CN113178778A - 一种包括两个以上波长的半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包括两个以上波长的半导体激光器，所述半导体激光器包括两个以上的不同波长的激光组件和一个光学耦合组件；各激光组件包括若干个激光发光及整形单元，各激光发光及整形单元置于阶梯型的热沉上，且各激光发光及整形单元末端包括一个第一反射镜，第一反射镜将该波长下的各激光发光及整形单元的激光反射在同一个方向上；光学耦合组件包括第一双色片、聚焦镜和光纤，第一双色片将各激光组件的激光合束，聚焦镜将激光合束聚焦后由光纤输出。上述方案通过台阶的特殊设计可以减少光路转折，可实现结构紧凑、节省空间的效果，同时因为光学元件的减少，可以减小装调量，节省物料及工时成本，以实现激光器体积小型化和降成本的目的。

Description

一种包括两个以上波长的半导体激光器

技术领域

本发明属于半导体激光器技术领域，特别涉及一种包括两个以上波长的半导体激光器。

背景技术

现行大部分半导体激光器均为特定的单一波长，而在部分科研、医疗应用中，往往对功率要求不高，但是希望同一激光器可以输出不同波长以实现不同的应用目的。常用的实现双波长输出的方式有两种：一种是通过不同单一波长激光器输出光纤捆绑或者光纤合束输出，这种方法缺点是系统整体体积较大，成本高；另外一种是通过在同一管壳内组装两种及以上不同波长的芯片，通过光学手段将不同波长的激光耦合进入同一光纤，实现一台激光器同时输出两种或以上波长的目的，但是此方式往往因为要将不同波长光进行合束，光路相对复杂，光学元件较多，导致激光器内部空间存在浪费，装调难度大。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种包括两个以上波长的半导体激光器，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的实施例公开了一种包括两个以上波长的半导体激光器，所述半导体激光器包括两个以上的不同波长的激光组件和一个光学耦合组件；其中，

各所述激光组件包括若干个激光发光及整形单元，各所述激光发光及整形单元置于阶梯型的热沉上，且各所述激光发光及整形单元末端包括一个第一反射镜，所述第一反射镜将该波长下的各所述激光发光及整形单元的激光反射在同一个方向上；

所述光学耦合组件包括第一双色片、聚焦镜和光纤，所述第一双色片将各所述激光组件的激光合束，所述聚焦镜将激光合束聚焦后由所述光纤输出。

可选的，各所述激光组件位于所述光学耦合组件的同一侧，不同所述激光组件内的所述激光发光及整形单元的长度不同，各所述激光组件根据长度的大小依次排列。

可选的，所述激光组件的个数为两个以上，靠近所述光纤侧的为首端激光组件，远离所述光纤侧的激光组件为末端激光组件，则非末端的激光组件内的最后一个激光发光及整形单元中的第一反射镜的反射面与该激光组件内的其余激光发光及整形单元的第一反射镜的反射面设置不同，用于反射所述其余激光发光及整形单元的激光至所述第一双色片，且所述最后一个激光发光及整形单元发出的激光不经过所述最后一个激光发光及整形单元中的第一反射镜而直接输出至所述第一双色片。

可选的，所述最后一个激光发光及整形单元的波长与该激光组件中的所述其余激光发光及整形单元的波长不同，且最后一个所述激光发光及整形单元的第一反射镜替换为第二双色片，所述第二双色片反射所述其余激光发光及整形单元的激光而透射所述最后一个所述激光发光及整形单元的激光。

可选的，所述激光组件的个数为两个，分别为靠近所述光纤的首端激光组件和远离所述光纤的末端激光组件，所述首端激光组件的慢轴准直镜焦距小于所述末端激光组件，且均设置在阶梯型的热沉上，所述光学耦合组件包括第一双色片、聚焦镜和光纤各一个。

可选的，所述首端激光组件中的最后一个激光发光及整形单元中的第一反射镜的反射面与该首端激光组件内的其余激光发光及整形单元的第一反射镜的反射面设置不同，用于反射所述其余激光发光及整形单元的激光至所述第一双色片上，且所述最后一个激光发光及整形单元发出的激光不经过所述最后一个激光发光及整形单元中的第一反射镜而直接输出至所述第一双色片。

