CN211151052U - 一种激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光技术领域，公开了一种激光器，包括基板、多个第一芯片、多个第二芯片、多个第一耦合组件、多个第二耦合组件、合束器和光纤。基板设置有呈阶梯状分布的第一台阶和第二台阶，第一台阶和第二台阶相对设置。第一芯片和第二芯片呈两排间隔交错梯度分布在第一台阶上，第一耦合组件和第二耦合组件呈两排间隔交错梯度分布在第二台阶上。第一耦合组件将第一芯片所发出的光线耦合成成第一光束，第二耦合组件将第二芯片所发出的光线耦合第二光束。第一光束和第二光束经合束部，以合束成第三光束，光纤用于接收第三光束。通过上述布局方式，本实用新型具有结构紧凑和光路简单的优点。

Description

一种激光器

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种激光器。

背景技术

激光器是将电能转化为光能的一种设备，一般以光纤作为激光的增益介质，以激光传输信息，通常应用于激光光纤通讯和激光空间远距通讯等。

本实用新型发明人在实现本实用新型的过程中，发现：目前，激光器结构复杂，需对光路做旋转、准直、扩束、合束和压束等一系列复杂整形处理后，光线才能聚焦到光纤中。

实用新型内容

本实用新型实施例主要解决的技术问题是提供一种激光器，具有结构紧凑和光路简洁的优点。

本实用新型解决其技术问题采用以下技术方案：

一种激光器，包括：

基板，包括第一阶梯部和第二阶梯部，所述第一阶梯部包括多个呈阶梯状分布的第一台阶，所述第二阶梯部包括多个呈阶梯状分布的第二台阶，所述多个第一台阶和所述多个第二台阶分别相对设置；

多个第一芯片，分别设置于所述多个第一台阶上；

多个第二芯片，分别设置于所述多个第一台阶上，每个所述第一台阶上的所述第一芯片和所述第二芯片前后平行交错布置，并且指向相同；

多个第一耦合组件，分别设置于所述多个第二台阶上，并且一所述第一耦合组件与一所述多个第一芯片相对设置，所述多个第一耦合组件用于将所述多个第一芯片所发出的光线耦合成第一光束；

多个第二耦合组件，分别设置于所述多个第二台阶上，并且一所述第二耦合组件分别与一所述多个第二芯片相对设置，所述多个第二耦合组件用于将所述多个第二芯片所发出的光线耦合成第二光束，所述每个第二台阶上的所述第一耦合组件和所述第二耦合组件前后平行交错布置；

合束部，用于接收所述第一光束和所述第二光束，并将所述第一光束和所述第二光束合束，以形成第三光束；

光纤，用于接收并传输所述第三光束。

对于上述技术方案的进一步改进，每个所述第一耦合组件均包括第一快轴准直透镜、第一慢轴准直透镜和第一反射镜，所述第一芯片所发出的光线先经过所述第一快轴准直透镜，再经过所述第一慢轴准直透镜分别准直后，然后通过所述第一反射镜反射并形成所述第一光束。

对于上述技术方案的进一步改进，每个所述第二耦合组件均包括第二快轴准直透镜、第二慢轴准直透镜和第二反射镜，所述第二芯片所发出的光线先经过所述第二快轴准直透镜，再经过所述第二慢轴准直透镜分别准直后，然后通过所述第二反射镜反射并形成所述第二光束。

对于上述技术方案的进一步改进，所述合束部包括偏振合束器和反射片，

所述偏振合束器包括第一入射面和第二入射面，所述第一入射面朝向所述第二反射镜，所述第一入射面用于接收所述第二光束；

所述反射片和所述第二入射面成锐角设置，所述反射片朝向所述第一反射镜，所述反射片用于将所述第一光束反射至所述第二入射面，所述第二入射面用于接收所述第一光束。

对于上述技术方案的进一步改进，所述合束部还包括半波片，所述半波片位于所述第二入射面与所述反射片之间，所述半波片平行于所述第二入射面。

对于上述技术方案的进一步改进，还包括滤波片，所述滤波片设置于所述合束部光线出口处，所述滤波片用于对所述第三光束进行滤波。

对于上述技术方案的进一步改进，所述滤波片为防1064nm激光穿透的滤波片。

对于上述技术方案的进一步改进，所述多个第一芯片和所述多个第二芯片经铰链式的导电线依次交错串联。

对于上述技术方案的进一步改进，还包括聚焦部，所述聚焦部位于所述滤波片和所述光纤之间，用于对所述第三光束进行聚焦。

对于上述技术方案的进一步改进，每个所述第一台阶之间的第一高度差相等，所述第一高度差大于所述第一芯片所发出的光线经过第一快轴准直透镜准直后的垂直宽度，所述第一高度差大于所述第二芯片所发出的光线经过第二快轴准直透镜准直后的垂直宽度；

