CN208284781U - 半导体激光器光纤耦合系统 - Google Patents

Abstract

一种半导体激光器光纤耦合系统，包括：光源组件，用于产生激光光线；准直组件，用对光源组件所产生的激光光线进行准直；反射组件，用于对准直后的近似准直光束进行方向调整及进行合束，产生第一准直光束、第二准直光束、第三准直光束、及第四准直光束；主合束组件，用于对第一准直光束、第二准直光束、第三准直光束、及第四准直光束合束为输出准直光束；输出组件，包括聚焦透镜及输出光纤，用于将输出准直光束聚焦耦合到输出光纤，并通过输出光纤进行激光输出。通过主合束组件，使第一准直光束、第二准直光束、第三准直光束、及第四准直光束的激光能量聚合在输出准直光束中，从而提升了输出激光的功率密度。

Description

半导体激光器光纤耦合系统

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，特别是涉及一种半导体激光器光纤耦合系统。

背景技术

光纤激光器具有体积小、重量轻、可靠性高等优点，在工业切割、焊接、等方面具有广泛的应用。随着社会生产制造对加工效率的要求提升，高功率输出的光纤激光器的需求越来越大，但由于作为光纤激光器的主要部件的半导体激光器的输出功率较小，导致现有光纤激光器在无法提供较大功率密度的激光输出。

实用新型内容

基于此，有必要针对光纤激光器的功率不足问题，提供一种半导体激光器光纤耦合系统。

一种半导体激光器光纤耦合系统，包括：

光源组件，用于产生激光光线，所述光源组件包括第一半导体激光器叠阵、第二半导体激光器叠阵、第三半导体激光器叠阵、及第四半导体激光器叠阵；所述第一半导体激光器叠阵、所述第二半导体激光器叠阵、所述第三半导体激光器叠阵、及所述第四半导体激光器叠阵分别包含若干半导体激光器单元；

准直组件，用对所述光源组件所产生的激光光线进行准直，所述准直组件包括若干第一准直透镜组、若干第二准直透镜组、若干第三准直透镜组、及若干第四准直透镜组；

反射组件，用于对准直后的近似准直光束进行方向调整及进行合束；所述第一准直透镜组准直后的近似准直光束经所述反射组件反射并合束为第一准直光束；所述第二准直透镜组准直后的近似准直光束经所述反射组件反射并合束为第二准直光束；所述第三准直透镜组准直后的近似准直光束经所述反射组件反射并合束为第三准直光束；所述第四准直透镜组准直后的近似准直光束经所述反射组件反射并合束为第四准直光束；

主合束组件，用于对所述第一准直光束、所述第二准直光束、所述第三准直光束、及所述第四准直光束合束为输出准直光束；

输出组件，包括聚焦透镜及输出光纤，用于将所述输出准直光束聚焦耦合到所述输出光纤，并通过所述输出光纤进行激光输出。

上述半导体激光器光纤耦合系统，通过主合束组件，使第一准直光束、第二准直光束、第三准直光束、及第四准直光束的激光能量聚合在输出准直光束中，从而提升了输出激光的功率密度。

在其中一个实施例中，所述主合束组件包括第一梯形棱镜、第二梯形棱镜、后级反射镜、及方形棱镜；所述第一梯形棱镜设有第一外倾斜面、第一内倾斜面、第一宽底面、及第一窄底面；所述第一准直光束、所述第二准直光束从所述第一梯形棱镜的第一宽底面入射所述第一梯形棱镜；所述第一准直光束经所述第一梯形棱镜的第一外倾斜面及第一内倾斜面反射；所述第二准直光束透射第一梯形棱镜的第一内倾斜面，然后与所述第一准直光束合束形成第五准直光束；所述第二梯形棱镜设有第二外倾斜面、第二内倾斜面、第二宽底面、及第二窄底面；所述第三准直光束、所述第四准直光束从所述第二梯形棱镜的第二宽底面入射所述第二梯形棱镜；所述第四准直光束经所述第二梯形棱镜的第二外倾斜面及第二内倾斜面反射；所述第三准直光束透射所述第一梯形棱镜的第二内倾斜面，然后与所述第三准直光束合束形成第六准直光束；所述方形棱镜内设有第三内倾斜面；所述第五准直光束经所述后级反射镜反射后入射至所述方形棱镜，并在所述方形棱镜的第三内倾斜面上发生反射；所述第六准直光束透射所述方形棱镜的第三内倾斜面，然后与所述第五准直光束合束为所述输出准直光束。

