CN201656243U - 一种带光纤耦合输出的半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及到一种带光纤耦合输出的半导体激光器，该半导体激光器结构上包括有TO3管座、C-mount热沉、TO3管帽、光学组件、光纤固定衬套和保护套管，C-mount热沉通过一紧固螺钉固定在TO3管座上，一个半导体激光器芯片固定并连接在C-mount热沉上；TO3管座上同轴固定有TO3管帽以罩住C-mount热沉，光纤固定衬套同轴固定于TO3管帽上以与其通孔同轴，光纤固定衬套的外部套设有保护套管；光学组件由光纤组件和柱透镜所组成，光纤组件与光纤固定衬套同轴并固定在其内壁上，半导体激光芯片发出的激光经柱透镜会聚整形后通过光纤组件输出至激光器外部。本实用新型的激光器制作工艺简单，气密性好，另因所用的管壳是TO3，成本低，方便生产。

Description

一种带光纤耦合输出的半导体激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器，特别是涉及到一种简易同轴封装、且带尾纤输出的半导体激光器。

背景技术

在固体激光器件以及光纤通讯等技术领域中，半导体激光器一般是可分别用作于泵浦源以及信号源。另外这类型的激光器件也被广泛应用于医学，印刷，材料处理，打标等行业。这些都要求将半导体激光器耦合封装到相应的封装形式中，这样才可以将半导体激光器产生的光束稳定可靠的耦合到特定的光纤中去。现有技术中，常见的耦合封装形式有BF4封装，扁平封装，同轴封装等等。

上述的BF4封装已是一种比较常见的封装形式，如图1所示，这种封装的激光器件主要由以下组件构成：BF4管壳1′，金属过渡热沉2′，C-mount金属热沉3′(该热沉上组装有半导体激光器LD芯片)，锁紧螺钉4′，光纤组件5′，尾纤保护套管6′。BF4管壳上的管脚分别作为半导体激光器的正、负极。上述的光纤组件带有金属外壳，可焊接固定在金属管壳上面。其中，C-mount热沉通过螺钉固定在金属过渡热沉上面，系列光纤组件通过焊接或者导电胶粘接在BF4金属管壳上，光纤组件通过焊接或者粘结在金属管壳上，尾纤保护套管则通过胶粘接在金属管壳上。

在上述现有技术中，所使用到的BF4管壳成本较高，另外封装过程中需要使用平行缝焊机进行密封，该设备比较昂贵，操作工艺复杂，所以导致整理产品成本较高。另外，该种封装形式热阻较大，导致产品散热方面存在一定问题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的问题，提供一种带光纤耦合输出的半导体激光器，使用TO3管壳进行封装，并设计了专用的结构方便激光束直接耦合进连通内外部的光纤。本实用新型的光纤耦合输出的半导体激光器具有高稳定性和高效率的特点，不需要专门的平行焊缝机进行焊接封装，并且密封性能良好。

为了达到上述发明目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种带光纤耦合输出的半导体激光器，其特征在于，该半导体激光器结构上包括有TO3管座、C-mount热沉、TO3管帽、光学组件、光纤固定衬套和保护套管，所述的C-mount热沉通过一紧固螺钉固定在TO3管座上，所述的TO3管座上同轴固定有所述的TO3管帽以罩住所述的C-mount热沉，该TO3管帽上部设有一通孔，光纤固定衬套同轴固定于TO3管帽上以与通孔同轴，光纤固定衬套的外部套设有保护套管；所述的光学组件包括光纤组件和对光束进行会聚整形的柱透镜，光纤组件中连通外部的光纤穿入过保护套管并固定在光纤固定衬套中，所述的光纤组件靠近所述的C-mount热沉上的半导体激光芯片，该半导体激光芯片发出的激光经过柱透镜耦合至所述的光纤组件中的光纤内，以通过其输出于半导体激光器的外部。

本实用新型中的一种实现方式，所述的光学组件是将光纤组件内光纤的前端面直接与所述的柱透镜粘结组成，该透镜光纤组件整体粘结固定于光纤保护衬套的内壁上，光纤组件用胶粘、激光焊接、储能焊接或钎焊固定于光纤固定衬套内部。

本实用新型中的另一种实现方式，所述的光学组件中柱透镜粘结固定于所述的C-mount热沉上。该柱透镜处于半导体激光芯片的前端面，在芯片发光后调整柱透镜的位置和角度以获得整形后快轴方向激光质量最好的光束。

在上述设计基础上的一种优化设计，在所述的光纤组件和柱透镜之间还设置有一透镜，该透镜也用胶粘接在光纤固定衬套的内壁上，所述半导体激光芯片发出的激光经过柱透镜和透镜组成的透镜组后耦合至所述的光纤组件中。上述的透镜可以是平凸透镜、双凸透镜或自聚焦透镜G-lens。

