CN219477238U - 紧凑型半导体激光器光纤耦合模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种紧凑型半导体激光器光纤耦合模块，包括：第一半导体激光器组件、第二半导体激光器组件、偏振合束组件、聚焦镜、光纤；第一半导体激光器组件包括多个第一激光器单元；第二半导体激光器组件包括多个第二激光器单元；所述第一激光器单元包括第一快轴准直镜和第一一体化透镜；所述第二激光器单元包括第二快轴准直镜和第二一体化透镜；所述第一一体化透镜和第二一体化透镜均包括：入射面、反射面、出射面。本实用新型通过采用包含慢轴扩束、准直及反射的一体化透镜，有效缩短慢轴准直镜、反射镜与激光芯片的距离，使得半导体激光器光纤耦合模块更加紧凑，减小半导体激光器光纤耦合模块的体积和重量。

Description

紧凑型半导体激光器光纤耦合模块

技术领域

本实用新型属于半导体激光器技术领域，涉及一种紧凑型半导体激光器光纤耦合模块。

背景技术

高功率半导体激光器光纤耦合模块广泛应用于光纤激光器的泵浦，近年来，随着光纤激光器的发展，除了对半导体激光器光纤耦合模块的输出功率和亮度提出了更高的要求外，对光纤耦合模块的尺寸和重量同样提出了更高的要求，特别是在军事、医疗、安防等领域的应用中。

图5为一种基于现有技术的半导体激光器光纤耦合模块结构的结构示意图。第一半导体激光器组件41由n个第一激光器单元组成，分别为第一激光器单元41a～第一激光器单元41n，第一激光器单元41a由第一热沉401、第一激光芯片402及第一光束整形单元411组成，第一激光芯片402位于第一热沉401上，第一光束整形单元411位于第一激光芯片402出光的方向上，第一光束整形单元411包括在光路上依次设置第五快轴准直镜4111、第一慢轴准直镜4112及第二反射镜4113。第二半导体激光器组件42由n个第二激光器单元组成，分别为第二激光器单元42a～第二激光器单元42n，第二激光器单元42a由第二热沉501、第二激光芯片502及第二光束整形单元421组成，第二激光芯片502位于第二热沉501上，第二光束整形单元421位于第二激光芯片502出光的方向上，第二光束整形单元421包括在光路上依次设置第六快轴准直镜4211、第二慢轴准直镜4212及第三反射镜4213组成。第二偏振合束组件43由第四反射镜431、第二偏振合束棱镜432和第二VBG433组成，用于实现将第一半导体激光器组件41和第一半导体激光器组件42发出的光束偏振合成形成第三合束光束。第二聚焦镜44将第三合束光束聚焦，从而耦合进第二光纤45。以具体的设计举例：第一热沉401和第二热沉501尺寸均为5.75mm×4.5mm，第一慢轴准直镜4112和第二慢轴准直镜4212的焦距均为12mm，第二反射镜4113和第三反射镜4213的尺寸均为4×1mm，第一激光器单元和第二激光器单元的数量n＝6，第一激光器单元41a与第一激光器单元41b的中心距离为5mm，另外考虑透镜厚度带来的额外光程差，第一半导体激光器组件41与第二半导体激光器组件42的尺寸之和大于42mm×30mm。

图6为另一种现有技术的半导体激光器光纤耦合模块结构。与图5所示的现有技术的半导体激光器光纤耦合模块结构区别为：第一半导体激光器组件51和第二半导体激光器组件52相互穿插。以具体的设计举例：第一热沉401和第二热沉501尺寸均为5.75mm×4.5mm，第一慢轴准直镜4112和第二慢轴准直镜4212的焦距均为12mm，第二反射镜4113和第三反射镜4213的尺寸均为4×1mm，第一激光器单元和第二激光器单元的数量n＝6，第一激光器51a与第二激光器51b的中心距离至少为7mm，第一半导体激光器组件51与第二半导体激光器组件52的尺寸之和大于27mm×42mm。