在其中一个实施例中，所述第一准直光束及所述第二准直光束垂直入射所述第一梯形棱镜的第一宽底面；所述第一梯形棱镜的第一外倾斜面及第一内倾斜面平行设置，所述第一梯形棱镜的第一外倾斜面与所述第一梯形棱镜的第一宽底面之间的锐角为45度。

在其中一个实施例中，所述第一梯形棱镜为偏振分光棱镜。

在其中一个实施例中，所述第三准直光束及所述第四准直光束垂直入射所述第二梯形棱镜的第二宽底面；所述第二梯形棱镜的第二外倾斜面及第二内倾斜面平行设置，所述第二梯形棱镜的第二外倾斜面与所述第二梯形棱镜的第二宽底面之间的锐角为45度。

在其中一个实施例中，所述第二梯形棱镜为偏振分光棱镜。

在其中一个实施例中，每一所述第一反射镜与一所述第一准直透镜组对应；所述第一反射镜的位置与对应的所述第一准直透镜组及所述第一梯形棱镜的第一宽底面对应设置；所述第一准直透镜组准直后的近似准直光束经对应的所述第一反射镜反射后，透射过对应的所述第一反射镜与所述第一梯形棱镜之间的其它所述第一反射镜，并依次与经其它所述第一反射镜反射的近似准直光束合束，最终合束成所述第一准直光束；每一所述第二反射镜与一所述第二准直透镜组对应；所述第二反射镜的位置与对应的所述第二准直透镜组及所述第一梯形棱镜的第一宽底面对应设置；所述第二准直透镜组准直后的近似准直光束经对应的所述第二反射镜反射后，透射过对应的所述第二反射镜与所述第一梯形棱镜之间的其它第一反射镜，并依次与经其它所述第二反射镜反射的近似准直光束合束，最终合束成所述第二准直光束。

在其中一个实施例中，所述反射组件包括若干第三反射镜、及若干第四反射镜；每一所述第三反射镜与一所述第三准直透镜组对应；所述第三反射镜的位置与对应的所述第三准直透镜组及所述第二梯形棱镜的第二宽底面对应设置；所述第三准直透镜组准直后的近似准直光束经对应的第三反射镜反射后，透射过对应的第三反射镜与第二梯形棱镜之间的其它第三反射镜，并依次与经其它第三反射镜反射的近视准直光束合束，最终合束成第三准直光束；每一所述第四反射镜与一所述第四准直透镜组对应；所述第四反射镜的位置与对应的所述第四准直透镜组及所述第二梯形棱镜的第二宽底面对应设置；所述第四准直透镜组准直后的近似准直光束经对应的所述第四反射镜反射后，透射过对应的所述第四反射镜与所述第二梯形棱镜之间的其它所述第四反射镜，并依次与经其它所述第四反射镜反射的近似准直光束合束，最终合束成所述第四准直光束。

在其中一个实施例中，所述第一半导体激光器叠阵与所述第二半导体激光器叠阵相邻且平行设置；所述第一半导体激光器叠阵中的半导体激光器单元与所述第二半导体激光器叠阵中的半导体激光器单元错位设置。

在其中一个实施例中，所述第三半导体激光器叠阵与所述第四半导体激光器叠阵相邻且平行设置；所述第三半导体激光器叠阵中的半导体激光器单元与所述第四半导体激光器叠阵中的半导体激光器单元错位设置。

