CN210490074U - 半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提出一种半导体激光器，其包括出光单元、光束耦合单元和光纤。出光单元包括激光芯片、快轴准直透镜和准直反射镜，快轴准直透镜设置于激光芯片的出光方向上，准直反射镜包括第一反射面，第一反射面为弯曲面，第一反射面设置于快轴准直透镜的出光方向上，激光芯片用于发射激光束，快轴准直透镜用于对激光束进行折射并准直，第一反射面用于对激光束进行反射并准直；光束耦合单元设置于第一反射面的反射方向上，光束耦合单元用于对激光束进行耦合；光纤与光束耦合单元的耦合点重合设置，光纤用于引导并输出耦合后的激光束。通过以上设置，可降低激光束在传播过程中的能量损失，从而提高了半导体激光器的输出功率。

Description

半导体激光器

技术领域

本实用新型实施例涉及激光技术领域，具体地，涉及一种半导体激光器。

背景技术

随着科学技术的进步，市场对光纤耦合半导体激光器的功率的要求越来越高。传统的半导体激光器内的激光芯片所发出的激光束经过快轴准直透镜和慢轴准直透镜后，激光束在传输过程中会出现能量损失，从而导致半导体激光器的输出功率降低。

实用新型内容

本实用新型实施例旨在提出一种半导体激光器，可解决现有技术中光束在传输过程中出现能量损失的技术问题。

本实用新型实施例采用以下技术方案：

提供一种半导体激光器，所述半导体激光器包括：

出光单元，所述出光单元包括激光芯片、快轴准直透镜和准直反射镜，所述快轴准直透镜设置于所述激光芯片的出光方向上，所述准直反射镜包括第一反射面，所述第一反射面为弯曲面，所述第一反射面设置于所述快轴准直透镜的出光方向上，所述激光芯片用于发射激光束，所述快轴准直透镜用于对激光束进行折射并准直，所述第一反射面用于对激光束进行反射并准直；

光束耦合单元，所述光束耦合单元设置于所述第一反射面的反射方向上，所述光束耦合单元用于对激光束进行耦合；

光纤，所述光纤与所述光束耦合单元的耦合点重合设置，所述光纤用于引导并输出耦合后的激光束；其中，

所述激光芯片发出的激光束依次经过所述快轴准直透镜、准直反射镜、光束耦合单元和光纤。

在一些实施例中，至少两个所述出光单元呈阶梯状设置，所述光束耦合单元设置于所有所述出光单元的第一反射面的反射方向上。

在一些实施例中，所述光束耦合单元包括聚焦反射镜，所述聚焦反射镜包括第二反射面，所述第二反射面为非球形的曲面,所述第二反射面设置于所述第一反射面的反射方向上，所述第二反射面用于对激光束进行反射并耦合。

在一些实施例中，所述第二反射面为自由曲面。

在一些实施例中，所述光束耦合单元还包括转折镜，所述转折镜设置于所述第二反射面的反射方向上，所述转折镜用于对激光束进行反射，以改变激光束的方向和耦合点位置。

在一些实施例中，所述光束耦合单元包括快轴聚焦反射镜和慢轴聚焦反射镜，所述快轴聚焦反射镜设置于所述第一反射面的反射方向上，所述慢轴聚焦反射镜设置于所述快轴聚焦反射镜的反射方向上，所述快轴聚焦反射镜用于对激光束进行反射并在快轴方向上进行第一次聚焦，所述慢轴聚焦反射镜用于对激光束进行反射并在慢轴方向上进行第二聚焦。

在一些实施例中，所述光束耦合单元包括偏振合束器、偏振片和聚焦反射镜，所述偏振合束器包括第一入射面和第二入射面，所述偏振片贴设于所述第一入射面，至少两个所述出光单元的一部分所述出光单元所发射的激光束经过所述偏振片入射至第一入射面，至少两个所述出光单元的另一部分所述出光单元所发射的激光束入射至所述第二入射面，所述聚焦反射镜位于所述偏振合束器的出光方向上。

