CN211180308U - 一种大功率脉冲尾纤激光器组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种大功率脉冲尾纤激光器组件，包括TO底座、双芯片激光器组件、TO管帽、自聚焦透镜和光纤组件；双芯片激光器组件固定设置在TO底座的一端；双芯片激光器组件包括一成对设置的半导体激光器芯片，两个半导体激光器芯片的发光部互相抵持且出光方向一致；双芯片激光器组件的激光通路上依次设置有TO管帽、自聚焦透镜和光纤组件；自聚焦透镜和光纤组件均相对于TO底座固定设置；两个半导体激光器芯片发出的激光经过TO管帽后经自聚焦透镜聚焦后耦合进入光纤组件中。本实用新型通过在TO底座上将两个半导体激光器芯片组合，使其发光部同时发出的激光经耦合进入光纤后，提高耦合输出功率。

Description

一种大功率脉冲尾纤激光器组件

技术领域

本实用新型涉及半导体激光器设备技术领域，尤其涉及一种大功率脉冲尾纤激光器组件。

背景技术

大功率半导体激光器具有高可靠性和高稳定性，已广泛应用于光存储、光通讯、国防、工业和医疗等领域，其输出激光波长为635—1653nm，功率可调范围大。在大多数应用环境中，大功率激光器的可靠性是一个决定性因素，直接关系到激光器的品质。

常见的半导体激光器TO封装结构的出光管帽的出光侧自带聚焦透镜，可以对其发出的激光进行聚焦后向外射出。半导体激光器的输出端通常需要与光纤进行耦合，是在半导体激光器出光一侧设置同轴的光纤，使得激光发出的光耦合进光纤中。现在激光器大多采用的是单芯片的激光器，单芯片激光器的输出功率比较小，导致器件整体存在出光功率小的不足。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种能够提高半导体激光器出纤功率的大功率脉冲尾纤激光器组件。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种大功率脉冲尾纤激光器组件，包括TO底座(1)、双芯片激光器组件(2)、TO管帽(3)、自聚焦透镜(4)和光纤组件(5)；双芯片激光器组件(2)设置在TO底座(1) 的一端，TO底座(1)与双芯片激光器组件(2)固定连接；双芯片激光器组件 (2)包括一成对设置的半导体激光器芯片(21)，两个半导体激光器芯片(21) 的发光部互相抵持且出光方向一致；双芯片激光器组件(2)的激光通路上依次设置有TO管帽(3)、自聚焦透镜(4)和光纤组件(5)；自聚焦透镜(4)和光纤组件(5)均相对于TO底座(1)固定设置；两个半导体激光器芯片(21)发出的激光经过TO管帽(3)后经自聚焦透镜(4)聚焦后耦合进入光纤组件(5) 中。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述双芯片激光器组件(2)还包括过渡热沉(22)、固定板(23)和整形透镜(24)，过渡热沉(22)固定设置在TO 底座(1)的端面上；所述成对设置的半导体激光器芯片(21)包括正装芯片(211) 和倒装芯片(212)，正装芯片(211)设置在过渡热沉(22)的表面并与过渡热沉(22)固定连接；正装芯片(211)远离过渡热沉(22)的一端设置有倒装芯片(212)，倒装芯片(212)与正装芯片(211)固定连接；过渡热沉(22)远离TO底座(1)的端面上还设置有固定板(23)，固定板(23)与过渡热沉(22) 固定连接，固定板(23)上设置有整形透镜(24)，整形透镜(24)与固定板(23) 固定连接，整形透镜(24)位于正装芯片(211)和倒装芯片(212)的出光部的激光通路上。

进一步优选的，所述正装芯片(211)和倒装芯片(212)的发光部位于各芯片远离TO底座(1)的端面的边缘中心处。

进一步的优选的，所述正装芯片(211)远离过渡热沉(22)一端的表面积大于倒装芯片(212)靠近过渡热沉(22)一端的表面积。

更进一步优选的，所述正装芯片(211)和倒装芯片(212)的输出波长和输出功率完全相同，正装芯片(211)和倒装芯片(212)均与TO底座(1)并联电性连接。

进一步优选的，所述TO管帽(3)与TO底座(1)固定连接，TO管帽(3) 内部与TO底座(1)合围形成封闭的第一腔体(10)；两个半导体激光器芯片(21) 过渡热沉(22)、固定板(23)和整形透镜(24)均位于所述第一腔体(10)内。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括中空的管体(6)，管体(6)环绕TO底座(1)、TO管帽(3)和自聚焦透镜(4)设置，管体(6)的一端与 TO底座(1)固定连接，自聚焦透镜(4)嵌设在管体(6)的另一端；光纤组件(5)固定设置在管体(6)远离TO底座(1)的一端。