目前，半导体激光器光纤耦合模块，大都是通过快轴准直镜对单管半导体激光器芯片的快轴方向光束进行准直，通过慢轴准直镜对单管半导体激光器芯片的慢轴方向光束进行准直，再通过反射镜实现快轴方向光束的一维堆叠。慢轴准直镜一般为平凸透镜、双凸透镜或弯月透镜，公告号为CN108092130B和CN112928597A均为这种结构。半导体激光器芯片位于慢轴准直镜的前焦点，芯片和慢轴准直镜距离相对较远，存在较大的间隙，空间没有被充分利用，增加了光纤耦合模块的尺寸和重量。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种紧凑型半导体激光器光纤耦合模块。用于减少光纤耦合模块的尺寸和重量。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种紧凑型半导体激光器光纤耦合模块，包括：用于产生第一合束光束的第一半导体激光器组件；用于产生第二合束光束的第二半导体激光器组件；用于将所述第一合束光束和所述第二合束光束进行偏振合束形成第三合束光束的偏振合束组件；用于将所述第三合束光束进行聚焦的聚焦镜；聚焦后的光束耦合进光纤；第一半导体激光器组件包括多个呈阶梯排布第一激光器单元；第二半导体激光器组件包括多个呈阶梯排布第二激光器单元；所述第一激光器单元包括在光路上依次设置第一快轴准直镜和第一一体化透镜；所述第二激光器单元都包括在光路上依次设置第二快轴准直镜和第二一体化透镜；所述第一一体化透镜和第二一体化透镜均包括：入射面为非球面，用于减小球差；反射面，用于光束折转；出射面为非球面，用于减小球差。

优先的，所述第一半导体激光器组件与所述第二半导体激光器组件相对放置。

优先的，所述第一激光器单元还包括第一激光芯片和第一热沉；所述第一激光芯片位于所述第一热沉上，在所述第一激光芯片出光方向上依次设置所述第一快轴准直镜和所述第一一体化透镜；所述第一激光芯片为从前腔面出光。

优先的，所述第二激光器单元还包括第二激光芯片和第二热沉；所述第二激光芯片位于所述第二热沉上，在所述第二激光芯片出光方向上依次设置所述第二快轴准直镜和所述第二一体化透镜；所述第二激光芯片为从前腔面出光。

优先的，所述第一激光器单元和所述第二激光器单元共用一个第三激光芯片和一个第三热沉，所述第三激光芯片位于所述第三热沉上；所述第三激光芯片为从前、后腔面出光；在第三激光芯片前腔面出光方向上依次设置所述第一快轴准直镜和所述第一一体化透镜；在第三激光芯片后腔面出光方向上依次设置所述第二快轴准直镜和所述第二一体化透镜。

优先的，所述第一一体化透镜和所述第二一体化化透镜均为CNC加工或模压成型。

优先的，还包括壳体，所述壳体上表面呈阶梯状；多个所述第一激光器单元呈第一排分别设置于所述壳体的阶梯状的各个台阶上；多个所述第二激光器单元呈第二排分别设置于所述壳体的阶梯状的各个台阶上；所述第一激光器单元和所述第二激光器单元出光方向相反或相同。

优先的，壳体材料为铜、铝合金、镁合金、铝基碳化硅或碳化硅中的一种。

本实用新型通过采用包含慢轴扩束、准直及反射的一体化透镜，可以有效缩短慢轴准直镜、反射镜与芯片的距离，使得半导体激光器光纤耦合模块更加紧凑，减小半导体激光器光纤耦合模块的体积和重量。此外，以本实用新型利用一个一体化透镜代替了一个慢轴准直镜和一个反射镜，从而提高装调效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例1提供单边发射紧凑型半导体激光器光纤耦合模块的俯视图；

图2为本实用新型实施例1提供单边发射紧凑型半导体激光器光纤耦合模块的一体化透镜的结构示意图；

图3为本实用新型实施例1提供单边发射紧凑型半导体激光器光纤耦合模块的侧视图；

图4为实用新型实施例2提供双边发射紧凑型半导体激光器光纤耦合模块的俯视图；

图5为一种基于现有技术的半导体激光器光纤耦合模块的结构示意图；

图6为另一种基于现有技术的半导体激光器光纤耦合模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

本实用新型实施例1提供单边发射紧凑型半导体激光器光纤耦合模块，如图1～图3所示，第一半导体激光器组件1由n个第一激光器单元组成，分别为第一激光器单元1a～第一激光器单元1n，第一激光器单元1a由第一陶瓷热沉101、第一半导体激光器芯片102、第一快轴准直镜111及第一一体化透镜112组成，第一半导体激光器芯片102位于第一陶瓷热沉101上，第一半导体激光器芯片102出光方向上依次设置第一快轴准直镜111和第一一体化透镜112。