附图说明

图1为本实用新型的一较佳实施例的半导体激光器光纤耦合系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将对本实用新型进行更全面的描述。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参阅图1，为本实用新型一较佳实施方式的半导体激光器光纤耦合系统100，用于提供高功率密度的激光输出。该半导体激光器光纤耦合系统100包括

光源组件，用于产生激光光线，光源组件包括第一半导体激光器叠阵11、第二半导体激光器叠阵12、第三半导体激光器叠阵13、及第四半导体激光器叠阵14；第一半导体激光器叠阵11、第二半导体激光器叠阵12、第三半导体激光器叠阵13、及第四半导体激光器叠阵14分别包含若干半导体激光器单元；

准直组件，用对光源组件所产生的激光光线进行准直，准直组件包括若干第一准直透镜组21、若干第二准直透镜组22、若干第三准直透镜组23、及若干第四准直透镜组24；

反射组件，用于对准直后的近似准直光束进行方向调整及进行合束；第一准直透镜组21准直后的近似准直光束经反射组件反射并合束为第一准直光束；第二准直透镜组22准直后的激光经反射组件反射并合束为第二准直光束；第三准直透镜组23准直后的近似准直光束经反射组件反射并合束为第三准直光束；第四准直透镜组24准直后的近似准直光束经反射组件反射并合束为第四准直光束；

主合束组件40，用于对第一准直光束、第二准直光束、第三准直光束、及第四准直光束合束为输出准直光束Ln；

输出组件50，包括聚焦透镜51及输出光纤52，用于将输出准直光束Ln聚焦耦合到输出光纤52，并通过输出光纤52进行激光输出。

通过主合束组件40，使第一准直光束、第二准直光束、第三准直光束、及第四准直光束的激光能量聚合在输出准直光束Ln中，从而提升了输出激光的功率密度。

第一准直透镜组21与第一半导体激光器叠阵11中的半导体激光器单元对应，第一准直透镜组21对第一半导体激光器叠阵11中对应的半导体激光器单元进行准直；第二准直透镜组22与第二半导体激光器叠阵12中的半导体激光器单元对应，第二准直透镜组22对第二半导体激光器叠阵12中对应的半导体激光器单元进行准直；第三准直透镜组23与第三半导体激光器叠阵13中的半导体激光器单元对应，第三准直透镜组23对第三半导体激光器叠阵13中对应的半导体激光器单元进行准直；第四准直透镜组24与第四半导体激光器叠阵14中的半导体激光器单元对应，第四准直透镜组24对第四半导体激光器叠阵14中对应的半导体激光器单元进行准直。

具体地，主合束组件40包括第一梯形棱镜41、第二梯形棱镜42、后级反射镜43、及方形棱镜44；第一梯形棱镜41设有第一外倾斜面、第一内倾斜面、第一宽底面、及第一窄底面；第一准直光束L1、第二准直光束L2从第一梯形棱镜41的第一宽底面入射第一梯形棱镜41；第一准直光束L1经第一梯形棱镜41的第一外倾斜面及第一内倾斜面反射；第二准直光束L2透射第一梯形棱镜41的第一内倾斜面，然后与第一准直光束L1合束形成第五准直光束L5。具体地，为使光斑均匀性好，同时降低光积参，第一准直光束L1、第二准直光束L2发生共轴合束。

第二梯形棱镜42设有第二外倾斜面、第二内倾斜面、第二宽底面、及第二窄底面；第三准直光束L3、第四准直光束L4从第二梯形棱镜42的第二宽底面入射第二梯形棱镜42；第四准直光束L4经第二梯形棱镜42的第二外倾斜面及第二内倾斜面反射；第三准直光束L3透射第一梯形棱镜41的第二内倾斜面，然后与第三准直光束L3合束形成第六准直光束L6。具体地，为使光斑均匀性好，同时降低光积参，第三准直光束L3、第四准直光束L4发生共轴合束。