进一步优选的，还包括连接套(7)，连接套(7)设置在光纤组件(5)于管体(6)之间；光纤组件(5)嵌设在连接套(7)内并与连接套(7)固定连接；连接套(7)与管体(6)远离TO底座(1)的一端固定连接。

进一步优选的，所述光纤组件(5)包括光纤(51)、插芯(52)和保护套 (53)，光纤(51)外环绕设置有插芯(52)，保护套(53)与管体(6)远离TO 底座(1)的一端固定连接；保护套(53)内部中空，插芯(52)嵌设在保护套 (53)靠近TO底座(1)的一端，插芯(52)上设置有贯穿的插芯孔，插芯孔内穿置有光纤(51)，光纤(51)与插芯(52)固定连接，光纤(51)正对自聚焦透镜(4)的出光方向设置。

本实用新型提供的一种大功率脉冲尾纤激光器组件，相对于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本实用新型通过在TO底座上将两个半导体激光器芯片组合，使其发光部同时发光，激光经耦合进入光纤后，在不增大体积的情况下，耦合功率比单个激光器芯片明显提高；

(2)两个半导体激光器芯片镜像设置，发光部相互紧贴，近似于组合成一个整体的发光部，且发出的激光波长和功率均相同，便于后续耦合；

(3)管体可进一步对TO底座、双芯片激光器组件、TO管帽和自聚焦透镜进一步进行封装；

(4)光纤组件可对光纤部分进行了有效支撑和保护。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种大功率脉冲尾纤激光器组件的立体图；

图2为本实用新型一种大功率脉冲尾纤激光器组件的爆炸状态立体图；

图3为本实用新型一种大功率脉冲尾纤激光器组件的TO底座、双芯片激光器组件和TO管帽的组合状态立体图；

图4为本实用新型一种大功率脉冲尾纤激光器组件的TO底座和双芯片激光器组件的组合状态立体图；

图5为本实用新型一种大功率脉冲尾纤激光器组件的管体和自聚焦透镜的组合状态的半剖前视图；

图6为本实用新型一种大功率脉冲尾纤激光器组件的自聚焦透镜的立体图；

图7为本实用新型一种大功率脉冲尾纤激光器组件的连接套和光纤组件的组合状态的半剖前视图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1结合图2和图4所示，本实用新型提供了一种大功率脉冲尾纤激光器组件，包括TO底座1、双芯片激光器组件2、TO管帽3、自聚焦透镜4、光纤组件5、管体6和连接套7；其双芯片激光器组件2设置在TO底座1的一端， TO底座1与双芯片激光器组件2固定连接；双芯片激光器组件2包括一成对设置的半导体激光器芯片21，两个半导体激光器芯片21的发光部互相抵持且出光方向一致；双芯片激光器组件2的激光通路上依次设置有TO管帽3、自聚焦透镜4和光纤组件5；自聚焦透镜4和光纤组件5均相对于TO底座1固定设置；两个半导体激光器芯片21发出的激光经过TO管帽3后经自聚焦透镜4聚焦后耦合进入光纤组件5中。本实用新型在不改变TO底座1的结构和尺寸的前提下，在TO底座1上设置了两个相对的半导体激光器芯片21，通过将该两个半导体激光器芯片21的出光部抵持组合形成一个整体的双芯片激光器组件2出光部，通过TO管帽3、自聚焦透镜4对两个半导体激光器芯片21发出的激光进行耦合，由光纤组件5中向外输出，耦合输出功率大于单个半导体激光器输出功率。 TO为全封闭式封装的缩写，属于本领域常见名称，在此不做赘述。

