CN116027495A - 一种半导体激光器用耦合器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体激光器用耦合器及其制备方法，属于半导体激光器技术领域。耦合器包括插芯、准直透镜和耦合器座，其中，耦合器座开口端设置有准直透镜，耦合器座内设置有插芯，通过插芯固定镀膜光纤尾端。本发明保证光纤端面清洁，避免人为损坏，可以进行数值孔径控制，使多余杂散光打在耦合器座上散掉，避免激光聚集在插芯上，降低了光纤烧毁的风险。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体激光器用耦合器及其制备方法，属于半导体激光器技术领域。
背景技术
由于半导体激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、寿命长、波长覆盖范围广等优点，广泛应用于工业、医疗、通讯和军事等领域，逐步取代了传统气体和固体激光器。光纤耦合输出半导体激光器由于使用灵活，功率密度大，受到人们的青睐，近年来，随着工业加工、医疗、激光打印等领域的发展，对高功率光纤耦合输出半导体激光器的需求逐年增加。
近年来光纤激光器生产厂商对高功率光纤耦合输出半导体激光器的需求越来越多，半导体激光器主要通过光纤熔接的方式与合束器进行连接，连接效率与半导体激光器尾纤输出激光的数值孔径有关，所以如何有效控制半导体激光器模块输出激光的数值孔径是光纤耦合中的关键技术。目前可以通过光学系统的初始设计控制光纤输出激光的数值孔径，但是在实际生产操作中有一些杂散光不可避免的入射到尾纤输入端，影响模块数值孔径的同时也会聚集在光纤端面，烧毁光纤或装配光纤的陶瓷插芯。
中国专利文献CN214311009U公开了一种高效率尾纤，包括陶瓷插芯和具有第一收容腔的第一散热套，还包括光纤，所述陶瓷插芯通过从后向前伸入所述第一收容腔而被所述第一散热套至少罩住其头部，所述光纤包括裸光纤段和与所述裸光纤段的尾部连接的传能光纤段，所述裸光纤段贯穿所述陶瓷插芯和第一收容腔，且所述裸光纤段的头部自所述第一收容腔向前伸出并显露在所述第一散热套外，所述陶瓷插芯、第一收容腔和光纤共轴线设置。该结构能保护陶瓷插芯，但是对于裸露在外的光纤端面没有有效的保护，会造成操作中的触碰或烧毁。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体激光器用耦合器，保证光纤端面清洁，避免人为损坏，可以进行数值孔径控制，使多余杂散光打在耦合器座上散掉，避免激光聚集在插芯上，降低了光纤烧毁的风险。
本发明还提供上述半导体激光器用耦合器的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种半导体激光器用耦合器，包括插芯、准直透镜和耦合器座，其中，耦合器座开口端设置有准直透镜，耦合器座内设置有插芯，通过插芯固定镀膜光纤尾端。
优选的，准直透镜为球透镜或非球面透镜。
优选的，插芯为陶瓷插芯，陶瓷插芯的内径与镀膜光纤的光纤直径相同。
优选的，耦合器座内一端设置有圆锥形孔槽，圆锥形孔槽开口端设置有准直透镜，耦合器座内另一端设置有插芯，插芯贯穿连接至圆锥形孔槽一侧，圆锥形孔槽圆锥剖面边线与中轴线的夹角的正弦值为所要控制的数值孔径，NA＝n*sinα(n＝1)。
优选的，耦合器座内另一端设置有插芯槽，插芯槽内设置有凸台，通过凸台进行插芯限位，从而保证装配的精度。
