RU2688888C1 - Laser module and method of its manufacturing - Google Patents
Laser module and method of its manufacturing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2688888C1 RU2688888C1 RU2018117742A RU2018117742A RU2688888C1 RU 2688888 C1 RU2688888 C1 RU 2688888C1 RU 2018117742 A RU2018117742 A RU 2018117742A RU 2018117742 A RU2018117742 A RU 2018117742A RU 2688888 C1 RU2688888 C1 RU 2688888C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical fiber
- base
- housing
- laser
- lenses
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/16—Beam splitting or combining systems used as aids for focusing
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
- H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
- H01S5/02326—Arrangements for relative positioning of laser diodes and optical components, e.g. grooves in the mount to fix optical fibres or lenses
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к лазерной технике, в частности к лазерному модулю, состоящему из нескольких одиночных лазерных диодов, излучение которых вводится в оптическое волокно, и предназначена для накачки волоконных лазеров.The group of inventions relates to laser technology, in particular to a laser module consisting of several single laser diodes, the radiation of which is introduced into an optical fiber, and is designed for pumping fiber lasers.
Такие лазерные модули позволяют суммировать мощность излучения нескольких полупроводниковых источников и получать излучение высокой яркости в оптическом волокне при достаточно небольших габаритах конструкции. Как правило, для ввода излучения нескольких лазерных диодов в волокно применяются схемы пространственного объединения отдельных диодов в общий пучок.Such laser modules make it possible to sum up the radiation power of several semiconductor sources and to obtain high-brightness radiation in an optical fiber with a sufficiently small size of the structure. As a rule, to enter the radiation of several laser diodes into the fiber, the schemes of the spatial integration of individual diodes into the common beam are used.
Известен лазерный модуль (п. Китая №104767118, МПК G02B 6/42, H01S 5/06, опубл. 08.07.2015 г.), состоящий из нескольких лазерных диодов (ЛД), смонтированных на индивидуальные пластины одинаковой высоты, которые в свою очередь крепятся на единое основание. Модуль также содержит установленные на основание линзы и зеркала. В состав модуля входит также фокусирующая линза и согласованное с ней оптическое волокно (ОВ).Known laser module (p. China No. 104767118, IPC G02B 6/42,
Отличием устройства является наличие поляризационных зеркал, а также то, что фокусирующий узел содержит не две цилиндрические, а одну сферическую линзу.The difference of the device is the presence of polarization mirrors, as well as the fact that the focusing node contains not two cylindrical, but one spherical lens.
Преимуществом такого устройства является возможность объединения излучения большего количества ЛД, чем при пространственном методе сложения лучей за счет применения дополнительных поляризационных деталей. Использование в конструкции одной сферической линзы позволяет уменьшить количество конструктивных элементов узла ввода лазерного излучения в ОВ.The advantage of such a device is the possibility of combining the radiation of a larger number of LDs than with the spatial method of combining rays due to the use of additional polarization details. The use of a single spherical lens in the design allows reducing the number of structural elements of the laser radiation injection unit in the OF.
К недостаткам конструкции можно отнести то, что использование поляризационных элементов приводит к дополнительным потерям оптической мощности в связи с тем, что поляризация излучения ЛД отличается от линейной. Использование одной сферической линзы вместо двух цилиндрических задает особые требования к параметрам пучка: инварианты лазерного пучка по быстрой и медленной оси лазерного диода должны быть равными. Это в свою очередь приводит к необходимости использования более длиннофокусной коллимирующей линзы для медленной оси ЛД, что вызовет увеличение габаритных размеров модуля.The disadvantages of the design include the fact that the use of polarization elements leads to additional losses of optical power due to the fact that the polarization of the radiation of LD differs from linear polarization. The use of one spherical lens instead of two cylindrical sets special requirements to the beam parameters: laser beam invariants along the fast and slow axis of the laser diode should be equal. This in turn leads to the need to use a longer-focus collimating lens for the slow axis of the LD, which will cause an increase in the overall dimensions of the module.
Наиболее близким аналогом лазерного модуля (ЛМ) в группе изобретений, который принят за прототип, является полупроводниковый лазерный модуль (п. США №9746627, МПК G02B 6/42, H01S 5/022, 5/40, опубл. 25.08.2016 г.), в корпусе которого размещено ступенчатое основание, на каждой ступени которого последовательно размещены лазерные диоды, на передней поверхности теплоотводов которых закреплены микролинзы, цилиндрические линзы и плоские зеркала, и фокусирующие цилиндрические линзы. Фокусирующие линзы размещены в двух ортогональных плоскостях соосно ОВ, зеркала установлены таким образом, что их отражающие поверхности расположены под углом 45° к излучающей поверхности лазерных диодов. Одна часть ОВ зафиксирована в корпусе, а другая в защитной трубке, расположенной в штуцере, который закреплен на корпусе, основание выполнено с последовательным уменьшением высоты ступеней в сторону фокусирующих цилиндрических линз, представляющих собой узел фокусировки. ОВ размещено в стеклянном капилляре, который установлен в светопоглощающем элементе корпуса. Также модуль снабжен светоблокирующими элементами.The closest analogue of the laser module (LM) in the group of inventions, which is taken as a prototype, is a semiconductor laser module (Clause USA No. 9746627, IPC G02B 6/42,
Достоинством такой конструкции является надежность узла крепления волокна: светоблокирующие элементы и стеклянный капилляр позволяют отвести излучение, не попавшее в волокно, на поглощающий материал корпуса модуля.The advantage of this design is the reliability of the fiber mount: the light-blocking elements and the glass capillary allow radiation, which did not get into the fiber, to be diverted to the absorbing material of the module case.
