CN201417882Y - 两体式基座半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种激光器，特别是一种两体式基座半导体激光器。它包括壳体(1)，在壳体(1)内设有半导体致冷器、基座和位于基座上的激光二极管、第一透镜、光隔离器、第二透镜和光纤，其特征在于：所述的基座是由第一基座(9)和第二基座(10)组成的两体结构，所述的激光二极管、第一透镜和光隔离器设在第一基座(9)上，所述的第二透镜和光纤设置在第二基座(10)上。本激光器具有降低被动热负载、降低半导体致冷器功耗、提高热特性、稳定性好、成本低、好安装的优点。

Description

两体式基座半导体激光器

技术领域

本实用新型涉及一种激光器，特别是一种两体式基座半导体激光器。

背景技术

目前，通信用半导体激光器的用户对激光器的高温热特性的要求越来越高，一方面用户的电路板上提供给半导体致冷器(TEC)的最高电压不能超过2.6V，电流不能超过1.2A。另一方面用户往往要求激光器能工作到管壳实际温度高达85℃。若半导体激光器的热负载过大，当激光器的管壳温度达到85℃时，TEC的电压会远大于2.6V，而这时板子已不能向TEC正常地提供足够的电流。因此TEC就不能正常泵浦其致冷端的热量，最终不能使激光二极管(LD)及其热沉的温度稳定在它的所设定的工作点(一般为25℃)上。其结果是引起了激光器的输出功率变化和波长飘移等一系列的严重问题。

TEC致冷时，其所泵浦的热负载Q_C是决定其工作电压和电流的重要参数，其中热负载Q_C又可分为主动热负载Q_Ca和受动热负载Q_CP，主动热负载完全来自LD释放的热量，它完全由LD的工作条件所决定，由于LD的效率很高，在通信用半导体激光器中，当管壳温度较高时，主动热负载在总热负载中占的比例并不高。受动负载Q_CP在管壳温度较高时是总热负载Q_C中的主要部。受分动负载Q_CP又可分为辐射热负载、对流热负载和传导热负载。这三部分热负载都与LD热沉以及基座的结构有关。

目前的通信用半导体激光器产品中，其基座的结构主要有两种：

一种为LD热沉、光组件一体式基座结构(如图2所示)，其缺点是：由于基座9除承载激光二极管3(LD)热沉外还承载了所有光学耦合元件(包括第一透镜4、光隔离器5、第二透镜6、光纤7)，所以基座9必须做得足够大。这样的基座及其所承载的众多部件构成了半导体致冷器2(TEC)致冷端的沉重的被动热负载Q_CP，此被动热负载在高温时会远大于激光器的主动热负载。为了承载这样的基座，TEC不仅要选尺寸足够大的以支撑基座，其泵浦热量的能力也必须足够大。这样TEC的功耗在高温下必然上升的很高，其所要求的额定电流、电压值就很高。当激光器工作在管壳温度为85℃时，TEC的电压会远超过2.6V，电流超过1.2A。因此这种结构不能使激光器工作到管壳温度超过75℃。

另一种为LD热沉与第一透镜为一体，由TEC控温，隔离器和第二透镜则装在管壳外的窗管上(如图3所示)。其缺点是：第二光耦合透镜和隔离器装在外壳窗管上，由于外壳材料的热胀冷缩，高温下窗管会倾斜。这是因为外壳的底座为了散热用的是钨铜材料，外壳壳身为了防止壳身膨胀系数和陶瓷及玻璃窗片的膨胀系数相差太大引起陶瓷和玻璃窗片的脱落而采用可伐材料。高温时管壳的壳身下部被膨胀系数较大的钨铜底座拉长，上部则按可伐的膨胀系数只有较小的伸长。结果引起壳身的倾斜，从而导致装在窗管上的隔离器和第二透镜的轴线倾斜(如图4所示)，造成激光器光耦合效率发生变化而使输出功率发生变化。因此在高温下(如管壳温度达85℃时)尽管TEC仍能正常工作，但激光器的跟踪误差会变得很大，输出功率的变化会超出规定标准。另外由于隔离没有被温控，激光器的光隔离度在高温下也会劣化，除非用温度特性很好的2级型光隔离器。但这样成本也大大提高了。另外，此种结构的装配需要2台以上的激光焊接机，装配成本较高。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种降低被动热负载、降低半导体致冷器功耗、提高热特性、稳定性好、成本低、好安装的两体式基座半导体激光器，克服现有技术的不足。