进一步优选的，插芯槽与圆锥形孔槽的锥顶点之间设置有缓冲槽，光纤端面穿过缓冲槽连接至圆锥形孔槽的顶点，从而保证入射到光纤端面的光束NA与圆锥形孔槽控制的NA一致。
优选的，缓冲槽宽度为1-5mm，长度和深度可根据具体使用情况进行设置。
优选的，耦合器座的材料为高导热性的材料黄铜、无氧铜或钨铜。
上述半导体激光器用耦合器的制备方法，步骤如下：
(1)将准直透镜用紫外胶或其他胶水装配在耦合器座上；
(2)剥除镀膜光纤尾端的涂覆层，进行端面研磨、抛光、镀膜；
(3)在显微镜下操作，将端面镀膜的镀膜光纤贯穿插入插芯中，在另一端用折射率和光纤匹配的高温胶水或紫外胶水将镀膜光纤与插芯固定，采用端检仪检查镀膜光纤端面，并进行清洁；
(4)将装配好镀膜光纤的插芯通过压接、螺帽或胶水粘接的方式与耦合器座固定到一起，通过机械加工定位保证镀膜光纤与圆锥形孔槽中心同轴，镀膜光纤端面连接至圆锥形孔槽顶点处；
(5)将装配好的耦合器通过螺丝或焊料烧结的方式固定在激光器模组外壳上。
优选的，步骤(2)中，镀膜光纤尾端的涂覆层剥除5-25cm，镀100-1000nm增透膜。
本发明的有益效果在于：
1、本发明保证光纤端面清洁，避免人为损坏，可以进行数值孔径控制，使多余杂散光打在耦合器座上散掉，避免激光聚集在插芯上，降低了光纤烧毁的风险。
2、本发明的耦合器将镀膜光纤尾端密封在耦合器座内，避免了光纤污染和人为碰伤。
3、本发明的耦合器内部具有和设计数值孔径相匹配的圆锥形孔槽，可使多余的光直接打在耦合器内部散掉，避免了杂散光打在光纤端面和插芯上，有效保护插芯。
附图说明
图1为本发明应用在长方体半导体激光器上的结构示意图；
图2为本发明应用在T形半导体激光器上的结构示意图；
图3为本发明的圆锥形孔槽圆锥剖面边线与中轴线的夹角示意图；
其中：1、准直透镜；2、耦合器座；3、镀膜光纤；4、插芯；
21、凹槽；22、圆锥形孔槽；23、凸台；24、固定孔；25、插芯槽；26、缓冲槽。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种应用在长方体半导体激光器上的半导体激光器用耦合器，包括插芯4、准直透镜1和耦合器座2，其中，耦合器座2开口端设置有准直透镜1，耦合器座2内设置有插芯4，通过插芯4固定镀膜光纤3尾端。
准直透镜1为球透镜。
插芯4为陶瓷插芯，陶瓷插芯的内径与镀膜光纤的光纤直径相同。
耦合器座2内一端设置有圆锥形孔槽22，圆锥形孔槽22开口端通过凹槽21设置有准直透镜1，耦合器座2内另一端设置有插芯4，插芯4贯穿连接至圆锥形孔槽22一侧，圆锥形孔槽22圆锥剖面边线与中轴线的夹角的正弦值为所要控制的数值孔径，NA＝n*sinα(n＝1)，如图3所示，可根据需要的数值孔径调整圆锥形孔槽的大小。
耦合器座2内另一端设置有插芯槽25，插芯槽25内设置有凸台23，通过凸台23进行插芯限位，从而保证装配的精度。
插芯槽25与圆锥形孔槽22的锥顶点之间设置有缓冲槽26，光纤端面穿过缓冲槽连接至圆锥形孔槽的顶点，从而保证入射到光纤端面的光束NA与圆锥形孔槽控制的NA一致。
缓冲槽26宽度为5mm，长度和深度可根据具体使用情况进行设置。
耦合器座2的材料为高导热性的材料黄铜。
上述半导体激光器用耦合器的制备方法，步骤如下：
(1)将准直透镜用紫外胶或其他胶水装配在耦合器座上；
(2)剥除镀膜光纤尾端的涂覆层，进行端面研磨、抛光、镀膜；
(3)在显微镜下操作，将端面镀膜的镀膜光纤贯穿插入插芯中，在另一端用折射率和光纤匹配的高温胶水或紫外胶水将镀膜光纤与插芯固定，采用端检仪检查镀膜光纤端面，并进行清洁；
