CN214313863U - 一种高亮度和低损耗的半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高亮度和低损耗的半导体激光器，包括第一发光模组、第二发光模组、偏振合束器、聚焦透镜组和输出光纤，第一发光模组发出的光直射聚焦透镜组，第二发光模组发出的光路经过偏振合束器后射入聚焦透镜组，射入聚焦透镜组的光被其聚焦后传入输出光纤；第一发光模组包括多个第一发光模块和多个第一光线转向器，多个第一发光模块发出的光在空间合束后射入聚焦透镜组，空间合束的光中包括来自第一发光模块发出的经对应的第一光线转向器转向后汇入主光路的光；部分第二发光模块发出的光射入聚焦透镜组的第一入射面，其余第二发光模块发出的光射入聚焦透镜组第二入射面并与自第一入射面进入的光偏振合束，然后射入聚焦透镜组。

Description

一种高亮度和低损耗的半导体激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，尤其涉及一种高亮度和低损耗的半导体激光器。

背景技术

激光器是一种能够用于发射激光的装置，通过设置在其中的半导体激光单管产生激光，但是单个半导体激光单管功率有限，产生的激光亮度不能满足实际要求，所以需要多个半导体激光单管发出的激光通过偏振合束器进行偏振合束，从而可保证激光的亮度；但是激光经过偏振合束器时，不可避免会损耗激光的功率；另一方便，为了降低功率损耗，将多个半导体激光单管发出的激光叠加而进行空间合束，但是通过空间合束的激光亮度不强；因此如何既能保证激光器输出激光的亮度，又能降低激光在传输时的损耗，是业界亟需解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例的目的是提供一种高效率和高亮度半导体激光器。

本实用新型提供一种高亮度和低损耗的半导体激光器，包括第一发光模组和第二发光模组，还包括沿主光路方向依次设置的偏振合束器、聚焦透镜组和输出光纤，所述第一发光模组发出的光直射所述聚焦透镜组，所述第二发光模组发出的光路经过所述偏振合束器后射入所述聚焦透镜组，射入所述聚焦透镜组的光被其聚焦后传入所述输出光纤；

所述第一发光模组包括多个第一发光模块和多个第一光线转向器，多个所述第一发光模块发出的光在空间合束后射入所述聚焦透镜组，空间合束的光包括来自至少一所述第一发光模块发出的经对应的第一光线转向器转向后汇入主光路的光；

所述偏振合束器具有位于不同平面的第一入射面和第二入射面，还具有位于所述主光路且朝向所述聚焦透镜组的出光面，所述第二发光模组包括多个第二发光模块，部分所述第二发光模块发出的光射入第一入射面，其余第二发光模块发出的光射入第二入射面并与自所述第一入射面进入的光在偏振合束器中偏振合束，偏振合束的光射入所述聚焦透镜组；

所述聚焦透镜组中包括仅允许光线从其正面射入、反面射出的单向镜，所述单向镜的正面朝向所述出光面所在方向。

进一步地，所述第一发光模块有两个，至少一所述第一发光模块发出的光与主光路平行错开，光路与主光路平行错开的第一发光模块发出的光经对应的第一光线转向器转向后射入所述聚焦透镜组。

进一步地，所述第一光线转向器有两个，分别为A光线转向器和B光线转向器，其中一所述第一发光模块发出的光位于所述主光路，另一所述第一发光模块发出的光先后经过所述A光线转向器和B光线转向器而发生光路平移最终射入所述聚焦透镜组。

进一步地，所述第二发光模块有两个，其一所述第二发光模块发出的光位于主光路，另一所述第二发光模块发出的光与主光路垂直，所述第一入射面垂直所述第二入射面。

进一步地，所述第二发光模组还包括一第二光线转向器，所述第二发光模块有两个，至少一所述第二发光模块发出的光与所述主光路平行错开，光路与主光路平行错开的第二发光模块发出的光经对应的第二光线转向器转向后射入所述偏振合束器。

