CN204028412U - 双波长半导体激光光束耦合结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种双波长半导体激光光束耦合结构，第一激光器芯片和第二激光器芯片发出的波长不同的光束分别由各自前方的一个微柱透镜和一个柱面镜在快轴和慢轴方向进行准直后形成准平行光束，这两束准平行光束照射在一片对第一激光器芯片发光波长透射并对第二激光器芯片发光波长反射的双色镜上形成共轴的合束光，合束后的光束由聚焦透镜会聚成像到输出光纤端面上完成耦合，该结构使激光光束在快轴和慢轴方向都得到了准直，需要会聚的光束都为准平行光束，解除了传统技术方案中对激光器芯片安装位置的限制，降低了激光器装调的难度，在保证获得最佳耦合效率的同时还增强了激光器内部结构设计的灵活性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种半导体激光光束的耦合结构，尤其涉及一种将两种不同波长的半导体激光光束耦合到一根光纤的结构。
背景技术
在工业、医学和科研领域中广泛地使用808nm、980nm、1064nm等红外激光作为工作光源，这些光都属于不可见光，但在实际使用当中很多情况下需要知道这些工作光束的传播路径和照射位置，这就需要提供一个与不可见工作光束的光路完全重合的可见光光束来作为指示光束。
传统的技术方案是在耦合光路中将两个激光器芯片发出的不同波长的光束各自在快轴方向进行准直，然后经过双色镜合束为共轴光束，再经过聚焦透镜耦合进入一根光纤。在此方案中，由于没有对激光光束的慢轴方向进行准直，两个激光器芯片必须放置在双色镜两侧共轭像的位置上，同时需要根据激光器芯片的有源区尺寸和慢轴发散角计算出最佳的耦合物距，即是说要达到相对最佳的耦合效率，两个激光器芯片的安装位置是固定且唯一的，并且由于不同激光器芯片的有源区尺寸和慢轴发散角有所不同，还需要考虑匹配的问题，这样就增加了激光器装调时的难度，在一定程度上还会降低耦合效率，除此之外，随着激光器应用领域的深入，有时需要对激光光束增加一些光束整形或者滤波，对于上述的技术方案，两个激光器芯片距离双色镜的距离往往非常近，很难再插入一些额外的光学器件，限制了激光器内部结构设计的灵活性。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种双波长半导体激光光束耦合结构，该结构使激光光束在快轴和慢轴方向都得到了准直，需要会聚的光束都为准平行光束，解除了传统技术方案中对激光器芯片安装位置的限制，降低了激光器装调的难度，在保证获得最佳耦合效率的同时还增强了激光器内部结构设计的灵活性。
本实用新型采用的技术方案是：一种双波长半导体激光光束耦合结构，其特征在于，第一激光器芯片和第二激光器芯片发出的波长不同的光束分别由各自前方的一个微柱透镜和一个柱面镜在快轴和慢轴方向进行准直后形成准平行光束，这两束准平行光束照射在一片对第一激光器芯片发光波长透射并对第二激光器芯片发光波长反射的双色镜上形成共轴的合束光，合束后的光束由聚焦透镜会聚成像到输出光纤端面上完成耦合。
其中，所述微柱透镜和柱面镜依据激光器芯片有源区的尺寸和快慢轴发散角的大小进行设计，第一激光器芯片和第二激光器芯片可以使用不同规格的微柱透镜和柱面镜达到准直效果，微柱透镜和柱面镜也可以是具有相同快慢轴准直效果的球透镜或非球面镜。
其中，所述双色镜两面镀膜，一面镀增透膜，另一面镀分色膜，分色膜对第一激光器芯片发光波长为透射，对第二激光器芯片发光波长为反射。
其中，所述第一激光器芯片和聚焦透镜共轴放置，双色镜倾斜一个角度放置在它们中间的位置，第一激光器芯片的放置位置前后可调，第二激光器芯片的放置范围是，其光束光轴相对第一激光器芯片光束光轴的倾斜角度为30°到150°，沿轴的最近位置只需不遮挡光路即可，双色镜的倾斜角根据第二激光器芯片的位置调整至两束准平行光束共轴合束。
其中，所述聚焦透镜可以是球面、非球面或自聚焦透镜。
其中，所述光纤端面经过研磨和抛光，并镀增透膜。
本实用新型的有益效果是：通过对激光光束采用快慢轴完全准直的结构，解除了对激光器芯片安装位置的限制，该结构在激光器芯片安装时对其位置的要求不再严苛，从而降低了激光器装调的难度，并且获得了足够的空间在耦合光路中插入一些额外的光学器件来实现激光器更多的应用功能，增强了激光器内部结构设计的灵活性，并且，针对两种不同的激光器芯片，还可以通过设计不同规格的微柱透镜和柱面镜来达到良好的准直效果，保证获得最佳的耦合效率。
附图说明
图1是双波长半导体激光光束耦合结构的方案示意图。
图2是激光器芯片放置位置变化范围示意图。
