CN203811855U - 一种将多束半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及高功率光纤耦合半导体激光器封装技术领域，尤其涉及一种将多束半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，其包括封装壳体，封装壳体设置有半导体激光芯片、快轴准直透镜、慢轴准直透镜、反射镜、聚焦透镜、光纤、基底，多个基底的高度相同，半导体激光芯片贴在对应的基底上，且多个半导体激光芯片的高度相同；多个反射镜的高度相同。本实用新型通过斜入射多束准直后的激光光束，再经聚焦透镜聚焦耦合到按一定角度倾斜放置的光纤中，与现有技术的台阶型耦合系统相比，不但结构工艺简单，更重要的是实现了较高的耦合效率和光纤输出光的能量密度，从而给光纤激光器提供更高的泵浦效率。

Description

一种将多束半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统

技术领域

本实用新型涉及高功率光纤耦合半导体激光器技术领域，尤其涉及一种将多束半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统。

背景技术

随着市场对光纤激光器的功率及效率的要求不断提高，作为光纤激光器的核心光学元部件——高功率光纤耦合半导体激光器，市场对其输出功率，效率及光束质量也有了更高的要求。

如图1和图2所示，现有技术的多芯片光纤耦合半导体激光器，把半导体激光芯片101焊接在不同高度的台阶上，然后经过快轴准直透镜102和慢轴准直透镜103准直，由相对应的不同高度的反射镜104水平反射到聚焦透镜105上，最后聚焦耦合到水平放置的光纤106中。

这种台阶型的耦合系统的设计受限于台阶之间的高度差，不但耦合效率以及能量密度相对偏差，不同台阶高度的芯片传热效率差别偏大，而且要求多款反射镜样式，对台阶及反射镜加工精度要求较高。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足而提供一种将多束半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，其不但结构简单，而且能有效提高光纤耦合效率和光纤输出光的能量密度，从而给光纤激光器提供更高的泵浦效率。

为了实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种将多束半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，包括封装壳体，所述封装壳体设置有多个用于发射激光光束的半导体激光芯片、对应的多个快轴准直透镜、对应的多个慢轴准直透镜、对应的多个反射镜、聚焦透镜、光纤，所述封装壳体还设置有对应的多个基底，所述多个基底的高度相同，所述半导体激光芯片贴在对应的基底上，且所述多个半导体激光芯片的高度相同；所述多个反射镜的高度相同，且所述反射镜为斜向上反射激光光束进入所述聚焦透镜；所述光纤为斜向上地倾斜放置，使所述聚焦透镜将多束激光光束对应耦合入所述光纤中。

其中，所述半导体激光芯片、快轴准直透镜、慢轴准直透镜、反射镜沿着纵向依次排列，使所述半导体激光芯片发射出的激光光束依次经过所述快轴准直透镜、慢轴准直透镜的准直后入射所述反射镜。

其中，所述封装壳体为高导热金属壳体。

其中，所述封装壳体为无氧铜壳体。

本实用新型有益效果在于：

本实用新型通过斜入射多束准直后的激光光束，再经聚焦透镜聚焦耦合到按一定角度倾斜放置的光纤中，与现有技术的台阶型耦合系统相比，不但结构工艺简单，更重要的是实现了较高的耦合效率和光纤输出光的能量密度，从而给光纤激光器提供更高的泵浦效率。

附图说明

图1为现有技术的台阶型的耦合系统的俯视图。

图2为现有技术的台阶型的耦合系统的侧视图。

图3为现有技术的台阶型的耦合系统的激光光束走向示意图。

图4为图3中聚焦透镜入射面的激光光束光斑示意图。

图5为本实用新型的结构示意图。

图6为本实用新型的俯视图。

图7为本实用新型的侧视图。

图8为本实用新型的激光光束走向示意图。

图9为图8中聚焦透镜入射面的激光光束光斑示意图。

具体实施方式

为了详细说明本实用新型的技术方案，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图5～9，本实用新型的将多束半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，包括封装壳体7，封装壳体7设置有多个用于发射激光光束9的半导体激光芯片1、对应的多个快轴准直透镜2、对应的多个慢轴准直透镜3、对应的多个反射镜4、聚焦透镜5、光纤6，封装壳体7(或者说多个半导体激光芯片1)还设置有对应的多个基底8，即多个基底8、多个半导体激光芯片1、多个快轴准直透镜2、多个慢轴准直透镜3与多个反射镜4呈矩阵排列，构成多组的入射光路。其中，多个基底8的高度相同，半导体激光芯片1贴在对应的基底8上，且多个半导体激光芯片1的高度相同，这样，基底8无需加工台阶，结构简单，加工方便，具体为，半导体激光芯片1贴在相同的用于传热的基底8上，然后再水平贴在封装壳体(即基板)7上，使得多个半导体激光芯片1的高度相同。多个反射镜4的高度相同，且反射镜4为斜向上反射激光光束9进入聚焦透镜5，即反射镜4可以将入射的激光光束9斜向上反射进入聚焦透镜5，当然，反射镜4的位置、角度等，可根据实际需要而设置。光纤6为斜向上地倾斜放置，使聚焦透镜5将多束激光光束9对应耦合入光纤6中。