在一些实施例中，所述光束耦合单元还包括偏转反射镜，所述偏转反射镜设置于部分所述出光单元的第一反射面的反射方向上，所述偏转反射镜用于将激光束反射至所述偏振片。

在一些实施例中，所述光束耦合单元包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设置于所述第一反射面的反射方向上，所述聚焦透镜用于对激光束进行折射并耦合。

在一些实施例中，还包括封装壳体，所述出光单元和所述光束耦合单元均安装于所述封装壳体的内部，所述光纤固定于所述封装壳体，并且所述光纤的一端容置于所述壳体的内部，所述光纤的另一端外置于所述壳体的外部。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的半导体激光器包括出光单元、光束耦合单元和光纤。出光单元包括激光芯片、快轴准直透镜和准直反射镜，快轴准直透镜设置于激光芯片的出光方向上，准直反射镜包括第一反射面，第一反射面为弯曲面，第一反射面设置于快轴准直透镜的出光方向上，激光芯片用于发射激光束，快轴准直透镜用于对激光束进行折射并准直，第一反射面用于对激光束进行反射并准直，通过用准直反射镜代替传统的半导体激光器中的慢轴准直透镜及平面反射镜，其光能损失仅相当于平面反射镜的一次反射所造成的光能损失，可避免激光束经过慢轴准直透镜时，部分激光束被慢轴准直透镜的界面反射和被慢轴准直透镜的介质吸收而造成损失；光束耦合单元设置于第一反射面的反射方向上，光束耦合单元用于对激光束进行耦合；光纤与光束耦合单元的耦合点重合设置，光纤用于引导并输出耦合后的激光束。通过以上设置，可降低激光束在传播过程中的能量损失，从而提高了半导体激光器的输出功率。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型其中一实施例提供的一种半导体激光器的结构示意图；

图2是图1所示的出光单元的结构示意图；

图3是图1所示的半导体激光器的另一角度示意图；

图4是图1所示的部分结构的示意图；

图5是本实用新型其中一实施例提供的一种半导体激光器的部分结构示意图；

图6是本实用新型其中一实施例提供的一种半导体激光器的部分结构示意图；

图7是本实用新型其中一实施例提供的一种半导体激光器的部分结构示意图；

图8是本实用新型其中一实施例提供的一种半导体激光器的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“垂直的”、“水平的”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书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。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，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1，本实用新型实施例提供一种半导体激光器100，该半导体激光器100用于输出激光束，其包括出光单元10、光束耦合单元20和光纤30，其中，出光单元10用于发射经准直处理后的激光束，光束耦合单元20将准直处理后的激光束进行耦合并入射至光纤30，光纤30引导并输出耦合后的激光束，使得激光束可沿预设方向作用于目标物体。

具体的，出光单元10包括激光芯片11、快轴准直透镜12和准直反射镜13。快轴准直透镜12设置于激光芯片11的出光方向上。准直反射镜13包括第一反射面(图未示)，第一反射面为弯曲面，第一反射面设置于快轴准直透镜12的出光方向上。激光芯片11用于发射激光束。快轴准直透镜12用于对由激光芯片11发出的激光束进行折射并准直，也即快轴准直透镜12用于实现激光束在快轴方向上的整形处理。第一反射面用于对由快轴准直透镜12折射出的激光束进行反射并准直，也即第一反射面用于实现激光束在慢轴方向上的整形处理，使得经过第一反射面反射出的激光束的光路可偏转第一预设角度。光束耦合单元20设置于第一反射面的反射方向上，光束耦合单元20用于对由第一反射面反射出的激光束进行耦合并入射至光纤30。光纤30与光束耦合单元20的耦合点重合设置，也即光束耦合单元20将激光束聚成一点并将该点输入光纤30,光纤30用于对由光束耦合单元20耦合后的激光束进行引导并输出。其中，激光芯片11发出的激光束依次经过快轴准直透镜12、准直反射镜13、光束耦合单元20和光纤30，并且激光束沿光纤30的长度方向输出而作用于目标物体。

