CN204633123U - 半导体激光器光纤耦合设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了半导体激光器光纤耦合设备，包括0°全反射镜、叠阵、输出光纤端面、光纤分束器、基准光源和功率计，所述的基准光源的输出光纤与光纤分束器的输入光纤连接，输出光纤端面与光纤分束器的输出光纤连接，光纤分束器分别与功率计和吸收池连接，叠阵一侧放置0°全反射镜，叠阵发出的光束射向空间叠加镜后经过反射射入望远镜扩束系统，光束再射入聚焦系统后射入耦合光纤的输出光纤端面。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型光源结构紧凑、光束整形系统简单、耦合效率高的特点，基于该发明研制的二极管激光高亮度光纤耦合输出光源可应用在泵浦光纤激光器、医疗及工业加工等众多领域，应用范围广。

Description

半导体激光器光纤耦合设备

技术领域

    本实用新型涉及一种是激光技术应用领域，具体是半导体激光器光纤耦合设备。

背景技术

现有技术中，公知的技术是：由于半导体激光器具有电光转换效率高、可靠性好、小型化等优点，在激光泵浦源和直接应用等方面均得到迅速发展及广泛应用，特别是作为固体激光器和光纤激光器的泵浦源，推动了全固态激光器的快速发展。高亮度、高功率的半导体激光器泵浦源是光纤激光器和固体激光器实现高效率、高功率输出的重要基础条件。

目前，单管半导体激光器输出功率低，要实现高亮度的光纤耦合输出需要单管数量较多，光学整形系统复杂，成本昂贵； cm-bar 输出功率高，但存在较大的smile 效应，慢轴光束质量较差，耦合进入光纤需要进行光束分割重排，光学系统昂贵复杂和耦合效率较低，调节复杂且费时费力，难以达到聚焦系统和输出光纤相对空间位置的精度要求，这是现有技术所存在的不足之处。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供半导体激光器光纤耦合设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

半导体激光器光纤耦合设备，包括0°全反射镜、叠阵、空间叠加镜、望远镜扩束系统、聚焦系统、输出光纤端面、输出光纤连接点、吸收池、光纤分束器、基准光源和功率计，所述的基准光源的输出光纤与光纤分束器的输入光纤连接，输出光纤端面与光纤分束器的输出光纤连接，输出光纤端面与光纤分束器之间设有输出光纤连接点，光纤分束器分别与功率计和吸收池连接，叠阵一侧放置0°全反射镜，叠阵发出的光束射向空间叠加镜后经过反射射入望远镜扩束系统，光束通过望远镜扩束系统后射入聚焦系统，聚焦后的光束射入耦合光纤的输出光纤端面，所述的叠阵包括热沉、BAR 条、快轴准直透镜和慢轴准直透镜，BAR 条焊接到热沉上，所述BAR 条发光方向上设置有快准直透镜，所述快准直透的下方设置有焊接在热沉上的慢轴准直透镜固定支架，所述慢轴准直透镜固定支架前端设置有慢轴准直透镜。

作为本实用新型进一步的方案：所述的0°全反射镜和半导体激光器光纤耦合设备的输出光纤共光轴且0°反射镜的反射面与输出光纤端面保持平行。

作为本实用新型再进一步的方案：所述的基准光源的输出光纤和半导体激光器光纤耦合设备的输出光纤的数值孔径和芯径完全一致，光纤分束器的各单元光纤和半导体激光器光纤耦合设备输出光纤的数值孔径和芯径完全一致。

作为本实用新型再进一步的方案：所述的叠阵的数量至少两个。

作为本实用新型再进一步的方案：所述的BAR 条的数量至少五个。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型光源结构紧凑、光束整形系统简单、耦合效率高的特点，基于该发明研制的二极管激光高亮度光纤耦合输出光源可应用在泵浦光纤激光器、医疗及工业加工等众多领域，应用范围广。

附图说明

图1为半导体激光器光纤耦合设备的结构示意图。

图2为激光器芯片的结构示意图。

图中：1、0°全反射镜，2、叠阵，3、空间叠加镜，4、望远镜扩束系统，5、聚焦系统，6、输出光纤端面，7、输出光纤连接点，8、吸收池，9、光纤分束器，10、基准光源，11、功率计，12、热沉，13、BAR 条，14、快轴准直透镜，15、慢轴准直透镜，16、慢轴准直透镜固定支架。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-2，半导体激光器光纤耦合设备，包括0°全反射镜1、叠阵2、空间叠加镜3、望远镜扩束系统4、聚焦系统5、输出光纤端面6、输出光纤连接点7、吸收池8、光纤分束器9、基准光源10和功率计11，所述的基准光10源的输出光纤与光纤分束器9的输入光纤连接，输出光纤端面6与光纤分束器9的输出光纤连接，输出光纤端面6与光纤分束器9之间设有输出光纤连接点7，光纤分束器9分别与功率计11和吸收池8连接，所述的基准光源10的输出光纤和半导体激光器光纤耦合设备的输出光纤的数值孔径和芯径完全一致，光纤分束器9的各单元光纤和半导体激光器光纤耦合设备输出光纤的数值孔径和芯径完全一致，所述的叠阵2一侧合适的位置放置0°全反射镜1，0°全反射镜1和半导体激光器光纤耦合设备的输出光纤共光轴且0°反射镜1的反射面与输出光纤端面6保持平行，平行度偏差不大于±0.2°，叠阵2发出的光束射向空间叠加镜3后经过反射射入望远镜扩束系统4，光束通过望远镜扩束系统后射入聚焦系统5，聚焦后的光束射入耦合光纤的输出光纤端面6，所述的叠阵2包括热沉12、BAR 条13、快轴准直透镜14和慢轴准直透镜15，BAR 条13焊接到热沉12上，所述BAR 条13发光方向上设置有快准直透镜14，所述快准直透14的下方设置有焊接在热沉12上的慢轴准直透镜固定支架15，所述慢轴准直透镜固定支架16前端设置有慢轴准直透镜15。

