CN115173219B - 一种高亮度半导体激光模块 - Google Patents

一种高亮度半导体激光模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高亮度半导体激光模块，属于半导体激光器技术领域，包括基座和设置于第一、第二二维激光阵列光源内的快轴准直镜，与第一、第二二维激光阵列光源内包含的多个单管相对应；第一、第二二维激光阵列光源的光束经快轴准直镜、慢轴准直阵列准直，其中一半准直后的光束由半波片改变偏振态进入光束变换系统后，与另一半准直后直接进入光束变换系统由反射镜转向后的光束经偏振合束器完成合束；合束后光束经设置于基座上的光束平移系统、扩束系统、聚焦镜后耦合进光纤。本发明缩小了绿光半导体激光器模块体积，改善二维激光阵列光源的光束质量，使得准直后的光束经聚焦可以耦合进小数值孔径光纤，实现绿光半导体激光高亮度光纤耦合输出。

Description

一种高亮度半导体激光模块
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种高亮度半导体激光模块。
背景技术
半导体激光凭借着其自身高稳定性、高光电转换效率、体积小等优势在各个领域发挥着越来越重要的作用。高亮度绿光激光器在作为泵浦源、材料加工、医疗等领域的需求在不断增长，但是由于绿光半导体激光芯片的发展困难，高亮度绿光半导体激光器模块的发展也同样受限。
同时在一些小体积应用的条件下，常用的T0封装绿光半导体激光体积较大，市面上小体积的绿光半导体二维激光阵列光源由于快、慢轴方向单管数目的固定和准直镜的选型限制，导致其并不能直接应用，使得准直后的光束经聚焦后无法耦合进小数值孔径的光纤，这使得高亮度绿光激光器模块的发展缓慢，因此，急需一种高亮度半导体激光模块。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种高亮度半导体激光模块。
本发明公开了一种高亮度半导体激光模块，包括基座和设于基座一端且位于同一平面的第一二维激光阵列光源和第二二维激光阵列光源，所述第一二维激光阵列光源和第二二维激光阵列光源内均设有多个单管，且每个所述单管的光路方向均设有快轴准直镜；
所述第一二维激光阵列光源的快轴准直镜的出光方向上依次设有第一慢轴准直阵列和第一光束变换系统，所述第二二维激光阵列光源的快轴准直镜的出光方向上依次设有第二慢轴准直阵列、半波片、第二光束变换系统和反射镜；
所述快轴准直镜、慢轴准直阵列依次对对应的所述单管发出的快、慢轴光束进行准直，经所述第二慢轴准直阵列准直的第二光束由所述半波片改变偏振状态后依次进入所述第二光束变换系统和反射镜，经所述反射镜转向后的所述第二光束与经所述第一慢轴准直阵列准直后直接进入所述第一光束变换系统的第一光束经设于所述基座上的偏振合束器完成合束；
合束后的光束依次经过设置于所述基座上的光束平移系统、扩束系统和聚焦镜后耦合进光纤。
作为本发明的进一步改进，所述基座为长条形基座，沿所述长条形基座的长边方向在所述长条形基座的一侧竖直固定安装有散热板；
所述第一二维激光阵列光源和第二二维激光阵列光源沿快轴方向可拆卸式固定安装在所述散热板上，且与所述长条形基座相垂直；
所述第一二维激光阵列光源和所述第二二维激光阵列光源的激光波长均在绿光波段，每个所述单管的有源宽度均在15-20μm；
所述第一慢轴准直阵列垂直于所述长条形基座且与所述第一二维激光阵列光源平行设置；
所述第二慢轴准直阵列和半波片均垂直于所述长条形基座且与所述第二二维激光阵列光源平行设置。
作为本发明的进一步改进，所述第一光束变换系统和第二光束变换系统均包括光束变换反射镜组和光束压缩反射镜；
所述光束变换反射镜组包括以一定角度倾斜设置的第一光束反射镜和第二光束反射镜，所述第一光束反射镜和第二光束反射镜沿竖直方向上下平行设置；
经第一慢轴准直阵列准直后的第一光束或经所述半波片改变偏振状态后的第二光束中的快、慢轴光束平行进入所述第一光束变换系统或第二光束变换系统内，经第一光束变换系统或第二光束变换系统内的第一光束反射镜将快、慢轴光束进行第一次向下反射，以使一次反射后的快、慢轴光束的方向与初始光束在竖直方向呈90°；
经所述第一光束反射镜反射后的快、慢轴光束经过第二光束反射镜进行第二次反射，以使二次反射后的快、慢轴光束的方向与初始光束平行；