方形棱镜44内设有第三内倾斜面；第五准直光束L5经后级反射镜43反射镜反射后入射至方形棱镜44，并在方形棱镜44的第三内倾斜面上发生反射；第六准直光束L6透射方形棱镜44的第三内倾斜面，然后与第五准直光束L5合束为输出准直光束Ln。具体地，为使光斑均匀性好，同时降低光积参，第五准直光束L5、第六准直光束L6发生共轴合束。

输出准直光束Ln经聚焦透镜51聚焦到输出光纤52的一端，从而实现与输出光纤52之间的耦合。

具体地，方形棱镜44为偏振分光棱镜；后级反射镜43相对第一梯形棱镜41的第一窄底面呈45度设置；第五准直光束L5垂直入射方形棱镜44；方形棱镜44的第三内倾斜面与后级反射镜43平行设置。

为减少半导体激光器光纤耦合系统100的占用空间，第一准直光束L1及第二准直光束L2垂直入射第一梯形棱镜41的第一宽底面；第一梯形棱镜41的第一外倾斜面及第一内倾斜面平行设置，第一梯形棱镜41的第一外倾斜面与第一梯形棱镜41的第一宽底面之间的锐角为45度。

具体地，方形棱镜44与第二梯形棱镜42的第二窄底面对应设置。第二梯形棱镜42、方形棱镜44、及聚焦透镜51设置在同一直线上。

为使第五准直光束L5具有单偏振特性，以降低光能损失，提高输出激光功率，第一梯形棱镜41为偏振分光棱镜。

第三准直光束L3及第四准直光束L4垂直入射第二梯形棱镜41的第二宽底面；第二梯形棱镜42的外倾斜面及第二内倾斜面平行设置，第二梯形棱镜42的外倾斜面与第二梯形棱镜42的第二宽底面之间的锐角为45度。

为使第六准直光束L6具有单偏振特性，以降低光能损失，提高输出激光功率，第二梯形棱镜42为偏振分光棱镜。

具体地，反射组件包括若干第一反射镜31、及若干第二反射镜32；每一第一反射镜31与一第一准直透镜组21对应；第一反射镜31的位置与对应的第一准直透镜组21及第一梯形棱镜41的第一宽底面对应设置；第一准直透镜组21准直后的近似准直光束经对应的第一反射镜31反射后，透射过对应的第一反射镜31与第一梯形棱镜41之间的其它第一反射镜31，并依次与经其它第一反射镜31反射的近似准直光束合束，最终合束成第一准直光束L1。

每一第二反射镜32与一第二准直透镜组22对应；第二反射镜32的位置与对应的第二准直透镜组22及第一梯形棱镜41的第一宽底面对应设置；第二准直透镜组22准直后的近似准直光束经对应的第二反射镜32反射后，透射过对应的第二反射镜32与第一梯形棱镜41之间的其它第一反射镜31，并依次与经其它第二反射镜32反射的近似准直光束合束，最终合束成第二准直光束L2。

各第一反射镜31之间间隔设置，经过第二准直透镜组22的近似准直光束从第一反射镜31之间的间隙穿过；各第二反射镜32之间间隔设置，经过第一准直透镜组21的近似准直光束从第二反射镜32之间的间隙穿过。

反射组件还包括若干第三反射镜33、及若干第四反射镜34；每一第三反射镜33与一第三准直透镜组23对应；第三反射镜33的位置与对应的第三准直透镜组23及第二梯形棱镜42的第二宽底面对应设置；第三准直透镜组23准直后的近似准直光束经对应的第三反射镜33反射后，透射过对应的第三反射镜33与第二梯形棱镜42之间的其它第三反射镜33，并依次与经其它第三反射镜33反射的近似准直光束合束，最终合束成第三准直光束L3。