进一步地，一所述第二发光模块发出的光位于所述主光路，另一所述第二发光模块发出的光与所述主光路平行错开。

进一步地，所述第二发光模组位于所述第一发光模组与所述偏振合束器之间。

进一步地，两所述第一发光模块同排设置，两所述第二发光模块同排设置，两所述第一发光模块和两所述第二发光模块一一对应的同列设置，所述第一发光模组发出的光高于所述第二发光模组发出的光，且空间合束的光射入所述聚焦透镜组前先后越过其一第二发光模块和偏振合束器。

进一步地，所述第一发光模块和第二发光模块均设有若干半导体激光单管，所述第一发光模块的半导体激光单管沿对应的第一发光模块的光路传输方向从高到低依次排列，所述第二发光模块的半导体激光单管沿对应的第二发光模块的光路传输方向从高到低依次排列。

进一步地，所述偏振合束器包括相对设置的两个三棱镜和位于两所述三棱镜之间的合束面，每一所述三棱镜上均具有一入射面，分别为所述第一入射面和第二入射面，所述第一入射面垂直所述第二入射面，其中一所述入射面的表面覆有半波片，经过所述半波片射入偏振合束器的光从所述合束面透射过，未经过所述半波片射入偏振合束器的光被所述合束面反射，所述出光面与所述半波片相对设置；所述聚焦透镜组还包括快轴聚焦透镜和慢轴聚焦透镜，所述单向镜设置在所述偏振合束器与所述快轴聚焦透镜之间，所述慢轴聚焦透镜设置在所述快轴聚焦透镜与所述输出光纤之间。

本实用新型提供的高亮度和低损耗的半导体激光器具有以下有益效果：所述第一发光模组中的多个所述第一发光模块发出的光未经过偏振合束器而直接在空间合束，如此便可减少光在偏振合束器中合束的功率损耗，再使上述空间合束的光与所述第二发光模组发出的光在偏振合束器中进行偏振合束，利用第二发光模组和偏振合束器对光的亮度进行补偿，以确保进入所述输出光纤的光的亮度能够满足要求。从而，本实用新型所述的半导体激光器对外发射的激光既具有足够的亮度，同时该激光器又具有较低的功耗。。

附图说明

图1为本实用新型一种高亮度和低损耗的半导体激光器的立体示意图；

图2为图1的激光器的俯视图；

图3为在图2在BX-BX方向的剖视图；

图中：

1、第一发光模组；11、第一发光模块；12、第一光线转向器；12A、A光线转向器；12B、B光线转向器；2、第二发光模组；21、第二发光模块；22、第二光线转向器；3、偏振合束器；4、聚焦透镜组；41、单向镜；42、快轴聚焦透镜；43、慢轴聚焦透镜；5、输出光纤；X、半导体激光单管；a、激光芯片；b、快轴准直镜；c、慢轴准直镜；d、第三光线转向器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参考图1至图3，本实用新型提供了一种高亮度和低损耗的半导体激光器，其技术方案主要为：包括第一发光模组1和第二发光模组2，还包括沿主光路方向依次设置的偏振合束器3、聚焦透镜组4和输出光纤5，所述第一发光模组1发出的光直射所述聚焦透镜组4，所述第二发光模组4发出的光路经过所述偏振合束器3后射入所述聚焦透镜组4，射入所述聚焦透镜组4的光被其聚焦后传入所述输出光纤5；所述第一发光模组1包括多个第一发光模块11和多个第一光线转向器12，多个所述第一发光模块11发出的光在空间合束后射入所述聚焦透镜组4，空间合束的光包括来自至少一所述第一发光模块11发出的经对应的第一光线转向器12转向后汇入主光路的光；所述偏振合束器3具有位于不同平面的第一入射面和第二入射面，还具有位于所述主光路且朝向所述聚焦透镜组4的出光面，所述第二发光模组2包括多个第二发光模块21，部分所述第二发光模块21发出的光射入第一入射面，其余第二发光模块21发出的光射入第二入射面并与自所述第一入射面进入的光在偏振合束器3中偏振合束，偏振合束的光射入所述聚焦透镜组4。