(4)将装配好镀膜光纤的插芯通过压接、螺帽或胶水粘接的方式与耦合器座固定到一起，通过机械加工定位保证镀膜光纤与圆锥形孔槽中心同轴，镀膜光纤端面连接至圆锥形孔槽顶点处；
(5)将装配好的耦合器通过螺丝或焊料烧结的方式固定在激光器模组外壳上。
步骤(2)中，镀膜光纤尾端的涂覆层剥除5-25cm，镀100-1000nm增透膜。
实施例2：
一种应用在长方体半导体激光器上的半导体激光器用耦合器，结构如实施例1所述，不同之处在于，准直透镜1为非球面透镜。耦合器座2的材料为高导热性的材料无氧铜。
实施例3：
一种应用在长方体半导体激光器上的半导体激光器用耦合器，结构如实施例1所述，不同之处在于，耦合器座2的材料为高导热性的材料钨铜。
实施例4：
如图2所示，本实施例提供一种应用在T形半导体激光器上的半导体激光器用耦合器，结构如实施例1所述，不同之处在于，缓冲槽26宽度为1mm，耦合器座2一端延伸设置有固定块，固定块上设置有固定孔24，延伸设置固定块是为了贴合T形半导体激光器外壳，方便安装。
Claims (10)
1.一种半导体激光器用耦合器，其特征在于，包括插芯、准直透镜和耦合器座，其中，耦合器座开口端设置有准直透镜，耦合器座内设置有插芯，通过插芯固定镀膜光纤尾端。
2.如权利要求1所述的半导体激光器用耦合器，其特征在于，准直透镜为球透镜或非球面透镜。
3.如权利要求1所述的半导体激光器用耦合器，其特征在于，插芯为陶瓷插芯，陶瓷插芯的内径与镀膜光纤的光纤直径相同。
4.如权利要求1所述的半导体激光器用耦合器，其特征在于，耦合器座内一端设置有圆锥形孔槽，圆锥形孔槽开口端设置有准直透镜，耦合器座内另一端设置有插芯，插芯贯穿连接至圆锥形孔槽一侧，圆锥形孔槽圆锥剖面边线与中轴线的夹角的正弦值为所要控制的数值孔径。
5.如权利要求4所述的半导体激光器用耦合器，其特征在于，耦合器座内另一端设置有插芯槽，插芯槽内设置有凸台。
6.如权利要求5所述的半导体激光器用耦合器，其特征在于，插芯槽与圆锥形孔槽的锥顶点之间设置有缓冲槽。
7.如权利要求6所述的半导体激光器用耦合器，其特征在于，缓冲槽宽度为1-5mm。
8.如权利要求1所述的半导体激光器用耦合器，其特征在于，耦合器座的材料为高导热性的材料黄铜、无氧铜或钨铜。
9.一种如权利要求7所述的半导体激光器用耦合器的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将准直透镜装配在耦合器座上；
(2)剥除镀膜光纤尾端的涂覆层，进行端面研磨、抛光、镀膜；
(3)在显微镜下操作，将端面镀膜的镀膜光纤贯穿插入插芯中，在另一端用折射率和光纤匹配的高温胶水或紫外胶水将镀膜光纤与插芯固定，采用端检仪检查镀膜光纤端面，并进行清洁；
(4)将装配好镀膜光纤的插芯通过压接、螺帽或胶水粘接的方式与耦合器座固定到一起，保证镀膜光纤与圆锥形孔槽中心同轴，镀膜光纤端面连接至圆锥形孔槽顶点处；
(5)将装配好的耦合器通过螺丝或焊料烧结的方式固定在激光器模组外壳上。
10.一种如权利要求9所述的半导体激光器用耦合器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，镀膜光纤尾端的涂覆层剥除5-25cm，镀100-1000nm增透膜。
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