CN201985431U - 一种光纤耦合半导体激光模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型光纤耦合半导体激光模块，属于能量光电子技术及其应用领域。经快慢轴准直微透镜单元的半导体激光阵列模块(1)、(3)输出的光分别入射在石英波导结构(4)与(5)上，由于发生折射使得光束(12)向右平行移动，光束(13)向左平行移动，两者平行移动的最终结果是其光斑中心与半导体激光模块(2)的光斑中心在快轴方向上共线，在激光器模块(2)的快轴方向得到三条等间隔、平行且对齐的光斑。此光斑再经过光束整形系统进行分割重排，使其在快慢轴方向上形成有更接近光束参数乘积的线性光束，再经过由柱面镜组成的慢轴光束准直系统和光束扩束系统，最后通过聚焦耦合进光纤进行输出，得到高亮度高稳定度的激光。

Description

一种光纤耦合半导体激光模块

技术领域

本实用新型涉及一种光纤耦合半导体激光模块，属于能量光电子及其应用领域。

背景技术

随着高功率半导体激光技术的提高，光纤耦合半导体激光模块的应用也有了巨大的发展。一方面，相较于灯泵式固体激光器，光纤耦合的半导体激光器作为固态激光器的泵浦源，具有更高的电光转换效率、更长的使用寿命及其更少的热量梯度，其大大提高了固态激光器的光束质量和性能。另一方面，光纤耦合的半导体模块从根本上改变了半导体激光器的光束质量，同时还可采用多光纤集束使输出功率得到相对于单管数十倍的提高，另外由于光纤柔软易弯曲，在材料加工中具有良好的可到达性。这些优点，使得光纤耦合的半导体激光模块在固态激光器泵浦和材料加工中起到了举足轻重的作用。

目前，光纤耦合半导体激光模块的研究方法多采用微通道热沉封装结构半导体激光阵列堆光纤耦合路线，微通道热沉封装结构的半导体激光阵列堆输出光束经快、慢轴准直后，空间集成，快慢轴光束均匀化，然后聚焦耦合进入光纤，由于激光源采取的是微通道封装结构的半导体激光阵列堆，所以在实际应用中必须采用去离子水作为冷却介质，故其对半导体激光器热沉的微通道有着及其严格的要求；并且去离子水在微通道中长时间流动时，会发生严重的电化学腐蚀作用，致使微通道热沉通水管道受到腐蚀损坏导致漏水，造成线路短路、激光器损坏、热沉寿命缩短和系统可靠性降低等问题。而且，采用微通道热沉封装结构半导体激光阵列堆光纤耦合路线所构成的系统成本大、维护费用高，加之电化学发应对微通道的腐蚀作用导致该结构模块寿命仅为2万小时左右。

本实用新型光纤耦合半导体激光模块，其关键是采用三个传导热沉封装结构半导体激光阵列输出光束经快、慢轴准直和空间集成后直 接通过聚焦系统耦合进光纤输出，相较于采用微通道热沉封装结构半导体激光阵列堆光纤耦合路线，其不存在去离子水对热沉的电化学腐蚀作用，因此大大提高了光纤耦合半导体激光模块的使用寿命和系统稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种传导热沉封装半导体激光阵列光纤耦合路线，彻底克服现有采用微通道热沉封装结构半导体激光阵列堆光纤耦合路线中去离子水对微通道热沉的电化学腐蚀作用，此新型光纤耦合半导体激光模块在能够实现高亮度、高稳定度的同时，还具有光学元件少，结构简单，寿命长(可达5-6万小时)，免维护，成本低等优点。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。

一种光纤耦合半导体激光模块，其特征在于：包括三个参数规格完全相同的传导热沉封装的半导体激光阵列1、2和3，其沿激光阵列慢轴方向间隔相等排列；沿快轴方向呈台阶状或类“凹”字型分布；石英波导结构4置于传导热沉封装半导体激光阵列1前，且严格与其芯片腔面平行；石英波导结构5置于传导热沉封装半导体激光阵列3前，且严格与其芯片腔面平行；沿传导热沉封装半导体激光阵列2的轴线上还依次布置有光束整形系统7、慢轴准直柱面镜8、光束扩束系统9、聚焦镜10，光纤11；经微透镜准直后的半导体激光阵列1射出的光在传输过程中首先经过石英波导结构4的偏折作用向右偏折，其光斑最终形成于经微透镜准直后的半导体激光阵列2的正上方，经微透镜准直后的半导体激光阵列3射出的光在传输过程中首先经过石英波导结构5的偏折作用向左偏折，其光斑最终形成于经微透镜准直后的半导体激光阵列2的正下方，最终三个半导体激光阵列射出的光在光束整形系统之前形成三条光斑，此光斑沿半导体激光阵列快轴方向等间隔排列，且严格对齐。