请参考图1和图2，所述第一发光模组1中的多个所述第一发光模块11发出的光未经过偏振合束器而直接在空间合束，空间合束的光通过所述聚焦透镜组4射入所述输出光纤5，如此便可减少光在偏振合束器3中合束的功率损耗，但仅空间合束的光经输出光纤5传出后其光的亮度不够，难以满足激光的高亮度要求，为了增加传入输出光纤5的光的亮度，本实用新型采用技术手段为，增加第二发光模组2和偏振合束器3，通过第二发光模组2的多个第二发光模块21发出的光在所述偏振合束器3中偏振合束来对射入输出光纤5的光进行亮度补偿，以确保进入所述输出光纤5的光的亮度能够满足要求。从而，本实用新型所述的半导体激光器对外发射的激光既具有足够的亮度，同时该激光器又具有较低的功耗。

所述聚焦透镜组4中包括仅允许光线从其正面射入、反面射出的单向镜41，所述单向镜41的正面朝向所述出光面所在方向。所述聚焦透镜组4还包括快轴聚焦透镜42和慢轴聚焦透镜43，所述单向镜41设置在所述偏振合束器3与所述快轴聚焦透镜42之间，所述慢轴聚焦透镜43设置在所述快轴聚焦透镜42与所述输出光纤5之间。

主光路的光首先从正面穿过所述单向镜41，然后穿过所述快轴聚焦透镜42被快轴聚焦，被快轴聚焦的光再穿过所述慢轴聚焦镜43被慢轴聚焦，被慢轴聚焦后的光的焦点位于所述输出光纤5，最后，光从从所述输出光纤5中向外传输，激光器在作业的过程中，可能会发生激光沿输出光纤回返至激光器内部而烧毁激光器的内部结构如第一发光模组1等，本实施例通过设置所述单向镜41即可将回返的光过滤掉，避免回返的光射向各发光模组，从而能够有效的保护发光模组、保护激光器。

本实用新型所述的第一发光模块大于或等于两个，所述的第二发光模块大于或等于两个。下面以第一发光模块和第二发光模块均为两个为例进行具体说明。

实施例一

所述第一发光模块11有两个，所述第一光线转向器12有两个，分别为A光线转向器12A和B光线转向器12B，其中一所述第一发光模块11发出的光位于所述主光路，另一所述第一发光模块11发出的光与主光路平行错开，与主光路错开的第一发光模块11发出的光先后经过所述A光线转向器12A和B光线转向器12B而发生光路平移最终射入所述聚焦透镜组4。

所述第二发光模组2还包括一第二光线转向器22，所述第二发光模块21有两个，一所述第二发光模块21发出的光位于所述主光路，另一所述第二发光模块21发出的光与所述主光路平行错开，光路与主光路平行错开的第二发光模块21发出的光经对应的第二光线转向器22转向后射入所述偏振合束器3。

所述第二发光模组2位于所述第一发光模组1与所述偏振合束器3之间。具体地，两所述第一发光模块11同排设置，两所述第二发光模块21同排设置，两所述第一发光模块11和两所述第二发光模块21一一对应的同列设置，其中一列中的第一发光模块11和第二发光模块21位于主光路，所述第一发光模组1发出的光高于所述第二发光模组2发出的光，且空间合束的光射入所述聚焦透镜组4前先后越过其一第二发光模块21和偏振合束器3。即空间合束的光射入所述聚焦透镜组4前不会被对应的所述第二发光模块21和偏振合束器3遮挡。

所述第一发光模块11和第二发光模块21均设有若干半导体激光单管X，所述第一发光模块11的半导体激光单管X沿对应的第一发光模块11的光路传输方向从高到低依次排列，所述第二发光模块21的半导体激光单管X沿对应的第二发光模块21的光路传输方向从高到低依次排列。本实施例中，所述第一发光模块11和第二发光模块21中的半导体激光单管X数量相同，但不以此为限。

请参照图2，每一所述半导体激光单管X均包括激光芯片a、位于对应激光芯片a出光方向的快轴准直镜b、位于对应快轴准直镜b出光方向且与所述快轴准直镜b相互间隔的慢轴准直镜c和位于对应的慢轴准直镜c出光方向的第三光线转向器d，所述激光芯片a发出的光首先经过对应的快轴准直镜b进行快轴准直，然后射入对应的慢轴准直镜c进行慢轴准直，两次准直之后的光射入对应的第三光线转向器d并被其反射，最终射出对应的发光模块。由于同一发光模块中的半导体激光单管X高低错落设置，从而任一所述半导体激光单管X发出的光均不会被该发光模块中的其他半导体激光单管X遮挡。

