光路旋转90°，然后通过一个二向色镜22的反射，再通过另一二向色镜22透射，最后通过准直透镜31会聚进入输出光纤32。通过波长合束的方法，可以在泵浦源输出光光束质量不变的条件下，增加总泵浦光的输出功率，从而提升固体激光器的输出功率。
综上所述，本发明提供的多波长半导体激光器，设有多个不同波长的光纤发射机构，通过将全部光纤发射机构通过同一光路调节机构传输至光纤输出机构中，使光路调节机构同时将全部或部分光纤发射机构发射的激光在同一光纤输出机构中完成会聚并输出，能够在泵浦源输出光光束质量不变的条件下，增加总泵浦光的输出功率，有效提升半导体激光器的输出功率。
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 (10)

1.一种多波长半导体激光器，其特征在于，包括：
光纤输出机构、光路调节机构和多个不同波长的光纤发射机构；
所述光路调节机构的入射端同时对准全部所述光纤发射机构，所述光路调节机构的出射端对准所述光纤输出机构，以使所述光路调节机构同时将全部或部分所述光纤发射机构发射的激光在同一所述光纤输出机构中完成会聚并输出。
2.根据权利要求1所述的多波长半导体激光器，其特征在于，每个所述光纤发射机构均包括：多个依次排列的光纤发射组件；每个所述光纤发射组件均包括：沿光路方向依次设置的激光芯片、快轴准直透镜和慢轴准直透镜；所述慢轴准直透镜的出射端对准所述光路调节机构。
3.根据权利要求2所述的多波长半导体激光器，其特征在于，每个所述光纤发射组件还包括：第一反射镜；各所述光纤发射组件中的所述激光芯片依次呈阶梯排列，所述第一反射镜安装在对应的所述慢轴准直透镜和所述光路调节机构之间的光路中。
4.根据权利要求3所述的多波长半导体激光器，其特征在于，所述光路调节机构包括：沿光路依次安装的第二反射镜和若干二向色镜；
所述第二反射镜的入射端对准其中一所述光纤发射组件中的全部所述第一反射镜；每个所述二向色镜的入射端与其对应地所述光纤发射组件中的全部所述第一反射镜对应；最末尾的所述二向色镜的出射端与所述光纤输出机构对准。
5.根据权利要求2所述的多波长半导体激光器，其特征在于，所述光纤输出机构包括：沿光路方向依次设置的准直透镜和输出光纤。
6.根据权利要求2所述的多波长半导体激光器，其特征在于，所述光纤发射机构的数量为两个，分别为第一光纤发射机构和第二光纤发射机构。
7.根据权利要求6所述的多波长半导体激光器，其特征在于，所述第一光纤发射机构的所述光纤发射组件使用808nm波长的所述激光芯片；所述第二光纤发射机构的所述光纤发射组件使用888nm波长的所述激光芯片。
8.根据权利要求2所述的多波长半导体激光器，其特征在于，所述光纤发射机构的数量为三个，分别为第一光纤发射机构、第二光纤发射机构和第三光纤发射机构。
9.根据权利要求8所述的多波长半导体激光器，其特征在于，所述第一光纤发射机构的所述光纤发射组件使用808nm波长的所述激光芯片；所述第二光纤发射机构的所述光纤发射组件使用878nm波长的所述激光芯片；所述第三光纤发射机构的所述光纤发射组件使用888nm波长的所述激光芯片。
10.根据权利要求2所述的多波长半导体激光器，其特征在于，所述多波长半导体激光器还包括：控制机构；所述控制机构与各所述光纤发射机构电性连接，用于控制所述光路调节机构同时将全部或部分所述光纤发射机构发射的激光在同一所述光纤输出机构中完成会聚并输出。
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