包含慢轴扩束、准直及反射的第一一体化透镜112有三个通光面，如图2所示，分别为：入射面1121为凹面，为了减小球差；反射面1122为45°反射面，将光束折转90°，出射面1123为凸面，为了减小球差。第一一体化透镜112的入射面1121可看作为慢轴扩束镜；第一一体化透镜112的反射面1122和出射面1123可看作为反射准直组合透镜。

第二半导体激光器组件2由n个第二激光器单元组成，分别为第二激光器单元2a～第二激光器单元2n，第二激光器单元2a由第二陶瓷热沉201、第二半导体激光器芯片202、第二快轴准直镜211和第二一体化透镜212组成。第二半导体激光器芯片202位于第二陶瓷热沉201上，在第二半导体激光器芯片202出光方向上，依次设置第二快轴准直镜211和第二一体化透镜212。第二一体化透镜212与第一一体化透镜112相同。

第一偏振合束组件3由第一反射镜31、第一偏振合束棱镜32和用于波长锁定的第一VBG33组成，用于实现第一半导体激光器组件1发出的第一合束光束和第二半导体激光器组件2发出的第二合束光束偏振合成形成第三合束光束。

第一聚焦镜4为单片式球面镜、单片式非球面透镜或正交柱面镜组的一种，将第三合束光束聚焦，从而耦合进第一光纤5。

图3为本实用新型实施例1提供单边发射紧凑型半导体激光器光纤耦合模的侧视图，第一半导体激光器组件1和第二半导体激光器组件2相对放置，每个第一激光器单元和每个第二激光器单元都有着相同的高度差h；每个第一陶瓷热沉和每个第二陶瓷热沉都焊接到壳体6上，每个第二半导体激光器芯片发出的光束通过第二一体化透镜反射，在快轴方向上堆叠，进行空间合束；每个第一半导体激光器芯片发出的光束通过第一一体化透镜反射，在快轴方向上堆叠，进行空间合束。如图3所示，第二激光器单元2a的第二半导体激光器芯片202位于第二陶瓷热沉201上，第二陶瓷热沉201焊接到壳体6上，第二激光器单元2a发出的光束通过第二一体化透镜212整形。第二激光器单元2a与第二激光器单元2b的高度差为h。

壳体6材料为铜、铝合金、镁合金、铝基碳化硅、碳化硅中的一种。

以本实用新型实施例1的具体的设计举例：第一陶瓷热沉101和第二陶瓷热沉201的尺寸都为5.75mm×4.5mm，第二一体化透镜212和第一一体化透镜112的焦距都为12mm，尺寸都为6.5mm×4mm，第一激光器单元和第二激光器单元的数量n＝6，第一激光器单元1a与第一激光器单元1b的中心距离为5mm，第一半导体激光器组件1与第二半导体激光器组件2的尺寸之和为27mm×30mm。

与现有技术相比：如图4所示的基于现有技术的半导体激光器光纤耦合模块，第一半导体激光器组件41与第二半导体激光器组件42的尺寸之和大于42mm×30mm。如图5所示的基于现有技术的半导体激光器光纤耦合模块，第一半导体激光器组件51与第二半导体激光器组件52的尺寸之和大于27mm×42mm。而本实用新型实施例1的第一半导体激光器组件1与第二半导体激光器组件2的尺寸之和为27mm×30mm，本实用新型的光纤耦合模块的尺寸小于基于现有技术的光纤耦合模块的尺寸。

本实施例1通过多个第一一体化透镜112和多个第二一体化透镜212，有效缩短慢轴准直镜、反射镜与激光芯片的距离，使得半导体激光器光纤耦合模块更加紧凑，减小半导体激光器光纤耦合模块的体积和重量。此外，以本实用新型实施例1利用一个一体化透镜代替了一个慢轴准直镜和一个反射镜，从而提高装调效率。

实施例2

实施例2与实施例1区别在于，实施例2的第一半导体激光器组件61和第二半导体激光器组件62共用一个激光芯片和一个热沉，可以进一步减小光纤耦合模块的尺寸和重量。

本实用新型实施例2提供双边发射紧凑型半导体激光器光纤耦合模块的侧视图，如图4所示，第一半导体激光器组件61中第一激光器单元61a的光束由第三半导体激光器芯片602的前腔面发出，第二半导体激光器组件62中第二激光器单元62a的光束由第三半导体激光器芯片602的后腔面发出，第三陶瓷热沉601的长度和第三激光芯片602的腔长相同。在第三激光芯片602的前腔面发出的光束由第三快轴准直镜711和第三一体化透镜712进行整形，第三一体化透镜712与实施例1的第一一体化透镜112相同。第三激光芯片602的后腔面发出的光束由第四快轴准直镜811和第四一体化透镜812进行整形，第四一体化透镜812与第三一体化透镜712相同。