本实施例中，两所述第一发光模块11中的半导体激光单管X一一对应且两第一发光模块11中相互对应的上述半导体激光单管X亦排成一排，与所述主光路垂直。与主光路错开平行的第一发光模块11中的半导体激光单管X低于与之成排设置的另一第一发光模块11(该第一发光模块11位于主光路)中的半导体激光单管X，所述第一光线转向器12有两个，A光线转向器12A位于与主光路错开平行的第一发光模块11的光路方向，B光线转向器12B位于与主光路重合的第一发光模块11的光路方向，A光线转向器12A和B光线转向器12B相互平行，与主光路重合的第一发光模块11(即位于主光路)中最低的半导体激光单管X发出的光从上越过所述B光线转向器12B上方射入所述聚焦透镜组4，与主光路错开的第一发光模块11发出的光被A光线转向器12A反射至B光线转向器12B，然后被所述B光线转向器12B反射，且该反射光从上越过相应的第二发光模块21的上方射入所述聚焦透镜组4。

上述的第一光线转向器12、第二光线转向器22和第三光线转向器d可以是平面反射镜，亦可以是能够改变光路的棱镜，在此不做限制。

所述偏振合束器3包括相对设置的两个三棱镜和位于两所述三棱镜之间的合束面，每一所述三棱镜上均具有一入射面，分别为所述第一入射面和第二入射面，所述第一入射面垂直所述第二入射面，其中一所述入射面的表面覆有半波片，经过所述半波片射入偏振合束器的光从所述合束面透射过，未经过所述半波片射入偏振合束器的光被所述合束面反射，所述出光面与所述半波片相对设置。

如果所述第一发光模组1和第二发光模组2发出的光均为S偏振光，则所述半波片为S-P半波片，能够将入射的S偏正光转换为P偏正光射出，同时所述合束面为透射P偏振光、反射S偏振光的合束面，此时所述半波片设于偏振合束器3中所述空间合束的光的入射面，该入射面与所述出光面均位于主光路，空间合束的光首先穿过所述半波片被转换成P偏振光，该P偏振光射入对应的入射面，然后穿过所述合束面进入另一三棱镜中，与从另一入射面射入的第二发光模组的光在该三棱镜中偏振合束，偏正合束后的光再从所述出光面射出。

如果所述第一发光模组1和第二发光模组2发出的光均为P偏振光，则根据上述原理，对半波片的位置和合束面的属性进行适当的调整。

实施例二

未图示，本实施例与实施一的区别在于：两所述第一发光模块发出的光均与主光路平行错开，所述第一光线转向器有4个，还包括C光线转向器和D光线转向器，所述A光线转向器和B光线转向器用于将其中一所述第一发光模块的光路转向至主光路以射入聚焦透镜组，所述C光线转向器和D光线转向器用于将另一所述第一发光模块的光路转向至主光路以射入聚焦透镜组，从而使两第一发光模块发出的光在射入聚焦透镜组前在主光路空间合束。

实施例二

本实施例与实施一的区别在于：所述第二光线转向器具有两个，与二所述第二发光模块一一对应，二所述第二发光模块发出的光均与所述主光路平行错开，光路与主光路平行错开的第二发光模块发出的光经对应的第二光线转向器转向后分别射入所述偏振合束器的第一入射面和第二入射面，所述第一入射面垂直所述第二入射面。

实施例三

本实施例与实施一的区别在于：无第二光线转向器，一所述第二发光模块发出的光位于主光路，另一所述第二发光模块发出的光与主光路垂直，所述第一入射面垂直所述第二入射面。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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 (10)

1.一种高亮度和低损耗的半导体激光器，其特征在于：包括第一发光模组和第二发光模组，还包括沿主光路方向依次设置的偏振合束器、聚焦透镜组和输出光纤，所述第一发光模组发出的光直射所述聚焦透镜组，所述第二发光模组发出的光路经过所述偏振合束器后射入所述聚焦透镜组，射入所述聚焦透镜组的光被其聚焦后传入所述输出光纤；

