CN204190165U - 一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统，该系统中的半导体激光器分别通过螺钉固定在散热块上组成激光器散热模块，半导体激光器发出的激光耦合进光纤可通过紧密排布或者捆绑的方式合束输出。该系统解决了现有光纤耦合模块光学整形复杂的问题，具有输出光斑均匀，功率高，制作工艺简单的优点，并且半导体激光器拆装更换简单，输出功率可根据客户需求灵活调整。

Description

一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统

技术领域

本实用新型属于半导体激光器技术领域，具体涉及一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统。

背景技术

半导体激光器的光纤耦合模块具有体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、成本低的优点，目前已经广泛应用于国民经济的各个领域，比如激光泵浦，医疗以及工业加工领域，尤其是在激光脱毛领域的应用已经成为市场的关注重点和各国研究的焦点。

传统的半导体激光器光纤耦合方案中，激光芯片一般采用单发光单元芯片或者多发光单元（巴条芯片），通常是在激光芯片前端加相应的光束整形系统，而光学整形系统往往需要对光束进行切割，旋转，重排等，再通过空间合束、偏振合束、波长合束等方法将光束合束并耦合进光纤，这样的方案具有以下缺点：

     (1) 基于巴条的光纤耦合产品成本高，要求的驱动电流大。由于加入了复杂的光学系统，使得整个产品成本提高，降低了该类产品的市场竞争力，同时该类产品往往需要很高的驱动电流，这严重限制了产品的应用；

(2) 功率和亮度偏低。对于单管光纤耦合产品，由于其功率的限制，很难做出大功率、高亮度的激光器产品。而对于巴条光纤耦合产品，由于很难将光束耦合进小芯径的光纤中，所以亮度也不高；

(3) 工艺复杂。常见的巴条光纤耦合产品通常采用复杂的光学系统，以达到小芯径光纤耦合输出的目的，这种光学系统包含了复杂的光束整形透镜，在实际生产中，每增加一个透镜，工艺难度大大增加，同时也带来功率的损失；

 (4) 结构复杂。传统技术中，为了得到好的光束质量，无论是单管类还是Bar 条类产品，均采用了复杂的光学整形系统，因此使得耦合模块的结构复杂，体积庞大。

中国专利申请“一种多发光单元半导体激光器模块及其制备方法”（申请号201010239421.1）中提出了一种光纤耦合模块，其是以半导体激光芯片为单元的单点合束光纤耦合模块，在合束过程中将激光芯片焊接在散热块上，该光纤耦合模块在不同功率的模块或者不同数量发光点的应用中，需要开发不同的夹具及工艺，增加了工业难度和成本，限制了该模块的应用推广。

此外，激光芯片通过直接焊接的方式进行封装，一旦其中一个半导体激光芯片出现故障，后期的更换和维修很复杂，导致整个耦合模块就不能使用。

实用新型内容

为了克服现有光纤耦合方案的缺陷，本实用新型提出一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统，这种系统中的激光器模块无需进行复杂的光束整形，而是由多个光纤耦合模块采用多光纤排布合束输出的方法，使得输出光斑均匀、功率高，其具有制作工艺简单、光斑均匀、成本低，半导体激光器拆装简单的优点。

具体的技术方案为：

一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统，包括壳体，正极端子，负极端子，正极端子和负极端子设置在壳体的侧壁上用于与外接电源进行连接，其特殊之处在于还包括散热块，多个半导体激光器，跳线接口，A光纤跳线；多个半导体激光器设置在壳体内，多个半导体激光器通过螺钉固定在散热块上，散热块焊接或通过螺钉固定在壳体的底部，激光输出端口设置在与壳体的侧壁上，在激光输出端口上设置（安装）A光纤跳线用于输出激光；各半导体激光器所发出的激光通过跳线接口处汇入A光纤跳线输出。

所述的多个半导体激光器并列排列或成阶梯状排列，多个半导体激光器的发射的激光在跳线接口通过A光纤跳线进行激光输出，半导体激光器之间为串联连接，半导体激光器的正极与正极端子连接，负极与负极端子连接。