可选的，所述首端激光组件中所述最后一个激光发光及整形单元的波长与该首端激光组件中的所述其余激光发光及整形单元的波长不同，且所述最后一个激光发光及整形单元的第一反射镜替换为第二双色片，所述第二双色片反射所述其余激光发光及整形单元的激光而透射所述最后一个激光发光及整形单元的激光。

可选的，所述激光组件中的激光发光及整形单元中第一反射镜在所述阶梯型的热沉上呈预设的高度差排列，且任一第一反射镜不遮挡其他第一反射镜反射光束的传播。

可选的，所述半导体激光器置于单一壳体内。

可选的，所述激光发光及整形单元还包括依次设置在阶梯型热沉上的COS发光模块、快轴准直镜和慢轴准直镜。

本发明的优点及有益效果是：

本发明采用激光器内部波长合束的方式，通过上述特定的光路和结构设计，省去了单独光路的反射镜，可有效减小激光器体积；通过选用不同焦距的慢轴准直镜，可以进一步提高空间利用率，同时因为光学元件的减少，可以减小装调量，节省物料及工时成本。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明的一个实施例中两个以上波长的半导体激光器的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例中激光发光及整形单元的结构示意图；

图3为本发明的一个实施例中半导体激光器的光路示意图。

图中：1为底板，2为首端激光组件，21为激光发光及整形单元，211为COS发光模块，212为快轴准直镜，213为慢轴准直镜，214为第一反射镜，31为（首端激光组件的）最后一个激光发光及整形单元，4为末端激光组件，41-43为末端激光组件的激光发光及整形单元，5为第一双色片，6为聚焦镜，7为光纤。

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，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅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做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。

应当理解，术语“包括/包含”、“由……组成”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

还需要理解，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示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、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

结合图1所示的两个以上波长（包括两个波长）半导体激光器的结构示意图，本发明的实施例公开的半导体激光器包括两个以上的不同波长的激光组件（例如图1中的2，4）和一个光学耦合组件（5,6,7）。

各激光组件2或4中包括若干个激光发光及整形单元（21,22,31,41,42,43），各所述激光发光及整形单元置于阶梯型的热沉上，且各所述激光发光及整形单元末端包括一个第一反射镜如214，所述第一反射镜将该波长下的各所述激光发光及整形单元的激光反射在同一个方向上；

所述光学耦合组件包括第一双色片5、聚焦镜6和光纤7，根据各组件的空间位置，各所述第一双色片5将各激光组件的激光合束，而聚焦镜6将激光合束聚焦后由所述光纤7输出。

双色片是滤光片的一种，能够对指定波长透射而对另一指定波长反射的光学元件，需要根据COS芯片的波长进行定制。需要指出的是，图1中仅包括两个激光组件，然而该实施例不仅限于2个激光组件，还可以是3个、4个甚至是更多的激光组件等，相应的设置光学耦合组件中的双色片个数，只要能够通过设置能够实现各激光组件聚焦经由光纤7输出的结构，均在本实施例的保护范围之内。

综上，本实施例的半导体激光器结构紧凑，布局合理，满足了节省空间和降低成本的需求。

在一个或一些具体的实施例中，继续参见图1，各所述激光组件2和4位于所述光学耦合组件的同一侧，优选其中的激光发光及整形单元平行设置，而根据波长的不同，不同所述激光组件内的所述激光发光及整形单元的长度不同，各所述激光组件根据长度的大小依次排列，从而避免各激光组件相互遮挡。

在一个优选的实施例中，为了通过减少反射镜的数量实现组件体积和成本的压缩，实现结构紧凑化的目标，在所述激光组件的个数为两个以上的情况下，定义靠近所述光纤侧的为首端激光组件，而远离所述光纤侧的激光组件为末端激光组件，则非末端的激光组件如激光组件2内的最后一个激光发光及整形单元31中的第一反射镜的反射面与该激光组件内的其余激光发光及整形单元（21,22）的第一反射镜的反射面设置不同。

具体结合图3可知，该第一反射镜可用于反射所述其余激光发光及整形单元的激光至所述第一双色片5上，且所述最后一个激光发光及整形单元发出的激光不经过所述最后一个激光发光及整形单元中的第一反射镜而直接输出至所述第一双色片。

在一个实施例中，为了实现更为丰富的波长设置，可以将最后一个激光发光及整形单元31的波长与该激光组件中的所述其余激光发光及整形单元（21,22）的波长不同，且最后一个所述激光发光及整形单元的第一反射镜替换为第二双色片，所述第二双色片反射所述其余激光发光及整形单元的激光而透射所述最后一个所述激光发光及整形单元的激光。