在本实施例中，半导体激光器100还包括封装壳体40，封装壳体40的内部设置有容置腔41，出光单元10和光束耦合单元20均安装于容置腔41，光纤30固定于封装壳体40，并且光纤30的一端容置于容置腔41，光纤30的另一端外置于封装壳体的外部，以允许激光束从封装壳体40的内部向外射出。其中，光纤30可为柱状。

在本实施例中，准直反射镜13的第一反射面为弯曲面，其可将入射的激光束的光路偏转90°反射出去，也即第一预设角度优选为90°。当然，第一反射面的曲率可以根据实际需要设定。可以理解的是，第一反射面可以是弧形面，第一反射面也可以是沿离轴抛物线为中轴线向两边延伸的曲面，在此，以后者为例进行说明，具体请参阅图2，其中，虚线即代表第一反射面对应的抛物线。激光芯片11的发射端设置于抛物线的焦点，激光芯片11发射的激光束经过快轴准直透镜12反射后，激光束呈平行于抛物线对称轴的方向射出。可以理解的是，通过用准直反射镜13代替传统的半导体激光器中的慢轴准直透镜及平面反射镜，其光能损失仅相当于平面反射镜的一次反射所造成的光能损失，可避免激光束经过慢轴准直透镜时，部分激光束被慢轴准直透镜的界面反射和被慢轴准直透镜的介质吸收而造成损失，降低了激光束在传播过程中的能量损失，从而提高了半导体激光器100的输出功率。需要说明的是，传统的半导体激光器中采用慢轴准直透镜对激光束进行慢轴方向上的准直，同时还需予慢轴准直透镜配置一个相对应的平面反射镜，该平面反射镜用于实现慢轴准直透镜发出的激光束的光路偏转，激光束在经过慢轴准直透镜和平面反射镜时会损失一部分能量。

在一些实施例中，至少两个出光单元10呈阶梯状设置，光束耦合单元20设置于所有出光单元10的第一反射面的反射方向上。

请参阅图3，具体的，封装壳体40的内部设置有凸台42，凸台42呈阶梯状设置，相邻两个台阶面之间呈预设的高度差设置，远离光束耦合单元20的一个台阶面相较靠近光束耦合单元20的一个台阶面较高。一个出光单元10对应安装于凸台42的一个台阶面，也即一个台阶面设置有一个激光芯片11、一个快轴准直透镜12和一个准直反射镜13，以允许每一个出光单元10所发射出的激光束可相互错开，并且所有出光单元10可在进行空间上的叠加而入射至光束耦合单元20，使得半导体激光器100可耦合多个发光源发出的激光束，大大增加了半导体激光器100的输出功率。可以理解的是，出光单元10的数量可以根据实际需要选择，例如，两个或两个以上，在本实施例中，出光单元10的数量为五个，并且光束耦合单元20设置于与其相靠近一个台阶面。

请复参图1，在本实施例中，光束耦合单元20包括聚焦反射镜21，聚焦反射镜21包括第二反射面(图未示)，第二反射面为非球形的曲面,第二反射面设置于第一反射面的反射方向上，第二反射面用于对由第一反射面反射出的激光束进行反射并耦合，也即第二反射面用于实现激光束在快轴方向和慢轴方向上的综合聚焦，使得经过第二反射面反射出的激光束的光路可偏转第二预设角度。