经所述第二光束反射镜反射后的快、慢轴光束经过光束压缩反射镜进行第三次反射，以使三次反射后的快、慢轴光束的方向与平行于所述散热板铺设方向。
作为本发明的进一步改进，所述光束变换反射镜组和光束压缩反射镜为分立式光学元件或一体式光学元件。
作为本发明的进一步改进，所述反射镜垂直于所述基座，且与所述散热板呈45°设置；
所述偏振合束器与所述反射镜平行设置，且位于经所述第一光束变换系统转向后的第一光束的光路上；
经所述第二光束变换系统转向后的第二光束沿平行于散热板方向入射到所述反射镜，经所述反射镜改变传输方向后沿垂直于散热板的方向入射到所述偏振合束器。
作为本发明的进一步改进，所述光学平移系统设置在所述偏振合束器的输出光路上，所述光学平移系统包括第一光束平移折射镜和第二光束平移折射镜；
所述第一光束平移折射镜用于将过高的光束向下平移，所述第二光束平移折射镜用于将过低的光束向上平移。
作为本发明的进一步改进，所述扩束系统垂直设置在所述基座上，所述扩束系统包括沿所述光学平移系统输出光路方向依次间隔设置的第一扩束透镜、第二扩束透镜和第三扩束透镜；
所述第一扩束透镜、第二扩束透镜和第三扩束透镜均为柱面球面镜或非球面镜；
所述扩束系统仅对合束光束中的快轴方向进行扩束。
作为本发明的进一步改进，所述聚焦镜将合束后的光束聚焦于一点，所述聚焦镜为非球面镜，且所述聚焦镜的口径不小于光斑尺寸；
所述光纤的端面上镀有绿光波段增透膜。
本发明还公开了一种高亮度半导体激光模块，包括基座和设于基座一端且位于同一平面的第一二维激光阵列光源和第二二维激光阵列光源，所述第一二维激光阵列光源和第二二维激光阵列光源内均设有多个单管，且每个所述单管的光路方向均设有快轴准直镜；
所述第一二维激光阵列的快轴准直镜的出光方向上依次设有第一慢轴准直阵列、第一光束平移系统和第一光束变换系统，所述第二二维激光阵列的快轴准直镜的出光方向上依次设有第二慢轴准直阵列、半波片、第二光束平移系统、第二光束变换系统和反射镜；
所述快轴准直镜、慢轴准直阵列依次对对应的所述单管发出的快、慢轴光束进行准直，经所述第二慢轴准直阵列准直的第二光束由所述半波片改变偏振状态后依次进入所述第二光束平移系统、第二光束变换系统和反射镜，经所述反射镜转向后的所述第二光束与经所述第一慢轴准直阵列准直后直接进入所述第一光束平移系统和第一光束变换系统的第一光束经设于所述基座上的偏振合束器完成合束；
合束后的光束依次经过设置于所述基座上的扩束系统和聚焦镜后耦合进光纤。
作为本发明的进一步改进，所述第一光束平移系统和所述第二光束平移系统均包括第一光束平移反射镜和第二光束平移反射镜；所述第一光束变换系统和第二光束变换系统均包括光束变换反射镜组和光束压缩反射镜；
所述光束变换反射镜组包括以一定角度倾斜设置的第一光束反射镜和第二光束反射镜，所述第一光束反射镜和第二光束反射镜沿竖直方向上下平行设置；
所述第一光束平移反射镜和第二光束平移反射镜竖直平行安装在所述基座上；
所述第一光束平移系统和第一光束变换系统为分立式光学元件或一体式光学元件；
所述第二光束平移系统和第二光束变换系统为分立式光学元件或一体式光学元件。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明选用多个二维激光阵列光源，提高了系统的集成度，有效地减小了绿光半导体激光器模块的体积；
本发明将快轴准直镜内置于二维激光阵列光源，有效地减小了快轴方向的光斑，改善了二维激光阵列光源的光束质量；
本发明对多个二维激光阵列光源的快、慢轴方向光斑进行重新排列、压缩，保证了光束可以更容易地耦合进小数值孔径光纤，使得绿光半导体激光器模块的亮度有了较大的提升，最终获得绿光激光器模块的亮度应达到大于20MW/sr*cm^2的数值。
附图说明
图1为本发明实施例1-4公开的第一二维激光阵列光源或第二二维激光阵列光源内一个单管前快轴准直镜设置示意图的侧视图；
图2为本发明实施例1-4公开的第一二维激光阵列光源或第二二维激光阵列光源内一个单管前快轴准直镜设置示意图的俯视图；
图3为本发明实施例1-4公开的第一二维激光阵列光源或第二二维激光阵列光源光束经过快轴准直镜和慢轴准直阵列准直后的光束排布示意图；
图4为本发明实施例1-2公开的第一二维激光阵列光源或第二二维激光阵列光源光束经过光束变换系统后的光束排布示意图；
图5为本发明实施例1-2公开的第一二维激光阵列光源或第二二维激光阵列光源光束经过光束平移系统后的光束排布示意图；