在一个优选的实施例中，参见图2所示，所述激光组件的个数为两个，分别为靠近所述光纤的首端激光组件2和远离所述光纤的末端激光组件4，所述首端激光组件2的慢轴准直镜的焦距小于所述末端激光组件的相应焦距，且均设置在阶梯型的热沉上，而所述光学耦合组件包括第一双色片5、聚焦镜6和光纤7各一个。

在一个实施例中，所述首端激光组件2中的最后一个激光发光及整形单元31中的第一反射镜的反射面与该首端激光组件内的其余激光发光及整形单元（21,22）的第一反射镜的反射面设置不同，参见图3所示，该第一反射镜用于反射所述其余激光发光及整形单元的激光至所述第一双色片5上，且可以设置该第一反射镜以适当的高度，从而能够使得所述最后一个激光发光及整形单元31发出的激光不经过所述最后一个激光发光及整形单元中的第一反射镜而直接输出至所述第一双色片5。

同时，末端激光组件4的激光束经第一反射镜反射后透过该第一双色片5后，由所述聚焦镜6聚焦，而后经光纤7输出。

在一个优选的实施例中，所述首端激光组件2中所述最后一个激光发光及整形单元31的波长与该首端激光组件中的所述其余激光发光及整形单元（21,22）的波长不同，且所述最后一个激光发光及整形单元31的第一反射镜替换为第二双色片，通过合理的设置，该第二双色片能够反射所述其余激光发光及整形单元的激光而透射所述最后一个激光发光及整形单元31的激光。

在一个实施例中，所述激光组件中的激光发光及整形单元中第一反射镜在所述阶梯型的热沉上呈预设的高度差排列，且任一第一反射镜不遮挡其他第一反射镜反射光束的传播。

在一个实施例中，结合图1所示，所述半导体激光器置于单一壳体如管壳内，且各所述激光组件设置在同一平面上。

在一个实施例中，参见图2，所述激光发光及整形单元还包括依次设置在阶梯型热沉上的COS发光模块211、快轴准直镜212和慢轴准直镜213。

以下结合图1-3公开的具体实施例做详细的说明。

结合图1-3所示，一种紧凑的多波长半导体激光器结构，包括底板管壳1，焊接在底板1上的X个激光器芯片及光学整形组（简称激光组件）（2,4），以及光学耦合组件（5,6,7）。

其中上述激光发光及整形单元21,22,31,41,42,43的结构类似，激光发光及整形单元21,22，31中的COS具有相同波长长度，慢轴准直镜焦距较短，激光发光及整形单元41,42,43具有另一相同波长的COS ，慢轴准直镜焦距较长；双色片5可以激光发光及整形单元透射41,42,43出射的光束并反射激光发光及整形单元21,22,31的光束；聚焦镜6用于将光聚焦，耦合进入光纤7。

以激光发光及整形单元21为例进行说明，COS发光模块211出射一定功率的特定波长且具有一定发散角的激光光束；快轴准直镜212对快轴方向光束进行准直，慢轴准直镜213对慢轴方向光束进行准直，反射镜214用于将准直后的光束转折90°。其中激光发光及整形单元21,22之间存在一个台阶，具有一定高度差，COS发光模块211出射的光束经过快轴准直镜212,慢轴准直镜213准直的光打在反射镜214上部分，将光转折至激光发光及整形单元31方向，并恰好从中间的激光发光及整形单元22的反射镜上方通过，激光发光及整形单元22的反射镜将其激光转折向激光发光及整形单元31方向，与激光发光及整形单元21的光形成密排光斑，打在激光发光及整形单元31的反射镜上部分；激光发光及整形单元31与激光发光及整形单元21间存在一个光斑高度的台阶差，激光发光及整形单元31经过准直后的光束可恰好从反射镜314上方通过而不受阻挡，激光发光及整形单元21、 激光发光及整形单元22经过反射镜314转折的光与激光发光及整形单元31出射的光斑形成密排光斑，经过双色片5反射。

参见图3所示，激光发光及整形单元41,42,43均存在一个光斑高度差的台阶，依次升高，经反射镜转折向双色片5的光束形成密排光斑，经过双色片5透射后与激光发光及整形单元21,22,31的转折光束重合，被聚焦镜6耦合进入光纤。