具体的，第二反射面为非球形的曲面，其可将入射的激光束的光路偏转90°反射出去并聚焦，也即第二预设角度优选为90°。当然，第二反射面的形状可以根据实际需要设置，例如，自由曲面或离轴抛物面，在此，以离轴抛物面为例进行说明，具体请参阅图4，其中，虚线即代表第二反射面对应的抛物面的一截面，可以看出，该截面为一抛物线。光纤30的入射端设置于抛物面的焦点，第一反射面反射出的激光束经过第二反射面反射后，激光束呈垂直于抛物线对称轴的方向射出并耦合至光纤30的入射端。可以理解的是，通过用设置聚焦反射镜21，使得光束耦合单元20对不同波长的激光束的焦距和像差相同，也即该聚焦反射镜21可以应用于不同波长激光束的聚焦，以减少光学物料种类，同时，还可以实现单一的半导体激光器100内的不同出光单元10发射波长跨度较大的激光，例如，450nm和976nm，其中，不同波长的激光束可同时输出也可以切换输出。优选地，第二反射面为自由曲面，以减少第二反射面的球差，进而提高光束耦合单元20的耦合效率。

请参阅图5，在一些实施例中，光束耦合单元20还包括转折镜22，转折镜22设置于第二反射面的反射方向上，转折镜22用于对由第二反射面反射出的激光束进行反射，以改变激光束的方向和耦合点位置。其中，转折镜22可将入射的激光束的光路偏转90°反射至光纤30。

请参阅图6，在一些实施例中，光束耦合单元20包括快轴聚焦反射镜21a和慢轴聚焦反射镜22a，快轴聚焦反射镜21a设置于第一反射面的反射方向上，慢轴聚焦反射镜22a设置于快轴聚焦反射镜21a的反射方向上。快轴聚焦反射镜21a用于对由第一反射面反射出的激光束进行反射并在快轴方向上进行第一次聚焦，具体的，快轴聚焦反射镜21a将激光束沿垂直于纸面的方向聚焦至慢轴聚焦反射镜22a。慢轴聚焦反射镜22a用于对由快轴聚焦反射镜21a反射出的激光束进行反射并在慢轴方向上进行第二次聚焦，具体的，慢轴聚焦反射镜22a将激光束沿平行于纸面的方向聚焦至光纤30。其中，快轴聚焦反射镜21a可将入射的激光束的光路偏转90°反射至慢轴聚焦反射镜22a，慢轴聚焦反射镜22a可将入射的激光束的光路偏转90°反射至光纤30。请复参图3，需要说明的是，垂直于纸面的方向即为封装壳体40的厚度方向，也即为凸台42的相邻台阶面之间的高度落差方向，平行于纸面的方向即为封装壳体40的上表平面，也即为平行于凸台42的台阶面的方向。

请参阅图7，在一些实施例中，光束耦合单元20包括偏振合束器23、偏振片(图未示)和聚焦反射镜21。偏振合束器23包括第一入射面(图未示)和第二入射面(图未示)，偏振片贴设于第一入射面。聚焦反射镜21位于偏振合束器23的出光方向上。优选地，偏振片为半波片。

至少两个出光单元10所发射的激光束入射至偏振合束器23，至少两个出光单元10的一部分出光单元10所发射的激光束沿第一方向201经过偏振片入射至第一入射面，并且激光束偏转90°射出偏振合束器23。至少两个出光单元10的另一部分出光单元10所发射的激光束沿第二方向202入射至第二入射面，并且激光束呈直线射出偏振合束器23。其中，第一方向201与第二方向202垂直设置，由第一方向201入射的激光束和由第二方向202入射的激光束在偏振合束器23的作用下，共同沿第二方向202耦合入射至聚焦反射镜21的第二反射面，激光束经第二反射面反射并耦合后入射至光纤30的输入端。

进一步地，光束耦合单元20还包括偏转反射镜24，偏转反射镜24设置于部分出光单元10的第一反射面的出光方向上，偏转反射镜24用于将部分出光单元10激光束沿第一方向201反射至偏振片。

在一些实施例中，多个出光单元10呈多排列设置，每一排列中包括至少一个出光单元10，其中，不能直接发射至偏转耦合器的排列可设置对应的一个偏转反射镜24，以使得该排列的出光单元10所发出的激光束偏转至偏振合束器23。通过以上设置，可大大增加半导体激光器100的功率，并且使得半导体激光器100的内部结构合理、紧凑。