图6为本发明实施例1公开的高亮度半导体激光器模块立体结构图；
图7为本发明实施例1公开的高亮度半导体激光器模块侧视图；
图8为本发明实施例1公开的高亮度半导体激光器模块俯视图；
图9为本发明实施例1公开的第一光束变换系统光束传输立体结构示意图；
图10为本发明实施例1公开的第一光束变换系统光束传输侧视图；
图11为本发明实施例1公开的第一光束变换系统光束传输俯视图；
图12为本发明实施例2公开的高亮度半导体激光器模块立体结构图；
图13为本发明实施例2公开的高亮度半导体激光器模块侧视图；
图14为本发明实施例2公开的高亮度半导体激光器模块俯视图；
图15为本发明实施例2公开的第一光束变换系统光束传输立体结构示意图；
图16为本发明实施例2公开的第一光束变换系统光束传输立体结构透视示意图；
图17为本发明实施例2公开的第一光束变换系统光束传输侧视图；
图18为本发明实施例2公开的第一光束变换系统光束传输俯视图；
图19为本发明实施例3-4公开的第一二维激光阵列光源或第二二维激光阵列光源光束经过光束平移系统后的光束排布示意图；
图20为本发明实施例3-4公开的第一二维激光阵列光源或第二二维激光阵列光源光束经过光束变换反射镜后的光束排布示意图；
图21为本发明实施例3-4公开的第一二维激光阵列光源或第二二维激光阵列光源光束经过光束压缩反射镜后的光束排布示意图；
图22为本发明实施例3公开的高亮度半导体激光器模块立体结构图；
图23为本发明实施例3公开的高亮度半导体激光器模块侧视图；
图24为本发明实施例3公开的高亮度半导体激光器模块俯视图；
图25为本发明实施例3公开的第一光束平移系统与第一光束变换系统光束传输立体结构示意图；
图26为本发明实施例3公开的第一光束平移系统与第一光束变换系统光束传输侧视图；
图27为本发明实施例3公开的第一光束平移系统与第一光束变换系统光束传输俯视图；
图28为本发明实施例4公开的高亮度半导体激光器模块立体结构图；
图29为本发明实施例4公开的高亮度半导体激光器模块侧视图；
图30为本发明实施例4公开的高亮度半导体激光器模块俯视图；
图31为本发明实施例4公开的第一光束平移系统与第一光束变换系统光束传输立体结构示意图；
图32为本发明实施例4公开的第一光束平移系统与第一光束变换系统光束传输立体结构透视示意图；
图33为本发明实施例4公开的第一光束平移系统与第一光束变换系统光束传输侧视图；
图34为本发明实施例4公开的第一光束平移系统与第一光束变换系统光束传输俯视图。
图中：
1、基座；2、散热板；3a、第一二维激光阵列光源；3b、第二二维激光阵列光源；4a、第一慢轴准直阵列；4b、第二慢轴准直阵列；5、半波片；6a、第一光束变换系统；6a-1、光束压缩反射镜；6a-2、光束变换反射镜组；6a-2a、第一光束反射镜；6a-2b、第二光束反射镜；6b、第二光束变换系统；6b-1、光束压缩反射镜；6b-2、光束变换反射镜组；6b-2a、第一光束反射镜；6b-2b、第二光束反射镜；7、反射镜；8、偏振合束器；9、光束平移系统；9-2a、第一光束平移折射镜；9-2b、第二光束平移折射镜；9a、第一光束平移系统；9a-1a、第一光束平移反射镜；9a-1b、第二光束平移反射镜；9b、第一光束平移系统；9b-1a、第一光束平移反射镜；9b-1b、第二光束平移反射镜；10、扩束系统；10-1a、第一扩束透镜；10-1b、第二扩束透镜；10-1c、第三扩束透镜；11、聚焦镜；12、光纤；13、单管；14、快轴准直镜。
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的一部分实施例，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的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或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1至图2所示为本实施例1至4中第一二维激光阵列光源3a或第二二维激光阵列光源3b内一个单管13前快轴准直镜14设置示意图，本发明中第一二维激光阵列光源3a或第二二维激光阵列光源3b内部包含多个单管13，每个单管13前均设置有快轴准直镜14，快轴准直镜14通过粘贴的方式固定在单管13出光位置的正前方，快轴准直镜14的尺寸和放置不应对周围其他元件产生干涉，快轴准直镜14对单管13快轴方向的光束进行准直，准直后的光束在快轴方向为平行光。