具体地说，半导体激光芯片1、快轴准直透镜2、慢轴准直透镜3、反射镜4沿着纵向依次排列，使半导体激光芯片1发射出的激光光束9依次经过快轴准直透镜2、慢轴准直透镜3的准直后入射反射镜4。激光光束(可以为平行光束)9再经反射镜4斜反射并最终经过聚焦透镜5耦合入倾斜的光纤6，具体说，聚焦透镜5设置在反射镜4的反射方向上，光纤6则放置在聚焦透镜5的聚焦方向，使反射镜4反射的激光光束9经过聚焦透镜5聚焦后耦合入光纤6中。其中，封装壳体7为高导热金属壳体，例如：无氧铜壳体，即封装壳体7由无氧铜材料制成，以便于散热等。

在本实施例中，如图6所示，设置为5个基底8、5个半导体激光芯片1、5个快轴准直透镜2、5个慢轴准直透镜3、5个反射镜4、1个聚焦透镜5、1根光纤6，5个基底8横向排列、5个半导体激光芯片1横向排列、5个快轴准直透镜2横向排列、5个慢轴准直透镜3横向排列、5个反射镜4横向排列，而对应每组的半导体激光芯片1、快轴准直透镜2、慢轴准直透镜3、反射镜4沿着纵向依次排列，在5个反射镜4横向排列的方向上依次放置聚焦透镜5、光纤6。

因此，本实用新型所有的半导体激光芯片1都水平的贴在基底8上，使用同样高度的反射镜4，各束激光光束9依次经过快轴准直透镜2和慢轴准直透镜3准直后，再由反射镜4斜向上反射，最后经过聚焦透镜5耦合入以一定角度(例如：在图5中，光纤6与封装壳体7(即水平线)的夹角可以为1～45度)倾斜放置的光纤6中。

与现有技术的台阶型的耦合系统相比，本实用新型的优点为：

1、由于半导体激光芯片1贴在同一水平高度的基底8上，不需要加工等高台阶，降低了外壳加工难度，同时由于半导体激光芯片1与底座的距离减少了，散热效果更好，光电转换效率更高；

2、由于采用平行贴半导体激光芯片1的结构，反射镜4可以做成同样的尺寸，减少了物料的种类，同时降低了加工精度的要求；

3、通过斜入射耦合进入光纤6，可以有效的减少不同激光光束9之间的距离，从而实现更高的耦合效率和光纤6输出光能量密度分布，如图8和图9所示，本实用新型聚焦透镜5入射面前的不同激光光束9之间的间距较小；而现有技术的台阶型的耦合系统为了保证生产过程中不同相邻光束的反射镜不会挡住后一束光，如图3和图4所示，台阶之间的高度会留有一定的余量，这就导致了耦合时由于受限于台阶之间的高度差，无法调整不同激光光束的距离，在相同数目的激光光束条件下，激光光束之间的距离偏大，从而导致耦合效率偏低，光纤输出的光能量密度分布也会相对偏低。

综上所述，本实用新型不但结构简化了，同时提高了耦合效率和光纤6输出光的能量密度分布。故本实用新型可在高功率光纤耦合半导体激光器封装领域得到广泛应用，采用该耦合系统，不但结构简单，而且能有效提高光纤6耦合效率和光纤输出激光能量密度，从而给光纤激光器提供更高的泵浦效率。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，均属本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种将多束半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，包括封装壳体，所述封装壳体设置有多个用于发射激光光束的半导体激光芯片、对应的多个快轴准直透镜、对应的多个慢轴准直透镜、对应的多个反射镜、聚焦透镜、光纤，其特征在于：所述封装壳体还设置有对应的多个基底，所述多个基底的高度相同，所述半导体激光芯片贴在对应的基底上，且所述多个半导体激光芯片的高度相同；所述多个反射镜的高度相同，且所述反射镜为斜向上反射激光光束进入所述聚焦透镜；所述光纤为斜向上地倾斜放置，使所述聚焦透镜将多束激光光束对应耦合入所述光纤中。

2.根据权利要求1所述的将多束半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，其特征在于：所述半导体激光芯片、快轴准直透镜、慢轴准直透镜、反射镜沿着纵向依次排列，使所述半导体激光芯片发射出的激光光束依次经过所述快轴准直透镜、慢轴准直透镜的准直后入射所述反射镜。

3.根据权利要求1或2所述的将多束半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，其特征在于：所述封装壳体为高导热金属壳体。

4.根据权利要求3所述的将多束半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，其特征在于：所述封装壳体为无氧铜壳体。