图3是双波长半导体激光光束耦合结构的立体示意图。
图中：1.第一激光器芯片，2.第二激光器芯片，3.第一微柱透镜，4.第二微柱透镜，5.第一柱面镜，6.第二柱面镜，7.双色镜，8.聚焦透镜，9.光纤。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。图1显示了双波长半导体激光光束耦合结构的方案示意图，图3是其立体示图，如图所示，第一激光器芯片1和第二激光器芯片2分别发射出不同波长的激光光束，该光束是非对称的发散光束（快轴发散角30°到40°，慢轴发散角6°到10°）。第一激光器芯片1发出的光束经过安装在其前方的第一微柱透镜3，使光束在快轴方向准直，通过第一微柱透镜3的光束垂直芯片端面呈扇形射出，照射到前方的第一柱面镜5上，作用是将光束在慢轴方向准直，于是从第一柱面镜5射出的光束为准平行光束，同样，第二激光器芯片2发出的光束也经过其前方的第二微柱透镜4和第二柱面镜6在快轴和慢轴方向进行准直后形成准平行光束，这两束准平行光束照射在一片倾斜放置的双色镜7上，该双色镜7两面镀膜，一面镀增透膜，一面镀分色膜，分色膜对第一激光器芯片1发光波长为透射，对第二激光器芯片2发光波长为反射，两束准平行光束经过双色镜7后形成共轴的合束光，合束后的光束再经过聚焦透镜8会聚成像到输出光纤9的端面上，其光斑的尺寸不大于光纤芯径，发散角小于光纤数值孔径对应的角度，即可达到高效耦合的目的。
上述的第一微柱透镜3和第一柱面镜5依据第一激光器芯片1的有源区尺寸和发散角大小进行设计，第二微柱透镜4和第二柱面镜6依据第二激光器芯片2的有源区尺寸和发散角大小进行设计，这样使两路激光光束能同时达到良好的准直效果。第一微柱透镜3和第一柱面镜5到第一激光器芯片1的距离为它们的焦距，但在实际安装中，需要通过检查激光光束远场光斑的方向和准直度来确定准确的安装位置，第二微柱透镜4和第二柱面镜6的安装位置使用同样的方法确定。
上述的第一激光器芯片1和聚焦透镜8共轴放置，双色镜7倾斜一个角度放置在它们中间的位置。第一激光器芯片1的放置位置前后可调，第二激光器芯片2可以在一定范围内进行放置，具体位置范围如图2所示，其光束光轴相对第一激光器芯片1光束光轴的倾斜角度可以在30°到150°之间，沿轴的最近位置只需不遮挡光路即可。双色镜7的倾斜角根据第二激光器芯片2的位置调整，使反射路的准平行光束可以和透射路的准平行光束共轴合束。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，并且在应用上可以延伸到其他的修改、变化、应用和实施例，同时认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本实用新型的精神和范围内。
Claims (6)
1.一种双波长半导体激光光束耦合结构，其特征在于，第一激光器芯片和第二激光器芯片发出的波长不同的光束分别由各自前方的一个微柱透镜和一个柱面镜在快轴和慢轴方向进行准直后形成准平行光束，这两束准平行光束照射在一片对第一激光器芯片发光波长透射并对第二激光器芯片发光波长反射的双色镜上形成共轴的合束光，合束后的光束由聚焦透镜会聚成像到输出光纤端面上完成耦合。
2.根据权利要求1所述的一种双波长半导体激光光束耦合结构，其特征在于，所述微柱透镜和柱面镜依据激光器芯片有源区的尺寸和快慢轴发散角的大小进行设计，第一激光器芯片和第二激光器芯片可以使用不同规格的微柱透镜和柱面镜达到准直效果，微柱透镜和柱面镜也可以是具有相同快慢轴准直效果的球透镜或非球面镜。
3.根据权利要求1所述的一种双波长半导体激光光束耦合结构，其特征在于，所述双色镜两面镀膜，一面镀增透膜，另一面镀分色膜，分色膜对第一激光器芯片发光波长为透射，对第二激光器芯片发光波长为反射。
4.根据权利要求1所述的一种双波长半导体激光光束耦合结构，其特征在于，所述第一激光器芯片和聚焦透镜共轴放置，双色镜倾斜一个角度放置在它们中间的位置，第一激光器芯片的放置位置前后可调，第二激光器芯片的放置范围是，其光束光轴相对第一激光器芯片光束光轴的倾斜角度为30°到150°，沿轴的最近位置只需不遮挡光路即可，双色镜的倾斜角根据第二激光器芯片的位置调整至两束准平行光束共轴合束。
5.根据权利要求1所述的一种双波长半导体激光光束耦合结构，其特征在于，所述聚焦透镜可以是球面、非球面或自聚焦透镜。
6.根据权利要求1所述的一种双波长半导体激光光束耦合结构，其特征在于，所述光纤端面经过研磨和抛光，并镀增透膜。
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