如图3所示为本实施例1至4中第一二维激光阵列光源3a或第二二维激光阵列光源3b的光束经过快轴准直镜14与第一慢轴准直阵列4a或第二慢轴准直阵列4b准直后的光束排布示意图，快、慢轴方向的光斑数量应与第一二维激光阵列光源3a或第二二维激光阵列光源3b内单管13的数量相同，在快轴方向光斑数量为4行，在慢轴方向光斑数量为6列，快轴方向光斑之间行距很大，而且慢轴方向光斑数量过多，无法直接耦合进光纤12，需要进行光束变换和压缩。
如图3-18所示，本发明提供一种高亮度半导体激光模块，包括基座1和设于基座1一端且位于同一平面的第一二维激光阵列光源3a和第二二维激光阵列光源3b，第一二维激光阵列光源3a和第二二维激光阵列光源3b内均设有多个单管13，且每个单管13的光路方向均设有快轴准直镜14；
第一二维激光阵列3a的快轴准直镜14的出光方向上依次设有第一慢轴准直阵列4a和第一光束变换系统6a，第二二维激光阵列3b的快轴准直镜14的出光方向上依次设有第二慢轴准直阵列4b、半波片5、第二光束变换系统6b和反射镜7；
快轴准直镜14、慢轴准直阵列依次对对应的单管13发出的快、慢轴光束进行准直，经第二慢轴准直阵列4b准直的第二光束由半波片5改变偏振状态后依次进入第二光束变换系统6b和反射镜7，经反射镜7转向后的第二光束与经第一慢轴准直阵列4a准直后直接进入第一光束变换系统6a的第一光束经设于基座1上的偏振合束器8完成合束；
合束后的光束依次经过设置于基座1上的光束平移系统9、扩束系统10和聚焦镜11后耦合进光纤12。
实施例1：
如图3至11所示，本发明第一实施例公开了一种高亮度半导体激光器模块，其中，基座1为长条形基座，沿长条形基座的长边方向在长条形基座的一侧竖直固定安装有散热板2；第一二维激光阵列光源3a与第二二维激光阵列光源3b沿快轴方向可拆卸式固定安装在散热板2上，且与长条形基座相垂直；第一二维激光阵列光源3a与第二二维激光阵列光源3b的激光波长均在绿光波段，每个单管13的有源宽度均在15-20μm；第一慢轴准直阵列4a垂直于长条形基座且与第一二维激光阵列光源3a平行设置；第二慢轴准直阵列4b和半波片5均垂直于长条形基座且与第二二维激光阵列光源3b平行设置。
进一步的，本实施例中的设置于基座1上的散热板2对第一二维激光阵列光源3a与第二二维激光阵列光源3b起到固定支撑和散热的作用，散热板2在保证有固定支撑能力的条件下应选择导热率高的材料，散热方式通过水冷、风冷等主动散热形式将第一二维激光阵列光源3a与第二二维激光阵列光源3b产生的热量散出。
进一步的，本实施例中的第一二维激光阵列光源3a与第二二维激光阵列光源3b为波长在绿光范围内，第一二维激光阵列光源3a与第二二维激光阵列光源3b内在快轴方向单管13数量为4，在慢轴方向单管13数量为6，每个单管13前均设置有快轴准直镜14。
经过快、慢轴准直后的第一二维激光阵列光源3a的光束进入到第一光束变换系统6a，而第二二维激光阵列光源3b的光束需要经过半波片5改变偏振态后进入第二光束变换系统6b，偏振态旋转了90°，第一光束变换系统6a包括光束压缩反射镜6a-1和光束变换反射镜组6a-2，且光束变换反射镜组6a-2包括第一光束反射镜6a-2a和第二光束反射镜6a-2b；第二光束变换系统6b包括光束压缩反射镜6b-1和光束变换反射镜组6b-2，且光束变换反射镜组6b-2包括第一光束反射镜6b-2a和第二光束反射镜6b-2b。
进一步的，本实施例中的第一光束变换系统6a和第二光束变换系统6b中的光束变换反射镜组包括以一定角度倾斜设置的第一光束反射镜和第二光束反射镜，且第一光束反射镜和第二光束反射镜沿竖直方向上下平行设置；
如图9-11为本实施例中第一光束变换系统6a的光束传输示意图，其中Laser1和Laser2表示第一二维激光阵列光源3a或第二二维激光阵列光源3b中经过快、慢轴准直后的光束。
经第一慢轴准直阵列4a准直后的第一光束的快、慢轴光束平行进入第一光束变换系统6a内，经第一光束变换系统6a内的第一光束反射镜6a-2a将快、慢轴光束进行第一次向下反射，以使一次反射后的快、慢轴光束的方向与初始光束在竖直方向呈90°；