所述的半导体激光器可以为多种结构，以下给出了几种不同的半导体激光器结构：

所述的半导体激光器包括激光芯片、衬底和B光纤跳线，激光芯片焊接在衬底上，衬底上开设有安装孔，衬底可以起到散热的作用，B光纤跳线置于激光芯片出光端用于输出激光，半导体激光器可以通过衬底的安装孔固定在散热块上， B光纤跳线通过跳线接口接入A光纤跳线中。多个半导体激光器的B光纤跳线在可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统的跳线接口处一起接入A光纤跳线，A光纤跳线的孔径较大，即将所有的B光纤跳线共同接入一根较大孔径的A光纤跳线中。

所述的半导体激光器包括激光芯片、衬底、管壳，B光纤跳线，正极端、负极端、所述的激光芯片及衬底密封设置在管壳内，衬底可以起到散热的作用，衬底可以选用金属材质或者陶瓷；激光芯片的出光方向对应的管壳的壁上开有跳线端口，所述的B光纤跳线的一端接与跳线端口处用于输出激光，B光纤跳线的另一端通过可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统的跳线接口接入A光纤跳线；所述的正极端和负极端设置在管壳的侧壁上用于与可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统的正极端子和负极端子连接；在管壳的下表面开设有安装孔，用于将半导体激光器固定在可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统的散热块上，沿激光芯片的出光方向且在对应的管壁之前依次设置快慢轴准直镜，激光芯片发出的激光经准直后耦合进B光纤跳线。

所述的半导体激光芯片可以为单发光单元芯片，或者多发光单元芯片。

所述的散热块上开有用于液体制冷的入液孔和出液孔且内部有液体制冷通道。

本发明中另一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统，包括壳体，正极端子，负极端子，散热块，半导体激光器，跳线接口；所述的半导体激光器的个数为多个，每个半导体激光器包括一根B光纤跳线，所述的散热块和多个半导体激光器设置在壳体内，多个半导体激光器分别通过螺钉固定在散热块上，所述的散热块焊接或通过螺钉固定在壳体的底部，所述的跳线接口壳体侧面上，所述的每个半导体激光器的B光纤跳线在跳线接口处紧密排布或捆绑。

所述的多个半导体激光器并列排列或成阶梯状排列固定在散热块上，半导体激光器模块之间为串联连接。

所述的散热块上开有用于液体制冷的入液孔和出液孔且内部有液体制冷通道。

所述壳体材料为铜、铝、金刚石或铜钨合金。

本方案中可以根据需求选用多个安装有半导体激光器的散热块，散热块之间以叠层方式安装。

 本实用新型的可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统具有以下优点：

1．本光纤耦合系统中的半导体激光器均通过机械安装方式安装，安装拆卸方便，使用灵活，可根据客户需求来选择半导体激光器的个数和功率，从而调整系统输出的光功率，实现高亮度输出； 

2．成本低，半导体激光器不需要光束整形系统，结构简单，且本方案采用光纤输出，使用环境不受光源、电源的限制；此外，该系统中的半导体激光器模块可以使用统一的夹具及工艺，节省了生产成本； 

3．半导体激光器之间采用串联方式连接，降低了驱动电流，延长了使用寿命，并且光电转换效率高。

附图说明

图1为本方案中可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统的一个实施例。

图2为本方案的可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统实施例的内部结构图。

图3为半导体激光器结构图。

附图标号说明：1为壳体；2为半导体激光器；3为散热块；4为A光纤跳线；5为B光纤跳线；6为管壳；7为正极端子；8为负极端子；9为跳线接口。

具体实施方式

如图1为一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统的实施例，图2为本实用新型的实施例中的内部结果，包括壳体1，正极端子7，负极端子8，正极端子7和负极端8子设置在壳体1的侧壁上用于与外接电源进行连接，其特殊之处在于还包括散热块3，多个半导体激光器2，跳线接口9，A光纤跳线4；多个半导体激光器1设置在壳体内，多个半导体激光器1通过螺钉固定在散热块3上，散热块3焊接或通过螺钉固定在壳体1的底部，跳线接口9（激光输出端口）设置在与壳体的侧壁上，在跳线接口9（激光输出端口）上设置（安装）A光纤跳线4用于输出激光；各半导体激光器1所发出的激光通过跳线接口9处汇入A光纤跳线4输出。或者半导体激光器2的个数为多个，每个半导体激光器2包括一根B光纤跳线5，所述的每个半导体激光器2的B光纤跳线5在跳线接口9处紧密排布或捆绑。