石英波导结构4与石英波导结构5厚度均为0.6mm，形状均为平行四边形，且两者具有相同的折光能力。

本实用新型的有益效果为光学元件少，结构简单，寿命长(可达5-6万小时)，免维护，成本低。

附图说明

图1为一种光纤耦合半导体激光模块，该图所在平面平行于激光阵列的慢轴方向

图2为三个传导热沉封装半导体激光阵列梯状分布俯视图

图3为三个传导热沉封装半导体激光阵列阶梯状分布左视图

图4为三个传导热沉封装半导体激光阵列类“凹”字分布俯视图

图5为三个传导热沉封装半导体激光阵列类“凹”字分布左视图

图6为石英波导4对半导体激光阵列1发射光束的偏折效应示意图

图7为石英波导5对半导体激光阵列3发射光束的偏折效应示意图

图8为三个半导体激光阵列所发射的光束在经过石英波导结构的偏折效应后的示意图

图9为光束整形前与整形后的光斑示意图

图中：1、传导热沉封装半导体激光阵列，2、传导热沉封装半导体激光阵列，3、传导热沉封装半导体激光阵列，4、石英波导结构，5、石英波导结构，6、快慢轴准直微透镜阵列，7、光束整形系统，8、慢轴准直柱面镜，9、光束扩束系统，10、聚焦镜，11、光纤，12、半导体激光阵列1所发出的中心光束，13、半导体激光阵列2所发出的中心光束，14、半导体激光阵列3所发出的中心光束，15、台阶状水冷底座

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实施例。

实施例1：

如图1所示，本模块包括参数规格完全相同的传导热沉封装半导体激光阵列1、2和3、参数规格完全相同的石英波导结构4和5、快慢轴准直微透镜阵列6、光束整形系统7、慢轴准直柱面镜8、光束 扩束系统9、聚焦镜10和光纤11。其中，三个传导热沉封装半导体激光阵列呈台阶状分布，并且在快慢轴方向等间距排开，如图2和图3所示；参数规格完全相同的石英波导结构4与5分别安装在半导体激光阵列1与3之前，其中石英波导4使得经快慢轴准直镜准直的半导体激光阵列1发出的光束整体向右平行移动(如图6所示)，石英波导5使得经快慢轴准直镜准直的半导体激光阵列3发出的光束整体向左平行移动(如图7所示)，他们对半导体激光阵列所发出的光束的偏折效应如图8所示，这时形成长度为12-13mm，宽度为0.6mm的三条平行等间距光斑；此光斑然后经过光束整形系统7(目前最常用的即可)，此系统先将每条光束分割成四份，得到沿激光阵列快轴方向成阶梯形分布的线性光束，而后再使光束沿阵列慢轴方向产生折射偏移并进一步重排为线状的线性光束(如图9所示)；然后经过慢轴准直柱面镜使得慢轴光束进一步展宽，最后经过光束扩束系统和聚焦系统耦合进光纤输出。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于三个传导热沉封装半导体激光阵列的台阶高度不同，实施例1中呈台阶状分布，本实施例中呈类“凹”字型分布(图4、图5)，与之相应的参数规格完全相同的石英波导结构4与5的位置高度也有所变化，其他结构完全相同。

所以，本实用新型具有结构简单，光学元器件少、易装调、寿命长等优点。

Claims (2)

1.一种光纤耦合半导体激光模块，其特征在于：包括三个参数规格完全相同的传导热沉封装的半导体激光阵列(1)、(2)和(3)，其沿激光阵列慢轴方向间隔相等排列；沿快轴方向呈台阶状或类“凹”字型分布；石英波导结构(4)置于传导热沉封装半导体激光阵列(1)前，且严格与其芯片腔面平行；石英波导结构(5)置于传导热沉封装半导体激光阵列(3)前，且严格与其芯片腔面平行；沿传导热沉封装半导体激光阵列(2)的轴线上还依次布置有光束整形系统(7)、慢轴准直柱面镜(8)、光束扩束系统(9)、聚焦镜(10)，光纤(11)；经微透镜准直后的半导体激光阵列(1)射出的光在传输过程中首先经过石英波导结构(4)的偏折作用向右偏折，其光斑最终形成于经微透镜准直后的半导体激光阵列(2)的正上方，经微透镜准直后的半导体激光阵列(3)射出的光在传输过程中首先经过石英波导结构(5)的偏折作用向左偏折，其光斑最终形成于经微透镜准直后的半导体激光阵列(2)的正下方，最终三个半导体激光阵列射出的光在光束整形系统之前形成三条光斑，此光斑沿半导体激光阵列快轴方向等间隔排列，且严格对齐。

2.根据权利要求1所述的一种光纤耦合半导体激光模块，其特征在于：石英波导结构(4)与石英波导结构(5)厚度均为0.6mm，形状均为平行四边形，且两者具有相同的折光能力。

Images