每一第四反射镜34与一第四准直透镜组24对应；第四反射镜34的位置与对应的第四准直透镜组24及第二梯形棱镜42的第二宽底面对应设置；第四准直透镜组24准直后的近似准直光束经对应的第四反射镜34反射后，透射过对应的第四反射镜34与第二梯形棱镜42之间的其它第四反射镜34，并依次与经其它第四反射镜34反射的近似准直光束合束，最终合束成第四准直光束L4。

各第三反射镜33之间间隔设置，经过第四准直透镜组24的近似准直光束从第三反射镜33之间的间隙穿过；各第四反射镜34之间间隔设置，经过第三准直透镜组23的近似准直光束从第四反射镜34之间的间隙穿过。

具体地，为减少半导体激光器光纤耦合系统100占用空间的同时保证散热性能，第一半导体激光器叠阵11与第二半导体激光器叠阵12相邻且平行设置；第一半导体激光器叠阵11中的半导体激光器单元与第二半导体激光器叠阵12中的半导体激光器单元错位设置。

第三半导体激光器叠阵13与第四半导体激光器叠阵14相邻且平行设置；第三半导体激光器叠阵13中的半导体激光器单元与第四半导体激光器叠阵14中的半导体激光器单元错位设置。

本实施例中，半导体激光器光纤耦合系统通过主合束组件，使第一准直光束、第二准直光束、第三准直光束、及第四准直光束的激光能量聚合在输出准直光束中，从而提升了输出激光的功率密度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于，包括：

光源组件，用于产生激光光线，所述光源组件包括第一半导体激光器叠阵、第二半导体激光器叠阵、第三半导体激光器叠阵、及第四半导体激光器叠阵；所述第一半导体激光器叠阵、所述第二半导体激光器叠阵、所述第三半导体激光器叠阵、及所述第四半导体激光器叠阵分别包含若干半导体激光器单元；

准直组件，用对所述光源组件所产生的激光光线进行准直，所述准直组件包括若干第一准直透镜组、若干第二准直透镜组、若干第三准直透镜组、及若干第四准直透镜组；

反射组件，用于对准直后的近似准直光束进行方向调整及进行合束；所述第一准直透镜组准直后的近似准直光束经所述反射组件反射并合束为第一准直光束；所述第二准直透镜组准直后的近似准直光束经所述反射组件反射并合束为第二准直光束；所述第三准直透镜组准直后的近似准直光束经所述反射组件反射并合束为第三准直光束；所述第四准直透镜组准直后的近似准直光束经所述反射组件反射并合束为第四准直光束；

主合束组件，用于对所述第一准直光束、所述第二准直光束、所述第三准直光束、及所述第四准直光束合束为输出准直光束；及

输出组件，包括聚焦透镜及输出光纤，用于将所述输出准直光束聚焦耦合到所述输出光纤，并通过所述输出光纤进行激光输出。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于，所述主合束组件包括第一梯形棱镜、第二梯形棱镜、后级反射镜及方形棱镜；所述第一梯形棱镜设有第一外倾斜面、第一内倾斜面、第一宽底面、及第一窄底面；所述第一准直光束、所述第二准直光束从所述第一梯形棱镜的第一宽底面入射所述第一梯形棱镜；所述第一准直光束经所述第一梯形棱镜的第一外倾斜面及第一内倾斜面反射；所述第二准直光束透射第一梯形棱镜的第一内倾斜面，然后与所述第一准直光束合束形成第五准直光束；所述第二梯形棱镜设有第二外倾斜面、第二内倾斜面、第二宽底面、及第二窄底面；所述第三准直光束、所述第四准直光束从所述第二梯形棱镜的第二宽底面入射所述第二梯形棱镜；所述第四准直光束经所述第二梯形棱镜的第二外倾斜面及第二内倾斜面反射；所述第三准直光束透射所述第一梯形棱镜的第二内倾斜面，然后与所述第三准直光束合束形成第六准直光束；所述方形棱镜内设有第三内倾斜面；所述第五准直光束经所述后级反射镜反射后入射至所述方形棱镜，并在所述方形棱镜的第三内倾斜面上发生反射；所述第六准直光束透射所述方形棱镜的第三内倾斜面，然后与所述第五准直光束合束为所述输出准直光束。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于，所述第一准直光束及所述第二准直光束垂直入射所述第一梯形棱镜的第一宽底面；所述第一梯形棱镜的第一外倾斜面及第一内倾斜面平行设置，所述第一梯形棱镜的第一外倾斜面与所述第一梯形棱镜的第一宽底面之间的锐角为45度。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于，所述第一梯形棱镜为偏振分光棱镜。