多个半导体激光器2并列排列或成阶梯状排列，多个半导体激光器2的发射的激光在跳线接口通过A光纤跳线4进行激光输出，半导体激光器2之间为串联连接，半导体激光器2的正极与正极端子7连接，负极与负极端子7连接。

半导体激光器2的激光芯片可以为单发光单元芯片，或者多发光单元芯片。

散热块3上开有用于液体制冷的入液孔和出液孔且内部有液体制冷通道。

壳体1材料为铜、铝、金刚石或铜钨合金。

半导体激光器2可以为多种结构，图3给出了其中一种半导体激光器的结构。

本方案中可以根据需求选用多个安装有半导体激光器1的散热块3组成激光散热块，激光器散热模块为多个，散热块之间以叠层方式安装，最底层的激光器散热模块的散热板焊接或通过螺钉固定在可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统的壳体的底部。

多个半导体激光器2并列排列或成阶梯状排列固定在散热块3上，半导体激光器2之间为串联连接。

Claims (9)

1.一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于：包括壳体，正极端子，负极端子，散热块，多个半导体激光器，跳线接口，A光纤跳线；所述的正极端子，负极端子用于与外接电源进行连接，所述的散热块和多个半导体激光器设置在壳体内，多个半导体激光器分别通过螺钉固定在散热块上组成激光器散热模块，所述的散热块焊接或通过螺钉固定在壳体的底部，所述的跳线接口设置在多个半导体激光器出光方向对应的壳体侧面上，各半导体激光器所发出的激光通过跳线接口处汇入A光纤跳线输出。

2.根据权利要求1所述的一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于：所述的半导体激光器包括激光芯片、衬底和B光纤跳线，激光芯片焊接在衬底上，衬底上开设有安装孔，B光纤跳线置于激光芯片出光端用于输出激光，半导体激光器可以通过衬底的安装孔固定在散热块上，所述的B光纤跳线通过跳线接口接入A光纤跳线中。

3.根据权利要求1所述的一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于：所述的半导体激光器包括激光芯片、衬底、管壳，B光纤跳线，正极端、负极端、所述的激光芯片及衬底密封设置在管壳内，激光芯片的出光方向对应的管壳的壁上开有跳线端口，所述的B光纤跳线的一端接与跳线端口处用于输出激光，B光纤跳线的另一端通过可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统的跳线接口接入A光纤跳线；所述的正极端和负极端设置在管壳的侧壁上用于与可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统的正极端子和负极端子连接；在管壳的下表面开设有安装孔，用于将半导体激光器固定在可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统的散热块上，沿激光芯片的出光方向且在对应的管壁之前依次设置快慢轴准直镜，激光芯片发出的激光经准直后耦合进B光纤跳线。

4.根据权利要求2或3所述的一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于：所述的半导体激光器的激光芯片可以为单发光单元的半导体激光芯片。

5.一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于：包括壳体，正极端子，负极端子，散热块，半导体激光器，跳线接口；所述的半导体激光器的个数为多个，每个半导体激光器包括一根B光纤跳线，所述的散热块和多个半导体激光器设置在壳体内，多个半导体激光器分别通过螺钉固定在散热块上组成激光器散热模块，所述的散热块焊接或通过螺钉固定在壳体的底部，所述的跳线接口壳体侧面上，所述的每个半导体激光器的B光纤跳线在跳线接口处紧密排布或捆绑。

6.根据权利要求1或5所述的一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于：所述的激光器散热模块为多个，激光器散热模块之间以叠层方式安装，最底层的激光器散热模块的散热板焊接或通过螺钉固定在可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统的壳体的底部。

7.根据权利要求1或5所述的一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于：所述的多个半导体激光器并列排列或成阶梯状排列固定在散热块上，半导体激光器模块之间为串联连接。

8.根据权利要求1或5所述的一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于：所述的散热块上开有用于液体制冷的入液孔和出液孔且内部有液体制冷通道。

9.根据权利要求1或5所述的一种可拆卸式高功率半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于：所述壳体材料为铜、铝、金刚石或铜钨合金。