请参阅图8，在一些实施例中，光束耦合单元20包括聚焦透镜21c，聚焦透镜21c设置于第一反射面的反射方向上，光纤30的入射端与聚焦透镜21c的焦点重合设置，并且光纤30的长度方向平行于聚焦透镜21c的中轴线设置。聚焦透镜21c用于对第一反射面射入的激光束进行折射并耦合，以使得经过聚焦透镜21c的激光束耦合于光纤30并沿光纤30的长度方向输出。

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；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种半导体激光器，其特征在于，包括：

出光单元，所述出光单元包括激光芯片、快轴准直透镜和准直反射镜，所述快轴准直透镜设置于所述激光芯片的出光方向上，所述准直反射镜包括第一反射面，所述第一反射面为弯曲面，所述第一反射面设置于所述快轴准直透镜的出光方向上，所述激光芯片用于发射激光束，所述快轴准直透镜用于对激光束进行折射并准直，所述第一反射面用于对激光束进行反射并准直；

光束耦合单元，所述光束耦合单元设置于所述第一反射面的反射方向上，所述光束耦合单元用于对激光束进行耦合；

光纤，所述光纤与所述光束耦合单元的耦合点重合设置，所述光纤用于引导并输出耦合后的激光束；其中，

所述激光芯片发出的激光束依次经过所述快轴准直透镜、准直反射镜、光束耦合单元和光纤。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，

至少两个所述出光单元呈阶梯状设置，所述光束耦合单元设置于所有所述出光单元的第一反射面的反射方向上。

3.根据权利要求1或2任一所述的半导体激光器，其特征在于，

所述光束耦合单元包括聚焦反射镜，所述聚焦反射镜包括第二反射面，所述第二反射面为非球形的曲面,所述第二反射面设置于所述第一反射面的反射方向上，所述第二反射面用于对激光束进行反射并耦合。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，

所述第二反射面为自由曲面。

5.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，

所述光束耦合单元还包括转折镜，所述转折镜设置于所述第二反射面的反射方向上，所述转折镜用于对激光束进行反射，以改变激光束的方向和耦合点位置。

6.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于

所述光束耦合单元包括快轴聚焦反射镜和慢轴聚焦反射镜，所述快轴聚焦反射镜设置于所述第一反射面的反射方向上，所述慢轴聚焦反射镜设置于所述快轴聚焦反射镜的反射方向上，所述快轴聚焦反射镜用于对激光束进行反射并在快轴方向上进行第一次聚焦，所述慢轴聚焦反射镜用于对激光束进行反射并在慢轴方向上进行第二次聚焦。

7.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于

所述光束耦合单元包括偏振合束器、偏振片和聚焦反射镜，所述偏振合束器包括第一入射面和第二入射面，所述偏振片贴设于所述第一入射面，至少两个所述出光单元的一部分所述出光单元所发射的激光束经过所述偏振片入射至第一入射面，至少两个所述出光单元的另一部分所述出光单元所发射的激光束入射至所述第二入射面，所述聚焦反射镜位于所述偏振合束器的出光方向上。

8.根据权利要求7所述的半导体激光器，其特征在于

所述光束耦合单元还包括偏转反射镜，所述偏转反射镜设置于部分所述出光单元的第一反射面的反射方向上，所述偏转反射镜用于将激光束反射至所述偏振片。

9.根据权利要求1或2任一所述的半导体激光器，其特征在于，

所述光束耦合单元包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设置于所述第一反射面的反射方向上，所述聚焦透镜用于对激光束进行折射并耦合。

10.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于

还包括封装壳体，所述出光单元和所述光束耦合单元均安装于所述封装壳体的内部，所述光纤固定于所述封装壳体，并且所述光纤的一端容置于所述壳体的内部，所述光纤的另一端外置于所述壳体的外部。

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