每个所述第二台阶之间的第二高度差相等，所述第二高度差大于所述第一芯片所发出的光线经过第一快轴准直透镜准直后的垂直宽度，所述第二高度差大于所述第二芯片所发出的光线经过第二快轴准直透镜准直后的垂直宽度。

本实用新型实施例的有益效果：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例提供的激光器，通过在基板上设置多个呈阶梯状分布的第一台阶和多个呈阶梯状分布的第二台阶，多个第一台阶和多个第二台阶分别相对设置。多个第一芯片分别设置于多个第一台阶上，多个第二芯片分别设置于多个第一台阶上，并且每个第一台阶上的第一芯片和第二芯片前后交错布置，指向相同。多个第一耦合组件分别设置于多个第二台阶上，并且一第一耦合组件与一第一芯片相对设置，多个第一耦合组件用于将所述多个第一芯片所发出的光线耦合成第一光束。多个第二耦合组件分别设置于多个第二台阶上，并且一第二耦合组件与一第二芯片相对设置，多个第二耦合组件用于将多个第二芯片所发出的光线耦合成第二光束，每个第二台阶上的第一耦合组件和所述第二耦合组件前后交错布置，使得第一光束和第二光束不受遮挡，均能在合束部中合并成光纤接收的光束。此种阶梯交错排列方式能够充分利用空间，使得激光器结构紧凑，光路简洁。

附图说明

图1是本实用新型其中一实施例的激光器的立体示意图；

图2是图1中激光器的平面示意图；

图3是图1中激光器的光路合束示意图；

图4是本实用新型其中一实施例的激光器的立体示意图。

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“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

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。本说明书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。

请参阅图1和图2，激光器包括基板10、多个第一芯片20、多个第二芯片30、多个第一耦合组件40、多个第二耦合组件50、合束器60和光纤90。多个第一芯片20发出的光线和多个第二芯片30发出的光线通过合束器60进行合束处理，并耦合至光纤90进行输出。

对于上述基板10，作为激光器的壳体，用于承载其它元件，在本实施例中，基板10为无氧铜，无氧铜为高导热率材料，有利于第一芯片20和第二芯片30的散热。可以理解的是，在其它实施例中，基板10还可以为其它高导热材料。基板10包括第一阶梯部11和第二阶梯部12，第一阶梯部11包括多个呈阶梯状分布的第一台阶111。第二阶梯部12包括多个呈阶梯状分布的第二台阶121，多个第一台阶111和多个第二台阶121分别相对设置。

优选地，多个第一台阶111的形状和尺寸均相同，多个第一台阶111之间的高度差相等。多个第二台阶121的形状和尺寸均相同，多个第二台阶121之间的高度差相等。一第一台阶111和与之对应的一第二台阶121宽度相同，并且一第一台阶111高度大于与之对应的一第二台阶121高度，有利于避免光线受阻。

每个第一台阶111之间的第一高度差相等，并大于第一芯片20所发出的光线经过第一快轴准直透镜41准直后的垂直宽度，同时应大于第二芯片30所发出的光线经过第二快轴准直透镜51准直后的垂直宽度。每个第二台阶121之间的第二高度差相等，并且大于第一芯片20所发出的光线经过第一快轴准直透镜41准直后的垂直宽度，同时应大于第二芯片30所发出的光线经过第二快轴准直透镜51准直后的垂直宽度。通过上述阶梯布置，使得光线全部通过耦合组件，同时，使得结构简洁明了，有利于其他元件的安装。

对于上述多个第一芯片20，分别设置于多个第一台阶111上，多个第一芯片20用于产生所需的光线。在本实施例中，每个第一芯片20设置于与之对应的台阶上，指向与第一台阶111对应的第二台阶121，从而可进一步避免第一芯片20的光线传播受到阻碍。