由图3结合图4所示，图示给出了双芯片激光器组件2的一种具体结构。如图所示，双芯片激光器组件2包括一成对设置的半导体激光器芯片21、过渡热沉22、固定板23和整形透镜24，过渡热沉22固定设置在TO底座1的端面上；所述成对设置的半导体激光器芯片21包括正装芯片211和倒装芯片212，正装芯片211设置在过渡热沉22的表面并与过渡热沉22固定连接；正装芯片 211远离过渡热沉22的一端设置有倒装芯片212，倒装芯片212与正装芯片211 固定连接；过渡热沉22远离TO底座1的端面上还设置有固定板23，固定板23 与过渡热沉22固定连接，固定板23上设置有整形透镜24，整形透镜24与固定板23固定连接，整形透镜24位于正装芯片211和倒装芯片212的出光部的激光通路上。两个半导体激光器芯片21分为正装芯片211和倒装芯片212，是指两个芯片是镜像设置，正装芯片211和倒装芯片212相互贴合在一起；正装芯片211和倒装芯片212是并联连接，两个芯片的输出波长和输出功率完全相同，便于后续耦合。正装芯片211和倒装芯片212的出光部互相贴合共同构成双芯片激光器组件2的出光部。在双芯片激光器组件2的出光部的光路上设置了整形透镜24，整形透镜24能对正装芯片211和倒装芯片212进行一次耦合，使得激光能够汇聚压缩，提高光斑质量。固定板23能对整形透镜24起到支撑作用。

作为本实用新型的进一步的改进，为了使正装芯片211和倒装芯片212的发光部能够拼合，正装芯片211和倒装芯片212的发光部最好位于各芯片远离 TO底座1的端面的边缘中心处。

为了便于正装芯片211和倒装芯片212相结合，正装芯片211的P极需要与倒装芯片212的P极相贴合，为方便布线，正装芯片211远离过渡热沉22一端的表面积大于倒装芯片212靠近过渡热沉22一端的表面积，便于接线。这种结构便于正装芯片211和倒装芯片212均与TO底座1并联电性连接。

如图3结合图4所示，TO管帽3与TO底座1固定连接，TO管帽3内部与TO底座1合围形成封闭的第一腔体10；两个半导体激光器芯片21过渡热沉 22、固定板23和整形透镜24均位于所述第一腔体10内。TO管帽3和TO底座1合围形成一个封装结构，防止第一腔体10内部的双芯片激光器组件2受到外部干扰。

为了进一步提高本实用新型的防护能力和对自聚焦透镜4进行固定，本实用新型还包括中空的管体6，管体6环绕TO底座1、TO管帽3和自聚焦透镜4 设置，管体6的一端与TO底座1固定连接，自聚焦透镜4嵌设在管体6的另一端；光纤组件5固定设置在管体6远离TO底座1的一端。自聚焦透镜4又称梯度变折射率透镜，折射率分布式沿着径向渐变的柱状光学透镜，具有聚焦和成像功能，可以对正装芯片211和倒装芯片212发出的激光进行二次聚焦。

如图7所示，光纤组件5包括光纤51、插芯52和保护套53，光纤51外环绕设置有插芯52，保护套53内部中空，插芯52嵌设在保护套53靠近TO底座 1的一端，插芯52上设置有贯穿的插芯孔，插芯孔内穿置有光纤51，光纤51 与插芯52固定连接，光纤51正对自聚焦透镜4的出光方向设置。光纤51用于接收自聚焦透镜4发出的激光并进行耦合；光纤51非常脆弱，因此采用了陶瓷材质的插芯52和金属材质的保护套53对其进行防护。

本实用新型还包括连接套7，连接套7设置在光纤组件5于管体6之间；光纤组件5嵌设在连接套7内并与连接套7固定连接；连接套7与管体6远离TO 底座1的一端固定连接。连接套7可将管体6与光纤组件5进行进一步的连接固定。