经第一光束反射镜6a-2a反射后的快、慢轴光束经过第二光束反射镜6a-2b进行第二次反射，以使二次反射后的快、慢轴光束的方向与初始光束平行；经第二光束反射镜6a-2b反射后的快、慢轴光束经过光束压缩反射镜6a-1进行第三次反射，以使三次反射后的快、慢轴光束的方向与散热板2的铺设方向平行，本实施例中的第二光束变换系统6b的光束传输方向与第一光束变换系统6a的光束传输一致，在此不做赘述。
进一步的，本实施例中的第一光束变换系统6a和第二光束变换系统6b完成准直光束的重新排布和压缩，第一光束变换系统6a和第二光束变换系统6b中利用反射，将第一二维激光阵列光源3a或第二二维激光阵列光源3b的原始慢轴方向的一部分光束排布至快轴方向，并且将重新排布光束之间进行光束压缩，另一部分未经过半波片5的光束直接进行光束压缩，将光束之间“死区”减小，第一光束变换系统6a和第二光束变换系统6b中每一路的中心与对应的第一二维激光阵列光源3a或第二二维激光阵列光源3b的光束中心相对。
如图4所示为本实施例中第一二维激光阵列光源3a与第二二维激光阵列光源3b的光束经过第一光束变换系统6a或第二光束变换系统6b后的光束排布图示意图，其中快轴方向光斑之间的行距已经通过光束压缩反射镜缩小，快轴方向光斑的数量已经从原来的4行变为6行，但是在快轴方向后2行光斑还未与前4行对齐。
进一步的，本实施例中设置于基座1上的偏振合束器8与反射镜7相平行，垂直于基座1，第一二维激光阵列光源3a与第二二维激光阵列光源3b的光束在经过第一光束变换系统6a或第二光束变换系统6b后进行了重新排布和压缩，第二二维激光阵列光源3b经过半波片5后通过与散热板2呈45°且垂直于基座1的反射镜7改变传输方向后沿垂直于散热板2的方向入射到偏振合束器8，第一二维激光阵列光源3a经过第一慢轴准直阵列4a沿平行于散热板2的方向入射到偏振合束器8，偏振合束器8将两束光束合为一束，经过合束后的光束尺寸与合束前任意一束光束尺寸近似，但功率应近似于合束前的两光束功率之和。
进一步的，本实施例中的光学平移系统9设置在偏振合束器8的输出光路上，光学平移系统9包括第一光束平移折射镜9-2a和第二光束平移折射镜9-2b；第一光束平移折射镜9-2a用于将过高的光束向下平移，第二光束平移折射镜9-2b用于将过低的光束向上平移。
进一步的，本实施例中的平移的距离根据公式：
其中，A为光束移动距离，β为相互平行的入射面与出射面相对底边的倾角，L为长度，n为光束平移折射镜折射率。
如图5所示为本实施例中第一二维激光阵列光源3a与第二二维激光阵列光源3b的光束经过光束平移系统9后的光束排布示意图，在快轴方向光斑的数量保持6行，慢轴方向光斑为4列，并且光斑之间已实现对齐，整体光束近似于矩形。
进一步的，本实施例中经过光束平移系统9后的第一二维激光阵列光源3a与第二二维激光阵列光源3b的平移光束进入到扩束系统10，本实施例中的扩束系统10包括第一扩束透镜10-1a、第二扩束透镜10-1b、第三扩束透镜10-1c，第一扩束透镜10-1a、第二扩束透镜10-1b、第三扩束透镜10-1c均为柱面球面镜或非球面镜，本实施例中的第一扩束透镜10-1a应为凹面镜，第二扩束透镜10-1b和第三扩束透镜10-1c应为凸面镜，并且距离应较近以达到消除相差的目的，扩束系统10仅对快轴方向进行扩束。
进一步的，本实施例中的聚焦镜11将扩束后系统10扩束后的光束进行聚焦耦合到光纤12中，聚焦镜11为非球面镜，口径应不小于光斑尺寸，经过扩束系统10的快、慢轴方向的光束经聚焦镜11聚焦后应汇聚于一点，焦点光斑直径应小于50μm，聚焦后的光束的快、慢轴发散角应分别小于0.15rad，光纤耦合效率大于90％，光纤12端面镀有绿光波段增透膜，光纤12的芯径为50μm，数值孔径为0.15。
实施例2：
如图12至18所示，本发明第二实施例公开了一种高亮度半导体激光器模块。
本实施例2与实施例1不同的是，第一光束变换系统6a或第二光束变换系统6b中的光束压缩反射镜和光束变换反射镜不再是分立式元件，而是一体式光学元件。