第一偏振合束组件3由第一反射镜31、第一偏振合束棱镜32、第一VBG33组成，平移棱镜34将第一半导体激光器组件61发出的合束光束进行平移，再由第一偏振合束棱镜32合束。第一聚焦镜4，将第三合束光束聚焦，从而耦合进第一光纤5。

以本实施例2具体的设计举例：第三陶瓷热沉601尺寸5.75mm×4.5mm，第三一体化透镜712和第四一体化透镜812的焦距都为12mm，尺寸都为6.5mm×4mm，平移棱镜34的尺寸为14mm×3mm，第一激光器单元和第二激光器单元的数量n＝6，第一激光器单元61a与第一激光器单元61b的中心距离为5mm，第一半导体激光器组件61与第二半导体激光器组件62的尺寸之和为20mm×34mm。

与实施方案1相比，实施例2可进一步降低模块尺寸。与如图4所示的基于现有技术的半导体激光器光纤耦合模块相比，实施例2的设计尺寸减小幅度约为40％。

本实用新型通过采用包含慢轴扩束、准直及反射的一体化透镜，可以有效缩短慢轴准直镜、反射镜与激光芯片的距离，使得半导体激光器光纤耦合模块更加紧凑，减小半导体激光器光纤耦合模块的体积和重量。此外，以本实用新型利用一个一体化透镜代替了一个慢轴准直镜和一个反射镜，从而提高装调效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种紧凑型半导体激光器光纤耦合模块，包括：用于产生第一合束光束的第一半导体激光器组件；用于产生第二合束光束的第二半导体激光器组件；用于将所述第一合束光束和所述第二合束光束进行偏振合束形成第三合束光束的偏振合束组件；用于将所述第三合束光束进行聚焦的聚焦镜；聚焦后的光束耦合进光纤；第一半导体激光器组件包括多个呈阶梯排布第一激光器单元；第二半导体激光器组件包括多个呈阶梯排布第二激光器单元；其特征在于，所述第一激光器单元包括在光路上依次设置第一快轴准直镜和第一一体化透镜；所述第二激光器单元都包括在光路上依次设置第二快轴准直镜和第二一体化透镜；所述第一一体化透镜和第二一体化透镜均包括：入射面为非球面，用于减小球差；反射面，用于光束折转；出射面为非球面，用于减小球差。

2.根据权利要求1所述紧凑型半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于，所述第一半导体激光器组件与所述第二半导体激光器组件相对放置。

3.根据权利要求2所述紧凑型半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于，所述第一激光器单元还包括第一激光芯片和第一热沉；所述第一激光芯片位于所述第一热沉上，在所述第一激光芯片出光方向上依次设置所述第一快轴准直镜和所述第一一体化透镜；所述第一激光芯片为从前腔面出光。

4.根据权利要求3所述紧凑型半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于，所述第二激光器单元还包括第二激光芯片和第二热沉；所述第二激光芯片位于所述第二热沉上，在所述第二激光芯片出光方向上依次设置所述第二快轴准直镜和所述第二一体化透镜；所述第二激光芯片为从前腔面出光。

5.根据权利要求2所述紧凑型半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于，所述第一激光器单元和所述第二激光器单元共用一个第三激光芯片和一个第三热沉，所述第三激光芯片位于所述第三热沉上；所述第三激光芯片为从前、后腔面出光；在第三激光芯片前腔面出光方向上依次设置所述第一快轴准直镜和所述第一一体化透镜；在第三激光芯片后腔面出光方向上依次设置所述第二快轴准直镜和所述第二一体化透镜。

6.根据权利要求1-5任一项所述紧凑型半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于，所述第一一体化透镜和所述第二一体化透镜均为CNC加工或模压成型。

7.根据权利要求6所述紧凑型半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于，还包括壳体，所述壳体上表面呈阶梯状；多个所述第一激光器单元呈第一排分别设置于所述壳体的阶梯状的各个台阶上；多个所述第二激光器单元呈第二排分别设置于所述壳体的阶梯状的各个台阶上；所述第一激光器单元和所述第二激光器单元出光方向相反或相同。

8.根据权利要求7所述紧凑型半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于，壳体材料为铜、铝合金、镁合金、铝基碳化硅或碳化硅中的一种。