本实用新型的两体式基座半导体激光器，它包括壳体1，在壳体1内设有半导体致冷器、基座和位于基座上的激光二极管、第一透镜、光隔离器、第二透镜和光纤，其特征在于：所述的基座是由第一基座9和第二基座10组成的两体结构，所述的激光二极管、第一透镜设在第一基座9上，所述的第二透镜和光纤设置在第二基座10上，所述的半导体致冷器设在第一基座(9)的下方。

所述的光隔离器设在第一基座9或第二基座10上。

本实用新型的两体式基座半导体激光器与现有技术相比，由于基座分为两体结构，激光二极管、第一透镜、光隔离器与第二透镜、光纤分别设在不同的基座上，激光器中承载激光二极管(LD)热沉的基座9上承载第一透镜4和光隔离器5，基座9的尺寸较小，因此半导体致冷器2(TEC)致冷端的被动热负载较小(约只有一体式基座结构的被动热负载的一半左右)。另外由于动热负载较小，因此可选尺寸小自身功耗小的TEC。这就保证了当激光器工作在管壳温度为85℃时，TEC的电流和电压都不会超标。第二透镜6、光纤支架12和光纤7端头等光学组件固定在基座10上。基座10直接固定在壳体1的壳底11上不用TEC致冷。温度变化时，基座10及其承载的透镜、光纤支架12和光纤7端头等光学组件会有等方向的热胀冷缩所引起的的偏移，但并不会改变光组件的横向中心位置。基座10及其各个承载物的纵向和上下中心间相对位置并不会因热胀冷缩而变化，因为它们受到的温度变化相同，支撑它们的支架材料也相同。基座10及其承载物的纵向和上下的整体中心位置在温度变化时由于热胀冷缩会有微小偏移。但这种偏移并引起的整个光路的耦合效率的变化极小，因为第一透镜和第二合透镜之间传播的时准直束。耦合效率对第二透镜相对第一透镜的横向及上下的偏移极不敏感。所以温度变化时这种结构仍能使激光器光的输出功率稳定，有很小的跟踪误差。大大提高半导体激光器的高温热特性并性能稳定，成本低廉、易于装配。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的结构示意图；

图2是现有技术中LD热沉、光组件一体式基座结构的示意图；

图3是现有技术中LD热沉与第一透镜为一体，由TEC控温，隔离器和第二透镜则装在管壳外的窗管上的结构示意图；

图4是图3所示的激光器发生变形后的示意图。

具体实施方式

如图1所示：1为壳体，壳体1的壳底11为钨铜材料，其它部分为可伐材料。在壳体1的内侧设有半导体致冷器(TEC)2，半导体致冷器2的上方设有第一基座9，在第一基座9上排列有激光二极管(LD)3、第一透镜4和光隔离器5。在壳体1内还设有第二基座10，在第二基座10上方设有第二透镜6和光纤7，光纤7的端头由马鞍型光纤支架12固定。8为与壳体1相连接的窗管，其内中心线处为光纤7。光隔离器5也可设在第二基座10上。

Claims (2)

1、一种两体式基座半导体激光器，它包括壳体(1)，在壳体(1)内设有半导体致冷器、基座和位于基座上的激光二极管、第一透镜、光隔离器、第二透镜和光纤，其特征在于：所述的基座是由第一基座(9)和第二基座(10)组成的两体结构，所述的激光二极管、第一透镜设在第一基座(9)上，所述的第二透镜和光纤设置在第二基座(10)上，所述的半导体致冷器设在第一基座(9)的下方。

2、根据权利求1所述的两体式基座半导体激光器，其特征在于：所述的光隔离器设在第一基座(9)或第二基座(10)上。

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