具体的，如图15-18所示为本实施例中第一光束变换系统6a的光束传输示意图，在第一光束变换系统6a中第一光束变换反射镜6a-2a所标注的表面起到的功能与实施例1中第一光束变换反射镜6a-2a相同，将两束相互平行的Laser1和Laser2光束进行第一次反射，第一光束变换系统6a中第二光束变换反射镜6a-2b所标注的表面起到的功能与实施例1中第二光束变换反射镜6a-2b相同，对第一次反射的光束进行第二次反射，第一光束变换系统6a中光束压缩反射镜6a-1所标注的表面起到的功能与实施例1中光束压缩反射镜6a-1相同，对第二次反射后的光束改为水平方向传输。其中，第一光束变换反射镜6a-2a、第二光束变换反射镜6a-2b、光束压缩反射镜6a-1所标注的表面应镀有绿光波段高反射率膜，Laser1和Laser2光束的入射面与出射面应镀有绿光波段增透膜，本实施例中的第二光束变换系统6b的光束传输与第一光束变换系统6a的光束传输在结构和传输方向一致，在此不做赘述。
如图19-34，本发明提供了另一种高亮度半导体激光模块，包括基座1和设于基座1一端且位于同一平面的第一二维激光阵列光源3a和第二二维激光阵列光源3b，第一二维激光阵列光源3a和第二二维激光阵列光源3b内均设有多个单管13，且每个单管13的光路方向均设有快轴准直镜14；
第一二维激光阵列光源3a的快轴准直镜14的出光方向上依次设有第一慢轴准直阵列4a、第一光束平移系统9a和第一光束变换系统6a，第二二维激光阵列光源3b的快轴准直镜14的出光方向上依次设有第二慢轴准直阵列4b、半波片5、第二光束平移系统9b、第二光束变换系统6b和反射镜7；
快轴准直镜14、慢轴准直阵列依次对对应的单管13发出的快、慢轴光束进行准直，经第二慢轴准直阵列4b准直的第二光束由半波片5改变偏振状态后依次进入第二光束平移系统9b、第二光束变换系统6b和反射镜7，经反射镜7转向后的第二光束与经第一慢轴准直阵列4a准直后直接进入第一光束平移系统9a和第一光束变换系统6a的第一光束经设于基座1上的偏振合束器8完成合束；
合束后的光束依次经过设置于基座1上的扩束系统10和聚焦镜11后耦合进光纤12。
实施例3：
如图19至27所示，为本发明第三实施例公开的一种高亮度半导体激光器模块。
本实施例3与实施例1和2不同的是将光束平移系统9中的第一光束平移折射镜9-2a和第二光束平移折射镜9-2b改为多个光束平移反射镜，所起到的作用仍然为光束平移，将折射式光束平移更改为反射式光束平移，并且将光束平移系统9放置在第一光束变换系统6a或第二光束变换系统6b之前。
进一步的，本实施例3的第一光束平移系统9a包括第一光束平移反射镜9a-1a和第二光束平移反射镜9a-1b；第二光束平移系统9b包括第一光束平移反射镜9b-1a和第二光束平移反射镜9b-1b；且第一光束平移反射镜和第二光束平移反射镜竖直平行安装在基座1上，第一光束变换系统6a包括光束压缩反射镜6a-1和光束变换反射镜组6a-2，且光束变换反射镜组6a-2包括第一光束反射镜6a-2a和第二光束反射镜6a-2b；第二光束变换系统6b包括光束压缩反射镜6b-1和光束变换反射镜组6b-2，且光束变换反射镜组6b-2包括第一光束反射镜6b-2a和第二光束反射镜6b-2b。
如图25至27所示为本发明实施例3公开的第一光束平移系统9a与第一光束变换系统6a光束传输示意图，其中Laser1和Laser2表示第一二维激光阵列光源3a和第二二维激光阵列光源3b中经过快、慢轴准直后的光束，两束相互平行的Laser1和Laser2光束进入第一光束平移系统9a中第一光束平移反射镜9a-1a进行第一次反射，第一光束平移反射镜9a-1a将入射的两束光束沿水平方向转向90°，第一次反射后的光束经过第一光束平移反射镜9a-1b再次转向90°，第二次反射后的Laser1和Laser2的传播方向变为与初始时的方向一致，Laser1和Laser2光束经过第一光束反射镜6a-2a变为沿竖直方向传播，经过第三次反射后的光束进入第二光束反射镜6a-2b反射，第四次反射后的光束方向与初始时的方向一致，最后由光束压缩反射镜6a-1完成在水平方向传输,使经过光束压缩反射镜6a-1反射后的光束与散热板2铺设方向平行。
如图19所示为本发明实施例3公开的第一二维激光阵列光源3a和第二二维激光阵列光源3b光束经过第一光束平移系统9a或第二光束平移系统9b后的光束排布示意图，快轴方向光斑的数量已经从原来的4行变为现在8行，但在慢轴方向有4行光斑与另外4行光斑未对齐。
如图20所示为本发明实施例3公开的第一二维激光阵列光源3a和第二二维激光阵列光源3b光束经过光束变换反射镜组6a-2或光束变换反射镜组6b-2后的光束排布示意图，在慢轴方向已经实现4列光斑，并且4列光斑已经实现对其，但是在快轴方向仍为8行。