由此可知，通过对激光发光及整形单元31台阶高度的设计，可以将激光发光及整形单元31的光束直接出射，而反射镜用于转折，激光发光及整形单元21,22光束，节省了一个光学元件，同时提高了空间的利用率；激光发光及整形单元21,22,31使用短焦距慢轴准直镜进一步节省空间，实现了激光器内部结构紧凑化、小型化的目的。

需要指出的是，图示中，激光发光及整形单元21,22,31与激光发光及整形单元41,42,43的慢轴准直镜焦距不同，当慢轴准直镜焦距选用一致时，因为激光发光及整形单元31台阶的特殊设计，通过节省反射镜，省去光路转折，仍可实现结构紧凑，节省空间的目的。故专利保护范围不受慢轴准直镜焦距影响，图示为相对理想，可将管壳空间充分利用的场景。

另外，激光器芯片及光学整形组2中的芯片数量可以增加或减少，，激光发光及整形单元31台阶结构的设计不受芯片数量限制。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。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、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种包括两个以上波长的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器包括两个以上的不同波长的激光组件和一个光学耦合组件；其中，

各所述激光组件包括若干个激光发光及整形单元，各所述激光发光及整形单元置于阶梯型的热沉上，且各所述激光发光及整形单元末端包括一个第一反射镜，所述第一反射镜将该波长下的各所述激光发光及整形单元的激光反射在同一个方向上；

所述光学耦合组件包括第一双色片、聚焦镜和光纤，所述第一双色片将各所述激光组件的激光合束，所述聚焦镜将激光合束聚焦后由所述光纤输出。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，各所述激光组件位于所述光学耦合组件的同一侧，不同所述激光组件内的所述激光发光及整形单元的长度不同，各所述激光组件根据长度的大小依次排列。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，所述激光组件的个数为两个以上，靠近所述光纤侧的为首端激光组件，远离所述光纤侧的激光组件为末端激光组件，则非末端的激光组件内的最后一个激光发光及整形单元中的第一反射镜的反射面与该激光组件内的其余激光发光及整形单元的第一反射镜的反射面设置不同，用于反射所述其余激光发光及整形单元的激光至所述第一双色片上，且所述最后一个激光发光及整形单元发出的激光不经过所述最后一个激光发光及整形单元中的第一反射镜而直接输出至所述第一双色片。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述最后一个激光发光及整形单元的波长与该激光组件中的所述其余激光发光及整形单元的波长不同，且最后一个所述激光发光及整形单元的第一反射镜替换为第二双色片，所述第二双色片反射所述其余激光发光及整形单元的激光而投射所述最后一个所述激光发光及整形单元的激光。

5.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述激光组件的个数为两个，分别为靠近所述光纤的首端激光组件和远离所述光纤的末端激光组件，所述首端激光组件中慢轴准直镜的焦距小于所述末端激光组件中慢轴准直镜的焦距，且均设置在阶梯型的热沉上，所述光学耦合组件包括第一双色片、聚焦镜和光纤各一个。

6.根据权利要求5所述的半导体激光器，其特征在于，所述首端激光组件中的最后一个激光发光及整形单元中的第一反射镜的反射面与该首端激光组件内的其余激光发光及整形单元的第一反射镜的反射面设置不同，用于反射所述其余激光发光及整形单元的激光至所述第一双色片上，且所述最后一个激光发光及整形单元发出的激光不经过所述最后一个激光发光及整形单元中的第一反射镜而直接输出至所述第一双色片。

7.根据权利要求6所述的半导体激光器，其特征在于，所述首端激光组件中所述最后一个激光发光及整形单元的波长与该首端激光组件中的所述其余激光发光及整形单元的波长不同，且所述最后一个激光发光及整形单元的第一反射镜替换为第二双色片，所述第二双色片反射所述其余激光发光及整形单元的激光而透射所述最后一个激光发光及整形单元的激光。

8.根据权利要求6-7任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述激光组件中的激光发光及整形单元中第一反射镜在所述阶梯型的热沉上呈预设的高度差排列，且任一第一反射镜不遮挡其他第一反射镜反射光束的传播。

9.根据权利要求1-5任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器置于单一壳体内。

10.根据权利要求1-5任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述激光发光及整形单元还包括依次设置在阶梯型热沉上的COS发光模块、快轴准直镜和慢轴准直镜。

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