在本实用新型中，所述的TO3管帽与TO3管座之间采用胶粘、激光焊接、储能焊接或钎焊固定。

基于上述技术方案，本实用新型的带光纤耦合输出的半导体激光器相比于现有技术中的激光器具有如下技术优点：

本实用新型的激光器件的这种同轴封装形式不需要平行缝焊机进行密封，使用胶粘、激光焊接、储能焊接或钎焊固定即可以，经测试后密封性很好。管壳因为用的是电子产品中的TO3，所以价格便宜，整体产品的成本也就相对低很多。

附图说明

图1是现有技术中半导体激光器的BF4封装结构示意图。

图2是本实用新型一种带光纤耦合输出的半导体激光器的整体结构正视图。

图3是本实用新型一种带光纤耦合输出的半导体激光器的整体结构俯视图。

图4是本实用新型一种带光纤耦合输出的半导体激光器实施例1中的结构剖视图。

图5是本实用新型一种带光纤耦合输出的半导体激光器实施例2中的结构剖视图。

图6是本实用新型一种带光纤耦合输出的半导体激光器实施例3中的结构剖视图。

其中，

1-光纤组件  2-透镜  3-柱透镜  4-C-mount热沉  5-紧固螺钉  6-TO3管座  7-TO3管帽  8-光纤固定衬套  9-保护套管

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施例来进一步详细阐述本实用新型带光纤耦合输出的半导体激光器结构和使用方式，以求更为清楚地理解本实用新型，但是，不能以此来限制本实用新型保护范围。

本实用新型带光纤耦合输出的半导体激光器的外部结构可先请看图2和图3，图2是本实用新型一种带光纤耦合输出的半导体激光器的整体结构正视图，图3是本实用新型一种带光纤耦合输出的半导体激光器的整体结构俯视图。由图可知，本实用新型采用了普通的电子元件TO3进行封装，并且使用尾纤耦合大功率输出。其中TO3管壳包括有TO3管帽和TO3管座，二者同轴封装，使用胶粘、激光焊接、储能焊接或钎焊方式连接固定。TO3管壳为电子产品中常用，所以价格便宜，导致整个产品的成本较现有技术下降很多。

以下是本实用新型中几个具体实施例，下面我们逐一进行说明：

实施例1

本实用新型带光纤耦合输出的半导体激光器的一种内部结构可由图4看出，图4是本实用新型一种带光纤耦合输出的半导体激光器实施例1中的结构剖视图。由图可知，本实用新型的带光纤耦合输出的半导体激光器在结构上主要包括有TO3管座6、C-mount热沉4、TO3管帽7、光学组件包括有光纤组件1、透镜2、柱透镜3、光纤固定衬套8和保护套管9。上述的C-mount热沉4通过一根紧固螺钉5固定在TO3管座6上，一个半导体激光芯片固定并连接在C-mount热沉4上，在具体结构上，C-mount热沉4本身可作为正极与TO3管座6相连，C-mount热沉4的负极引线连接到TO3管座6负极上。上述的TO3管座6上同轴固定有所述的TO3管帽7以罩住所述的C-mount热沉4，该TO3管帽7上部设有一通孔，所述的光纤固定衬套8同轴固定于TO3管帽7上以与通孔同轴，所述的柱透镜12粘接在C-mount 4热沉上，与C-mount热沉紧密配合，并靠近芯片发光区的前端面处。本实施例中柱透镜3采用一根光纤，所述的透镜2位于光纤组件1与柱透镜3之间，柱透镜3与透镜2构成一透镜组，透镜2可以采用平凸、双凸、自聚焦透镜G-Lens等具体透镜形式。这样的透镜组起到的作用是：芯片发出的激光束快轴方向经柱透镜3压缩后，发散角会变小，光束质量可以得到改善，如果透镜2是使用普通的平凸或者双凸透镜或者折射率沿径向呈梯度分布的G-Lens，那么光束经过透镜2后慢轴方向会被压缩，另外快轴方向会继续被压缩，从而达到准直的效果，这样出射到光纤组件内光纤处的光束的质量可以得到优化。透镜2也可以采用柱透镜，用于压缩光束慢轴方向，从而和柱透镜3同时达到压缩光束快、慢轴的效果。光学组件靠近所述的C-mount热沉以耦合半导体激光芯片发出的激光至光纤组件1中，再通过光纤组件1中连通半导体激光器内外部的光纤输出至外部。上述设置中，一般可选用配件如光电探测器PD以粘接或者焊接的形式固定在TO3管座上，其上表面应该以金丝键合的方式连接至TO3管座上。

在本实施例中，所述的光学组件包括有光纤组件1和透镜组(透镜2和柱透镜3)，所述的光纤组件1用胶粘、激光焊接、储能焊接或钎焊固定于光纤固定衬套8内部。

在上述的结构设计中，半导体激光芯片通过贴片工艺固定在C-mount热沉4上。柱透镜3用胶粘接到C-mount热沉4上，固定在半导体激光芯片的发光端面处，需要在半导体激光芯片发光时对柱透镜进行调整对准。C-mount热沉4借助于一紧固螺钉5固定在TO3管座6上面，达到与管座紧密接触的效果，通过接触散热。TO3管帽7通过胶粘、激光焊接、储能焊接或钎焊固定连接到6，经测试密封性能很好。光纤固定衬套8用胶粘、激光焊接、储能焊接或钎焊固定在TO3管帽上。保护套管9直接套在光纤固定衬套8外部用来固定保护光纤组件1中的光纤。