本实用新型工作原理：通过对焊接夹具和程序的优化设计和控制，实现短BAR 条13焊接后smile 值小于1μm，在热沉12上定位偏差小于20μm，将5个芯片焊接到热沉上的短BAR 条13组装成叠阵2，通过叠阵2组装夹具，使用测量显微镜检测，多次组装，实现叠阵2中短BAR 条13快轴方向偏差小于50μm，热沉12左右错位偏差小于20μm，绕Z 轴偏角小于0.2°，采用快轴准直透镜14和慢轴准直透镜15进行快慢轴光束准直，光束精密准直后，叠阵整体快轴发散角为4mrad，慢轴为12mrad。

将两列快慢轴准直后的叠阵2，采用空间叠加镜3进行自由空间合束，叠加镜镜面镀条形（450）高反膜和增透膜（或抠空处理），由于镀该类膜层对工艺要求较高，目前实现较为困难，因此，方案设计中叠加镜采用柱镜单元拼接的方法，柱镜单元采用石英玻璃加工，利用耐高温及耐激光辐射的胶水拼接成条格状，使用时利用柱镜单元作为反射窗口，镀45° 980nm 高反膜，空格区域作为透射窗口，空间叠加后快轴光束尺寸小于9.5m, 发散角小于4.5mrad ；慢轴光束尺寸小于5.3mm，发散角小于12.5mrad ；光束指向性精度优于±0.01°。

对叠加后的光束采用望远镜扩束系统4进行扩束，进一步缩小慢轴方向发散角，扩束后快轴光束尺寸小于9.5m, 发散角小于4.5mrad ；慢轴光束尺寸小于10.6mm，发散角小于6.3mrad，将扩束后的光束进入聚焦系统5聚焦进入0.2μm、NA0.22 光纤，实现半导体激光器的高亮度光纤耦合输出。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.半导体激光器光纤耦合设备，包括0°全反射镜（1）、叠阵（2）、空间叠加镜（3）、望远镜扩束系统（4）、聚焦系统（5）、输出光纤端面（6）、输出光纤连接点（7）、吸收池（8）、光纤分束器（9）、基准光源（10）和功率计（11），其特征在于，所述的基准光源（10）的输出光纤与光纤分束器（9）的输入光纤连接，输出光纤端面（6）与光纤分束器（9）的输出光纤连接，输出光纤端面（6）与光纤分束器（9）之间设有输出光纤连接点（7），光纤分束器（9）分别与功率计（11）和吸收池（8）连接，叠阵（2）一侧放置0°全反射镜（1），叠阵（2）发出的光束射向空间叠加镜（3）后经过反射射入望远镜扩束系统（4），光束通过望远镜扩束系统（4）后射入聚焦系统（5），聚焦后的光束射入耦合光纤的输出光纤端面（6），所述的叠阵（2）包括热沉（12）、BAR 条（13）、快轴准直透镜（14）和慢轴准直透镜（15），BAR 条（13）焊接到热沉（12）上，所述BAR 条（13）发光方向上设置有快准直透镜（14），所述快准直透（14）的下方设置有焊接在热沉（12）上的慢轴准直透镜固定支架（15），所述慢轴准直透镜固定支架（16）前端设置有慢轴准直透镜（15）。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器光纤耦合设备，其特征在于，所述的0°全反射镜（1）和半导体激光器光纤耦合设备的输出光纤共光轴且0°反射镜（1）的反射面与输出光纤端面（6）保持平行。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器光纤耦合设备，其特征在于，所述的基准光源（10）的输出光纤和半导体激光器光纤耦合设备的输出光纤的数值孔径和芯径完全一致，光纤分束器（9）的各单元光纤和半导体激光器光纤耦合设备输出光纤的数值孔径和芯径完全一致。

4.根据权利要求1所述的半导体激光器光纤耦合设备，其特征在于，所述的叠阵（2）的数量至少两个。

5.根据权利要求1所述的半导体激光器光纤耦合设备，其特征在于，所述的BAR 条（13）的数量至少五个。