对于上述多个第二芯片30，其结构与第一芯片20的结构相同，不再详述。多个第二芯片30分别设置于多个第一台阶111上，从而每个第一台阶111上设置有一个第一芯片20和一个第二芯片30。每个第一台阶111上的第一芯片20和第二芯片30前后平行交错布置，并且指向相同，换而言之，每个第一台阶111上的第一芯片20和第二芯片30发出的光线均平行指向对应的第二台阶121，并且第一芯片20和第二芯片30之间的边缘相隔一定距离。在此实施例中，多个第一台阶111为L形，每个第二芯片30设置于与之对应的台阶上，进一步避免第二芯片30的光线传播受到阻碍。

多个第一芯片20和多个第二芯片30经铰链式的导电线依次交错串联，一方面，提高了第一芯片20和第二芯片30的耐压值，降低了电路中的驱动电流，减少了发热，另一方面，每个第一台阶111上的第一芯片20和第二芯片30的间距增大，也将热分散开来，能够提高每个第一芯片20和第二芯片30的寿命和激光器的稳定性。可以理解的是，在一些实施例中，第一芯片20和第二芯片30均可以为半导体激光二极管。

对于上述多个第一耦合组件40，分别设置于多个第二台阶121上，并且一第一耦合组件40与一第一芯片20相对设置，用于将多个第一芯片20所发出的光线耦合成第一光束。在本实施例中，每个第一耦合组件40均包括第一快轴准直透镜41、第一慢轴准直透镜42和第一反射镜43，第一芯片20所发出的光线先经过第一快轴准直透镜41，再经过第一慢轴准直透镜42分别准直后，然后通过第一反射镜43反射并形成第一光束。

对于上述多个第二耦合组件50，分别设置于多个第二台阶121上，并且一第二耦合组件50与一第二芯片30相对设置，用于将多个第二芯片30所发出的光线耦合成第二光束。在本实施例中，每个第二耦合组件50均包括第二快轴准直透镜51、第二慢轴准直透镜52和第二反射镜53，第二芯片30所发出的光线先经过第二快轴准直透镜51，再经过第二慢轴准直透镜52分别准直后，然后通过第二反射镜53反射并形成第二光束。

其中，每个第二台阶121上的第一耦合组件40和第二耦合组件50前后平行交错布置，使得第一耦合组件40和第二耦合组件50的元件分散设置，不阻碍光线，结构简洁。在此实施例中，第一反射镜43和第二反射镜53前后错开，多个第一反射镜43排成一列，提高了第一光束的聚合度，多个第二反射镜53排成另一列，提高了第二光束的聚合度。可以理解的是，第一反射镜43和第二反射镜53还有其他的错开方式，例如根据合束部60具体结构，错开不同的距离。

对于上述合束部60和光纤90，请参阅图3，其中，合束部60用于接收第一光束和第二光束，并将第一光束和第二光束合束，以形成第三光束，然后光纤90接收第三光束。合束部60包括偏振合束器61和反射片63，偏振合束器61包括第一入射面611和第二入射面612，第一入射面611朝向第二反射镜53，用于接收第二光束。反射片63和第二入射面612成锐角设置，并且反射片63朝向所述第一反射镜43，反射片63用于将第一光束反射至第二入射面612，第二入射面612用于接收所述第一光束。

优选地，偏振合束器61的第一入射面611的接收面积大于第二光束的光斑面积，反射片63的接收面积大于第一光束的光斑面积，偏振合束器61的第二入射面612的接收面积大于经反射片63反射的第一光束的光斑面积，从而有效避免光损失，提高了激光器的利用率。

上述合束部60还包括半波片62，半波片62位于第二入射面612与反射片63之间，并且半波片62平行于第二入射面612，用于将第一光束的偏振方向旋转90度，使得第一光束的偏振方向与第二光束的偏振方向垂直正交，有助于偏振光合束器60合束。优选地，半波片62可封装于偏振合束器61中，实现一体化设计。可以理解的是，在一些实施例中，通过设置第一芯片20和第二芯片30，使得第一光束的偏振方向与第二光束的偏振方向本身垂直正交，则可取消半波片62，从而第一光束和经反射的第二光束直接在偏振合束器61中合束成第三光束。