在上述结构中，被准直后的激光束可以对准耦合进连接激光器内外部的光纤中，而该光纤作为光纤组件的一部分，一端连接到半导体激光器内部，另一端连接到半导体激光器外部，并从光纤位于外部的一端输出。本实用新型的封装可用于大功率尾纤耦合输出激光器。

实施例2

本实用新型带光纤耦合输出的半导体激光器的另一种内部结构可由图5看出，图5是本实用新型一种带光纤耦合输出的半导体激光器实施例2中的结构剖视图。本实施例2是在实施例1的基础上进行的改进，改进之处在于：该种实施方式是将图4中的柱透镜和光纤组件中光纤位于半导体激光器内部的一端连接到一起，光纤组件1的另一端伸出于半导体激光器的外部。这样光学组件1就简化为一个部件即透镜光纤组件，其可以起到和图4中柱透镜相同的作用，这里粘结在光纤位于半导体激光器内部一端的柱透镜还可以用其他类型的透镜形式来替代，以起到相同的作用，替代的透镜形式主要有球面透镜、非球面透镜或者自聚焦透镜。这样做的目的使得本实用新型的带光纤耦合输出的半导体激光器制造工艺简单，成本进一步降低。

实施例3

本实用新型带光纤耦合输出的半导体激光器的另一种内部结构可由图6看出，图6是本实用新型一种带光纤耦合输出的半导体激光器实施例3中的结构剖视图。由图可知，如果只需要对光束快轴方向进行压缩整形，那么可以将图4中的透镜2去掉，保留柱透镜3，此时柱透镜3是直接粘结固定在C-mount热沉4上。本实施例也是将光纤组件1以粘接的方式固定在光纤固定衬套8内壁上面。这种方式可以用在对慢轴方向整形不是很严格的条件之下的一种简化的操作形式。

本实用新型使用TO3管壳进行封装，使用尾纤耦合大功率输出，优点是不需要操作工艺复杂的平行缝焊机进行焊接密封，气密性很好。另外，因所用的管壳是电子产品中的TO3，成本低，方便生产。本设计产品主要用于工业激光、激光医疗、激光显示、过程控制、数码印刷、分析测量和军用光电子等领域。具体的如用作固体激光器和光纤放大器的泵浦，照明，医疗设备的光源部件等等。

Claims (6)

1.一种带光纤耦合输出的半导体激光器，其特征在于，该半导体激光器结构上包括有TO3管座(6)、C-mount热沉(4)、TO3管帽(7)、光学组件、光纤固定衬套(8)和保护套管(9)：

所述的C-mount热沉(4)通过一紧固螺钉(5)固定在TO3管座(6)上，一个半导体激光芯片固定并连接在所述的C-mount热沉(4)上；

所述的TO3管座(6)上同轴固定有所述的TO3管帽(7)以罩住所述的C-mount热沉(4)，该TO3管帽(7)上部设有一通孔，所述的光纤固定衬套(8)同轴固定于TO3管帽(7)上以与通孔同轴，光纤固定衬套(8)的外部套设有保护套管(9)；

所述的光学组件包括光纤组件(1)和对光束进行会聚整形的柱透镜(3)，光纤组件(1)中连通外部的光纤穿入过保护套管(9)并固定在光纤固定衬套(8)中，所述的光纤组件靠近所述的C-mount热沉(4)上的半导体激光芯片，该半导体激光芯片发出的激光经过柱透镜(3)耦合至所述的光纤组件(1)中。

2.根据权利要求1所述的一种带光纤耦合输出的半导体激光器，其特征在于，所述的光学组件是将光纤组件(1)内光纤的前端面直接与所述的柱透镜(3)粘结组成，该透镜光纤组件整体粘结固定于光纤保护衬套(8)的内壁上。

3.根据权利要求1所述的一种带光纤耦合输出的半导体激光器，其特征在于，所述的光学组件中柱透镜(3)粘结固定于所述的C-mount热沉(4)上。

4.根据权利要求3所述的一种带光纤耦合输出的半导体激光器，其特征在于，在所述的光纤组件(1)和柱透镜(3)之间还设置有一透镜(2)，该透镜(2)也用胶粘接在光纤固定衬套(8)的内壁上，所述半导体激光芯片发出的激光经过柱透镜(3)和透镜(2)组成的透镜组后耦合至所述的光纤组件(1)中。

5.根据权利要求4所述的一种带光纤耦合输出的半导体激光器，其特征在于，所述的透镜(2)为平凸透镜、或为双凸透镜、或为自聚焦透镜。

6.根据权利要求1∽5任一项所述的一种带光纤耦合输出的半导体激光器，其特征在于，所述的TO3管帽(7)与TO3管座(6)之间采用胶粘、激光焊接、储能焊接或钎焊固定。

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