5.根据权利要求2所述的半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于，所述第三准直光束及所述第四准直光束垂直入射所述第二梯形棱镜的第二宽底面；所述第二梯形棱镜的第二外倾斜面及第二内倾斜面平行设置，所述第二梯形棱镜的第二外倾斜面与所述第二梯形棱镜的第二宽底面之间的锐角为45度。

6.根据权利要求5所述的半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于，所述第二梯形棱镜为偏振分光棱镜。

7.根据权利要求2所述的半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于，所述反射组件包括若干第一反射镜、及若干第二反射镜；每一所述第一反射镜与一所述第一准直透镜组对应；所述第一反射镜的位置与对应的所述第一准直透镜组及所述第一梯形棱镜的第一宽底面对应设置；所述第一准直透镜组准直后的近似准直光束经对应的所述第一反射镜反射后，透射过对应的所述第一反射镜与所述第一梯形棱镜之间的其它所述第一反射镜，并依次与经其它所述第一反射镜反射的近似准直光束合束，最终合束成所述第一准直光束；每一所述第二反射镜与一所述第二准直透镜组对应；所述第二反射镜的位置与对应的所述第二准直透镜组及所述第一梯形棱镜的第一宽底面对应设置；所述第二准直透镜组准直后的近似准直光束经对应的所述第二反射镜反射后，透射过对应的所述第二反射镜与所述第一梯形棱镜之间的其它第一反射镜，并依次与经其它所述第二反射镜反射的近似准直光束合束，最终合束成所述第二准直光束。

8.根据权利要求2所述的半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于，所述反射组件包括若干第三反射镜、及若干第四反射镜；每一所述第三反射镜与一所述第三准直透镜组对应；所述第三反射镜的位置与对应的所述第三准直透镜组及所述第二梯形棱镜的第二宽底面对应设置；所述第三准直透镜组准直后的近似准直光束经对应的第三反射镜反射后，透射过对应的第三反射镜与第二梯形棱镜之间的其它第三反射镜，并依次与经其它第三反射镜反射的近视准直光束合束，最终合束成第三准直光束；每一所述第四反射镜与一所述第四准直透镜组对应；所述第四反射镜的位置与对应的所述第四准直透镜组及所述第二梯形棱镜的第二宽底面对应设置；所述第四准直透镜组准直后的近似准直光束经对应的所述第四反射镜反射后，透射过对应的所述第四反射镜与所述第二梯形棱镜之间的其它所述第四反射镜，并依次与经其它所述第四反射镜反射的近似准直光束合束，最终合束成所述第四准直光束。

9.根据权利要求1所述的半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于，所述第一半导体激光器叠阵与所述第二半导体激光器叠阵相邻且平行设置；所述第一半导体激光器叠阵中的半导体激光器单元与所述第二半导体激光器叠阵中的半导体激光器单元错位设置。

10.根据权利要求1所述的半导体激光器光纤耦合系统，其特征在于，所述第三半导体激光器叠阵与所述第四半导体激光器叠阵相邻且平行设置；所述第三半导体激光器叠阵中的半导体激光器单元与所述第四半导体激光器叠阵中的半导体激光器单元错位设置。