上述激光器还包括滤波片70，设置于合束部60光线出口处，滤波片70用于对第三光束进行滤波，对第三光束所需波长范围以外的光进行过滤排除，从而消除干扰。具体而言，在一些实施例中，滤波片70为防1064nm激光穿透的滤波片70，以避免第一芯片20和第二芯片30泵浦激发的1064nm激光沿原路返回损伤第一芯片20和第二芯片30。可以理解的是，在一些实施例中，若第一光束和第二光束波长均匀，稳定无杂波，可取消滤波片70。

上述激光器还包括聚焦部80，聚焦部80位于滤波片70和光纤90之间，用于对第三光束进行聚焦，提高第三光束强度，减少衰减，使得全部光线均被光纤90接收，提高了光利用率。可以理解的是，在一些实施例中，如果对第三光束强度要求不严格，可以取消聚焦部80，第三光束直接被光纤90接收。

可以理解的是，在一些实施例中，每个第一台阶111上的第一芯片20和第二芯片30的前后交错位置可以互换，对应地，每个第二台阶121上的第一耦合组件40和第二耦合组件的前后交错位置也可以互换，对光线不会产生影响。

如图4所示，多个第一芯片20位于第一排，多个第二芯片30位于第二排。多个第二芯片30更靠近第二台阶121，对应地，多个第二耦合组件50更加远离第一台阶111，合束部60、滤波片70和聚焦部80与上述实施例中保持一致。在此实施例中，偏振器61的第一入射面611朝向第一反射镜43，用于接收第一光束。反射片63朝向所述第二反射镜53，反射片63用于将第二光束反射至第二入射面612，第二入射面612用于接收所述第二光束。

在一些实施例中，基板10还设置有散热通道(图未示)和若干个连接孔。散热通道位于第一芯片和第二芯片的下方，若干个连接孔的一端均与散热通道连通，连接孔的另一端位于第一台阶上，并且一第一台阶具有两个连接孔。

激光器包括散热组件(图未示)。散热组件包括散热条(图未示)、导热柱(图未示)和导热片(图未示)。导热柱和导热片的数量为多个，导热片设置于第一阶梯部，并且一第一台阶设置有两个导热片，一导热片承载该第一台阶上的第一芯片，另一导热片承载该第一台阶上的第二芯片。所有导热柱的一端均与散热条连接，一导热柱的另一端穿过一连接孔之后与一导热片连接。散热条悬空设置于散热通道内，散热通道的一端用于供冷却介质进入，另一端供冷却介质输出。第一芯片和第二芯片在工作时所产生的热量通过导热片和导热柱传递至散热条上，散热条的热量通过从散热通道中通过的冷却介质带走，实现对散热条进行散热，从而实现对第一芯片和第二芯片进行散热。

在一些实施例中，导热片和散热条的横截面的面积大于连接孔横截面的面积，从而实现散热条悬空设置于散热通道内。当然，散热条悬也可以通过其它方式悬空设置在散热通道内，例如:通过固定装置进行固定。可选的，导热柱横截面的面积与连接孔横截面的面积也相同。

在一些实施例中，冷却介质可以水，则激光器包括水箱和水泵。水箱设置有回水口和出水口，回水口与散热通道的一端连接，水泵分别与出水口和散热通道的另一端连接。水箱内装载有水，通过水泵所提供的动力，实现水箱内的水在水箱和散热通道中循环，实现对第一芯片和第二芯片进行水冷散热。

为了提高水冷散热的效果，还可以在散热条的外表面设置螺旋槽，实现水流环绕散热条螺旋流动。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过在基板10上设置多个呈阶梯状分布的第一台阶111和多个呈阶梯状分布的第二台阶121，多个第一台阶111和多个第二台阶121分别相对设置。多个第一芯片20分别设置于多个第一台阶111上，多个第二芯片30分别设置于多个第一台阶111上，并且每个第一台阶111上的第一芯片20和第二芯片30前后交错布置，指向相同。多个第一耦合组件40分别设置于多个第二台阶121上，并且一第一耦合组件40与一第一芯片20相对设置，多个第一耦合组件40用于将所述多个第一芯片20所发出的光线耦合成第一光束。多个第二耦合组件50分别设置于多个第二台阶121上，并且一第二耦合组件50与一第二芯片30相对设置，多个第二耦合组件50用于将多个第二芯片30所发出的光线耦合成第二光束，每个第二台阶121上的第一耦合组件40和所述第二耦合组件50前后交错布置，使得第一光束和第二光束不受遮挡，均能在合束部60中合并成光纤接收的光束。此种阶梯交错排列方式能够充分利用空间，使得激光器结构紧凑，光路简洁。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，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。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光器，其特征在于，包括：