如图21所示为本发明实施例3公开的第一二维激光阵列光源3a和第二二维激光阵列光源3b光束经过光束压缩反射镜6a-1或光束压缩反射镜6b-1后的光束排布示意图，在慢轴方向光斑的数量保持4列，快轴方向光斑为6行，并且光斑之间已实现对齐，整体光束近似于矩形。
进一步的，本实施例3中将第一光束平移系统9a与第一光束变换系统6a、第二光束平移系统9b与第二光束变换系统6b为分立式光学元件。
实施例4：
如图28至34所示，为本发明实施例4公开的一种高亮度半导体激光器模块。
本实施例4与实施例3不同的是，本实施例4中将第一光束平移系统9a与第一光束变换系统6a、第二光束平移系统9b与第二光束变换系统6b为一体式光学元件。
如图31至34所示为本实施例中第一光束平移系统9a与第一光束变换系统6a光束传输示意图，在第一光束平移系统9a中第一光束平移反射镜9a-1a所标注的表面起到的功能与实施例3中第一光束平移反射镜9a-1a相同，将入射的两束光束Laser1和Laser2沿水平方向转向90°，在第一光束平移系统9a中第二光束平移反射镜9a-1b所标注的表面起到的功能与实施例3中第二光束平移反射镜9a-1b相同，将第二次反射后光束的传播方向与初始时的方向一致，在第一光束变换系统6a中第一光束变换反射镜6a-2a所标注的表面起到的功能与实施例3中第一光束变换反射镜6a-2a相同，Laser1和Laser2光束将变为沿竖直方向传播，第一光束变换系统6a中第二光束变换反射镜6a-2b所标注的表面起到的功能与实施例3中第二光束变换反射镜6a-2b相同，经过第三次反射后的光束进入第二光束变换反射镜6a-2b反射，第四次反射后的光束方向与初始时的方向一致，第一光束变换系统6a中光束压缩反射镜6a-1所标注的表面起到的功能与实施例1中光束压缩反射镜6a-1相同，第四次反射后的光束最后由光束压缩反射镜6a-1完成在水平方向传输。其中，第一光束平移反射镜9a-1a、第二光束平移反射镜9a-1b、第一光束变换反射镜6a-2a、第二光束变换反射镜6a-2b、光束压缩反射镜6a-1所标注的表面应镀有绿光波段高反射率膜，Laser1和Laser2光束的入射面与出射面应镀有绿光波段增透膜，本实施例4中的第二光束平移系统9b与第二光束变换系统6b的光束传输与第一光束平移系统9a与第一光束变换系统6a的光束传输在结构和传输方向一致，在此不做赘述。
本发明的有益效果：
本发明选用多个二维激光阵列光源，提高了系统的集成度，有效地减小了绿光半导体激光器模块的体积；
本发明将快轴准直镜内置于二维激光阵列光源，有效地减小了快轴方向的光斑，改善了二维激光阵列光源的光束质量；
本发明对多个二维激光阵列光源的快、慢轴方向光斑进行重新排列、压缩，保证了光束可以更容易地耦合进小数值孔径光纤，使得绿光半导体激光器模块的亮度有了较大的提升，最终获得绿光激光器模块的亮度应达到大于20MW/sr*cm^2的数值。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (8)

1.一种高亮度半导体激光模块，其特征在于，包括基座和设于基座一端且位于同一平面的第一二维激光阵列光源和第二二维激光阵列光源，所述第一二维激光阵列光源和第二二维激光阵列光源内均设有多个单管，且每个所述单管的光路方向均设有快轴准直镜；
所述第一二维激光阵列光源的快轴准直镜的出光方向上依次设有第一慢轴准直阵列和第一光束变换系统，所述第二二维激光阵列光源的快轴准直镜的出光方向上依次设有第二慢轴准直阵列、半波片、第二光束变换系统和反射镜；
所述快轴准直镜、慢轴准直阵列依次对对应的所述单管发出的快、慢轴光束进行准直，经所述第二慢轴准直阵列准直的第二光束由所述半波片改变偏振状态后依次进入所述第二光束变换系统和反射镜，经所述反射镜转向后的所述第二光束与经所述第一慢轴准直阵列准直后直接进入所述第一光束变换系统的第一光束经设于所述基座上的偏振合束器完成合束；
合束后的光束依次经过设置于所述基座上的光束平移系统、扩束系统和聚焦镜后耦合进光纤；
所述基座为长条形基座，沿所述长条形基座的长边方向在所述长条形基座的一侧竖直固定安装有散热板；
所述第一二维激光阵列光源和第二二维激光阵列光源沿快轴方向可拆卸式固定安装在所述散热板上，且与所述长条形基座相垂直；
所述第一二维激光阵列光源和所述第二二维激光阵列光源的激光波长均在绿光波段，每个所述单管的有源宽度均在15-20μm；
所述第一慢轴准直阵列垂直于所述长条形基座且与所述第一二维激光阵列光源平行设置；