所述第一发光模组包括多个第一发光模块和多个第一光线转向器，多个所述第一发光模块发出的光在空间合束后射入所述聚焦透镜组，空间合束的光包括来自至少一所述第一发光模块发出的经对应的第一光线转向器转向后汇入主光路的光；

所述偏振合束器具有位于不同平面的第一入射面和第二入射面，还具有位于所述主光路且朝向所述聚焦透镜组的出光面，所述第二发光模组包括多个第二发光模块，部分所述第二发光模块发出的光射入第一入射面，其余第二发光模块发出的光射入第二入射面并与自所述第一入射面进入的光在偏振合束器中偏振合束，偏振合束的光射入所述聚焦透镜组；

所述聚焦透镜组中包括仅允许光线从其正面射入、反面射出的单向镜，所述单向镜的正面朝向所述出光面所在方向。

2.如权利要求1所述的高亮度和低损耗的半导体激光器，其特征在于：所述第一发光模块有两个，至少一所述第一发光模块发出的光与主光路平行错开，光路与主光路平行错开的第一发光模块发出的光经对应的第一光线转向器转向后射入所述聚焦透镜组。

3.如权利要求2所述的高亮度和低损耗的半导体激光器，其特征在于：所述第一光线转向器有两个，分别为A光线转向器和B光线转向器，其中一所述第一发光模块发出的光位于所述主光路，另一所述第一发光模块发出的光先后经过所述A光线转向器和B光线转向器而发生光路平移最终射入所述聚焦透镜组。

4.如权利要求2所述的高亮度和低损耗的半导体激光器，其特征在于：所述第二发光模块有两个，其一所述第二发光模块发出的光位于主光路，另一所述第二发光模块发出的光与主光路垂直，所述第一入射面垂直所述第二入射面。

5.如权利要求2所述的高亮度和低损耗的半导体激光器，其特征在于：所述第二发光模组还包括一第二光线转向器，所述第二发光模块有两个，至少一所述第二发光模块发出的光与所述主光路平行错开，光路与主光路平行错开的第二发光模块发出的光经对应的第二光线转向器转向后射入所述偏振合束器。

6.如权利要求5所述的高亮度和低损耗的半导体激光器，其特征在于：一所述第二发光模块发出的光位于所述主光路，另一所述第二发光模块发出的光与所述主光路平行错开。

7.如权利要求5所述的高亮度和低损耗的半导体激光器，其特征在于：所述第二发光模组位于所述第一发光模组与所述偏振合束器之间。

8.如权利要求7所述的高亮度和低损耗的半导体激光器，其特征在于：两所述第一发光模块同排设置，两所述第二发光模块同排设置，两所述第一发光模块和两所述第二发光模块一一对应的同列设置，所述第一发光模组发出的光高于所述第二发光模组发出的光，且空间合束的光射入所述聚焦透镜组前先后越过其一第二发光模块和偏振合束器。

9.如权利要求7所述的高亮度和低损耗的半导体激光器，其特征在于：所述第一发光模块和第二发光模块均设有若干半导体激光单管，所述第一发光模块的半导体激光单管沿对应的第一发光模块的光路传输方向从高到低依次排列，所述第二发光模块的半导体激光单管沿对应的第二发光模块的光路传输方向从高到低依次排列。

10.如权利要求7所述的高亮度和低损耗的半导体激光器，其特征在于：所述偏振合束器包括相对设置的两个三棱镜和位于两所述三棱镜之间的合束面，每一所述三棱镜上均具有一入射面，分别为所述第一入射面和第二入射面，所述第一入射面垂直所述第二入射面，其中一所述入射面的表面覆有半波片，经过所述半波片射入偏振合束器的光从所述合束面透射过，未经过所述半波片射入偏振合束器的光被所述合束面反射，所述出光面与所述半波片相对设置；所述聚焦透镜组还包括快轴聚焦透镜和慢轴聚焦透镜，所述单向镜设置在所述偏振合束器与所述快轴聚焦透镜之间，所述慢轴聚焦透镜设置在所述快轴聚焦透镜与所述输出光纤之间。

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