基板(10)，包括第一阶梯部(11)和第二阶梯部(12)，所述第一阶梯部(11)包括多个呈阶梯状分布的第一台阶(111)，所述第二阶梯部(12)包括多个呈阶梯状分布的第二台阶(121)，所述多个第一台阶(111)和所述多个第二台阶(121)分别相对设置；

多个第一芯片(20)，分别设置于所述多个第一台阶(111)上；

多个第二芯片(30)，分别设置于所述多个第一台阶(111)上，每个所述第一台阶(111)上的所述第一芯片(20)和所述第二芯片(30)前后平行交错布置，并且指向相同；

多个第一耦合组件(40)，分别设置于所述多个第二台阶(121)上，并且一所述第一耦合组件(40)与一所述第一芯片(20)相对设置，所述多个第一耦合组件(40)用于将所述多个第一芯片(20)所发出的光线耦合成第一光束；

多个第二耦合组件(50)，分别设置于所述多个第二台阶(121)上，并且一所述第二耦合组件(50)与一所述第二芯片(30)相对设置，所述多个第二耦合组件(50)用于将所述多个第二芯片(30)所发出的光线耦合成第二光束，所述每个第二台阶(121)上的所述第一耦合组件(40)和所述第二耦合组件(50)前后平行交错布置；

合束部(60)，用于接收所述第一光束和所述第二光束，并将所述第一光束和所述第二光束合束，以形成第三光束；

光纤(90)，用于接收并传输所述第三光束。

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，每个所述第一耦合组件(40)均包括第一快轴准直透镜(41)、第一慢轴准直透镜(42)和第一反射镜(43)，所述第一芯片(20)所发出的光线先经过所述第一快轴准直透镜(41)，再经过所述第一慢轴准直透镜(42)分别准直后，然后通过所述第一反射镜(43)反射并形成所述第一光束。

3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，每个所述第二耦合组件(50)均包括第二快轴准直透镜(51)、第二慢轴准直透镜(52)和第二反射镜(53)，所述第二芯片(30)所发出的光线先经过所述第二快轴准直透镜(51)，再经过所述第二慢轴准直透镜(52)分别准直后，然后通过所述第二反射镜(53)反射并形成所述第二光束。

4.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述合束部(60)包括偏振合束器(61)和反射片(63)，

所述偏振合束器(61)包括第一入射面(611)和第二入射面(612)，所述第一入射面(611)朝向所述第二反射镜(53)，所述第一入射面(611)用于接收所述第二光束；

所述反射片(63)和所述第二入射面(612)成锐角设置，所述反射片(63)朝向所述第一反射镜(43)，所述反射片(63)用于将所述第一光束反射至所述第二入射面(612)，所述第二入射面(612)用于接收所述第一光束。

5.根据权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述合束部(60)还包括半波片(62)，所述半波片(62)位于所述第二入射面(612)与所述反射片(63)之间，所述半波片(62)平行于所述第二入射面(612)。

6.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，还包括滤波片(70)，所述滤波片(70)设置于所述合束部(60)光线出口处，所述滤波片(70)用于对所述第三光束进行滤波。

7.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述滤波片(70)为防1064nm激光穿透的滤波片(70)。

8.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述多个第一芯片(20)和所述多个第二芯片(30)经铰链式的导电线依次交错串联。

9.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，还包括聚焦部(80)，所述聚焦部(80)位于所述滤波片(70)和所述光纤(90)之间，用于对所述第三光束进行聚焦。

10.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，每个所述第一台阶(111)之间的第一高度差相等，所述第一高度差大于所述第一芯片(20)所发出的光线经过第一快轴准直透镜(41)准直后的垂直宽度，所述第一高度差大于所述第二芯片(30)所发出的光线经过第二快轴准直透镜(51)准直后的垂直宽度；

每个所述第二台阶(121)之间的第二高度差相等，所述第二高度差大于所述第一芯片(20)所发出的光线经过第一快轴准直透镜(41)准直后的垂直宽度，所述第二高度差大于所述第二芯片(30)所发出的光线经过第二快轴准直透镜(51)准直后的垂直宽度。

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