所述第二慢轴准直阵列和半波片均垂直于所述长条形基座且与所述第二二维激光阵列光源平行设置；
所述第一光束变换系统和第二光束变换系统均包括光束变换反射镜组和光束压缩反射镜；
所述光束变换反射镜组包括以一定角度倾斜设置的第一光束反射镜和第二光束反射镜，所述第一光束反射镜和第二光束反射镜沿竖直方向上下平行设置；
经第一慢轴准直阵列准直后的第一光束或经所述半波片改变偏振状态后的第二光束中的快、慢轴光束平行进入所述第一光束变换系统或第二光束变换系统内，经第一光束变换系统或第二光束变换系统内的第一光束反射镜将快、慢轴光束进行第一次向下反射，以使一次反射后的快、慢轴光束的方向与初始光束在竖直方向呈90°；
经所述第一光束反射镜反射后的快、慢轴光束经过第二光束反射镜进行第二次反射，以使二次反射后的快、慢轴光束的方向与初始光束平行；
经所述第二光束反射镜反射后的快、慢轴光束经过光束压缩反射镜进行第三次反射，以使三次反射后的快、慢轴光束的方向与平行于所述散热板铺设方向。
2.根据权利要求1所述的高亮度半导体激光模块，其特征在于，所述光束变换反射镜组和光束压缩反射镜为分立式光学元件或一体式光学元件。
3.根据权利要求1所述的高亮度半导体激光模块，其特征在于，所述反射镜垂直于所述基座，且与所述散热板呈45°设置；
所述偏振合束器与所述反射镜平行设置，且位于经所述第一光束变换系统转向后的第一光束的光路上；
经所述第二光束变换系统转向后的第二光束沿平行于散热板方向入射到所述反射镜，经所述反射镜改变传输方向后沿垂直于散热板的方向入射到所述偏振合束器。
4.根据权利要求1所述的高亮度半导体激光模块，其特征在于，所述光束平移系统设置在所述偏振合束器的输出光路上，所述光束平移系统包括第一光束平移折射镜和第二光束平移折射镜；
所述第一光束平移折射镜用于将过高的光束向下平移，所述第二光束平移折射镜用于将过低的光束向上平移。
5.根据权利要求1所述的高亮度半导体激光模块，其特征在于，所述扩束系统垂直设置在所述基座上，所述扩束系统包括沿所述光束平移系统输出光路方向依次间隔设置的第一扩束透镜、第二扩束透镜和第三扩束透镜；
所述第一扩束透镜、第二扩束透镜和第三扩束透镜均为柱面球面镜或非球面镜；
所述扩束系统仅对合束光束中的快轴方向进行扩束。
6.根据权利要求5所述的高亮度半导体激光模块，其特征在于，所述聚焦镜将合束后的光束聚焦于一点，所述聚焦镜为非球面镜，且所述聚焦镜的口径不小于光斑尺寸；
所述光纤的端面上镀有绿光波段增透膜。
7.一种高亮度半导体激光模块，其特征在于，包括基座和设于基座一端且位于同一平面的第一二维激光阵列光源和第二二维激光阵列光源，所述第一二维激光阵列光源和第二二维激光阵列光源内均设有多个单管，且每个所述单管的光路方向均设有快轴准直镜；
所述第一二维激光阵列光源的快轴准直镜的出光方向上依次设有第一慢轴准直阵列、第一光束平移系统和第一光束变换系统，所述第二二维激光阵列光源的快轴准直镜的出光方向上依次设有第二慢轴准直阵列、半波片、第二光束平移系统、第二光束变换系统和反射镜；
所述快轴准直镜、慢轴准直阵列依次对对应的所述单管发出的快、慢轴光束进行准直，经所述第二慢轴准直阵列准直的第二光束由所述半波片改变偏振状态后依次进入所述第二光束平移系统、第二光束变换系统和反射镜，经所述反射镜转向后的所述第二光束与经所述第一慢轴准直阵列准直后直接进入所述第一光束平移系统和第一光束变换系统的第一光束经设于所述基座上的偏振合束器完成合束；
合束后的光束依次经过设置于所述基座上的扩束系统和聚焦镜后耦合进光纤；
所述第一光束平移系统和所述第二光束平移系统均包括第一光束平移反射镜和第二光束平移反射镜；所述第一光束变换系统和第二光束变换系统均包括光束变换反射镜组和光束压缩反射镜；
所述光束变换反射镜组包括以一定角度倾斜设置的第一光束反射镜和第二光束反射镜，所述第一光束反射镜和第二光束反射镜沿竖直方向上下平行设置；
所述第一光束平移反射镜和第二光束平移反射镜竖直平行安装在所述基座上。
8.根据权利要求7所述的高亮度半导体激光模块，其特征在于，
所述第一光束平移系统和第一光束变换系统为分立式光学元件或一体式光学元件；
所述第二光束平移系统和第二光束变换系统为分立式光学元件或一体式光学元件。
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