为了提高耦合效率，应尽量将双芯片激光器组件2的出光部、管体6的中心、自聚焦透镜4和光纤51的中心轴共线设置。

本实用新型的制作方法如下：

以TO底座1为基准，在TO底座1上焊接过渡热22和正装芯片211，焊接材料为AuSn焊料；在正装芯片211上使用高导热银胶粘结倒装芯片212，使两个芯片的出光部对齐；在TO底座1上粘结固定板23，使用金丝键合打上金丝，使得正装芯片211和倒装芯片212与TO底座1并联设置；然后在固定板23的侧面粘结整形透镜24，使得正装芯片211和倒装芯片212的光均能通过整形透镜24，形成完整的双芯片激光器组件2；然后在TO底座1上封装TO管帽3；将封装后的部件整体与管体6的一端压配和激光焊接，在管体6一端中心孔处粘结自聚焦透镜4；驱动双芯片激光器组件2使其发出激光，将光纤组件5套设在连接套7内，使双芯片激光器组件2与光纤组件5进行耦合，当光纤组件5 的输出功率最大时，用激光焊接方式将光纤组件5与连接套7焊接；最后，再次进行耦合，当光纤组件5输出功率最大时，将连接套7与管体6进行激光焊接，即可得到成品。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大功率脉冲尾纤激光器组件，其特征在于：包括TO底座(1)、双芯片激光器组件(2)、TO管帽(3)、自聚焦透镜(4)和光纤组件(5)；双芯片激光器组件(2)设置在TO底座(1)的一端，TO底座(1)与双芯片激光器组件(2)固定连接；双芯片激光器组件(2)包括一成对设置的半导体激光器芯片(21)，两个半导体激光器芯片(21)的发光部互相抵持且出光方向一致；双芯片激光器组件(2)的激光通路上依次设置有TO管帽(3)、自聚焦透镜(4)和光纤组件(5)；自聚焦透镜(4)和光纤组件(5)均相对于TO底座(1)固定设置；两个半导体激光器芯片(21)发出的激光经过TO管帽(3)后经自聚焦透镜(4)聚焦后耦合进入光纤组件(5)中。

2.如权利要求1所述的一种大功率脉冲尾纤激光器组件，其特征在于：所述双芯片激光器组件(2)还包括过渡热沉(22)、固定板(23)和整形透镜(24)，过渡热沉(22)固定设置在TO底座(1)的端面上；所述成对设置的半导体激光器芯片(21)包括正装芯片(211)和倒装芯片(212)，正装芯片(211)设置在过渡热沉(22)的表面并与过渡热沉(22)固定连接；正装芯片(211)远离过渡热沉(22)的一端设置有倒装芯片(212)，倒装芯片(212)与正装芯片(211)固定连接；过渡热沉(22)远离TO底座(1)的端面上还设置有固定板(23)，固定板(23)与过渡热沉(22)固定连接，固定板(23)上设置有整形透镜(24)，整形透镜(24)与固定板(23)固定连接，整形透镜(24)位于正装芯片(211)和倒装芯片(212)的出光部的激光通路上。

3.如权利要求2所述的一种大功率脉冲尾纤激光器组件，其特征在于：所述正装芯片(211)和倒装芯片(212)的发光部位于各芯片远离TO底座(1)的端面的边缘中心处。

4.如权利要求2或3所述的一种大功率脉冲尾纤激光器组件，其特征在于：所述正装芯片(211)远离过渡热沉(22)一端的表面积大于倒装芯片(212)靠近过渡热沉(22)一端的表面积。

5.如权利要求3所述的一种大功率脉冲尾纤激光器组件，其特征在于：所述正装芯片(211)和倒装芯片(212)的输出波长和输出功率完全相同，正装芯片(211)和倒装芯片(212)均与TO底座(1)并联电性连接。

6.如权利要求2所述的一种大功率脉冲尾纤激光器组件，其特征在于：所述TO管帽(3)与TO底座(1)固定连接，TO管帽(3)内部与TO底座(1)合围形成封闭的第一腔体(10)；两个半导体激光器芯片(21)过渡热沉(22)、固定板(23)和整形透镜(24)均位于所述第一腔体(10)内。

7.如权利要求1所述的一种大功率脉冲尾纤激光器组件，其特征在于：还包括中空的管体(6)，管体(6)环绕TO底座(1)、TO管帽(3)和自聚焦透镜(4)设置，管体(6)的一端与TO底座(1)固定连接，自聚焦透镜(4)嵌设在管体(6)的另一端；光纤组件(5)固定设置在管体(6)远离TO底座(1)的一端。

8.如权利要求7所述的一种大功率脉冲尾纤激光器组件，其特征在于：还包括连接套(7)，连接套(7)设置在光纤组件(5)于管体(6)之间；光纤组件(5)嵌设在连接套(7)内并与连接套(7)固定连接；连接套(7)与管体(6)远离TO底座(1)的一端固定连接。

9.如权利要求7所述的一种大功率脉冲尾纤激光器组件，其特征在于：所述光纤组件(5)包括光纤(51)、插芯(52)和保护套(53)，光纤(51)外环绕设置有插芯(52)，保护套(53)与管体(6)远离TO底座(1)的一端固定连接；保护套(53)内部中空，插芯(52)嵌设在保护套(53)靠近TO底座(1)的一端，插芯(52)上设置有贯穿的插芯孔，插芯孔内穿置有光纤(51)，光纤(51)与插芯(52)固定连接，光纤(51)正对自聚焦透镜(4)的出光方向设置。

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