К недостаткам такой конструкции можно отнести, во-первых, сложность изготовления капилляра, имеющего внутренний диаметр, сравнимый с диаметром волокна, во-вторых, наличие множества конструктивных элементов в узле фокусировки, что является неоправданно трудоемко с точки зрения технологического процесса.The disadvantages of this design can be attributed, firstly, the complexity of manufacturing a capillary, having an internal diameter comparable to the fiber diameter, secondly, the presence of many structural elements in the focusing unit, which is unnecessarily time-consuming from the point of view of the technological process.
Известен способ изготовления лазерного модуля (п. Китая №104767118, МПК G02B 6/42, H01S 5/06, опубл. 08.07.2015 г.), который предусматривает: фиксацию ЛД на индивидуальной пластине одинаковой высоты для всех ЛД при помощи пайки. Ориентирование и размещение диодов происходит так, чтобы кромка выходного зеркала диода совпадала с кромкой специального выступа на пластине. На каждой индивидуальной пластине для соответствующего лазерного диода предполагается последовательная фиксация коллимирующей микролинзы для быстрой оси ЛД и коллимирующей линзы для медленной оси ЛД. Каждая несущая пластина закрепляется на ступенчатом основании при помощи винтов через теплопроводящую прокладку, например индиевую фольгу. На каждой ступени основания корпуса установлено поворотное зеркало, или поляризационный куб с располагающейся перед ним фазовой пластинкой. Способ изготовления модуля включает установку и фиксацию в корпусе фокусирующей сферической линзы и согласованного с ней оптического волокна.A known method of manufacturing a laser module (p. China No. 104767118, IPC
Преимуществом такого способа изготовления является ремонтопригодность модуля - при выходе из строя одного из ЛД, его можно легко заменить, разобрав винтовое соединение. Использование в конструкции одной сферической линзы позволяет уменьшить количество технологических операций при изготовлении ЛМ.The advantage of this method of manufacture is the maintainability of the module - when one of the LD fails, it can be easily replaced by disassembling the screw connection. The use of one spherical lens in the design allows to reduce the number of technological operations in the manufacture of LM.
Недостатком способа изготовления является то, что винтовые соединения увеличивают габариты модуля, увеличивают тепловое сопротивление и снижают точность размещения лазерных диодов на ступенчатом основании. Ориентирование и размещение диодов на пластине возможно только на специальной монтажной установке, которая распознает и совмещает кромки пластины и лазерного диода, осуществляя затем прижим лазерного диода и нагрев. Базировать лазерный диод относительно кромки пластины путем прижима данных кромок к плоскости оснастки невозможно по причине вероятности повреждения выходного зеркала лазерного диода.The disadvantage of the method of manufacture is that the screw connections increase the dimensions of the module, increase the thermal resistance and reduce the accuracy of the placement of the laser diodes on a stepped base. Orientation and placement of the diodes on the plate is possible only on a special mounting installation that recognizes and aligns the edges of the plate and the laser diode, then pressing the laser diode and heating it. It is impossible to base the laser diode against the plate edge by pressing these edges to the tooling plane due to the probability of damage to the output mirror of the laser diode.
Наиболее близким аналогом способа изготовления лазерного модуля в группе изобретений, который принят за прототип, является способ изготовления, описанный в патенте под названием «Лазерный модуль» (п. США №8432945, МПК G02B 27/20, H01S 3/04, опубл. 30.04.2013 г.). Способ включает изготовление корпуса, крышки, ступенчатого основания, установку и фиксацию на основании лазерных диодов, микролинз, цилиндрических линз и зеркал, фиксацию основания в корпусе, размещение оптического волокна в корпусе. Способ подразумевает использование индивидуальных несущих пластин одинаковой высоты для фиксации лазерных диодов на ступенчатом основании. Лазерные диоды фиксируются на пластине при помощи клея или пайкой. Пластины крепятся к единому ступенчатому основанию при помощи клея или пайкой.The closest analogue of the method of manufacturing a laser module in the group of inventions, which is taken as a prototype, is the method of manufacture described in the patent entitled "Laser Module" (Clause USA No. 8432945, IPC G02B 27/20,
Достоинством такого способа изготовления является унифицированный модуль - ЛД на типовой несущей пластине. Для одинаковых несущих пластин проще изготовить оснастку для вакуумного нанесения тонкопленочных покрытий, а также возможно осуществлять монтаж ЛД на данные пластины с заданной точностью при помощи автоматических установок пайки.The advantage of this method of manufacture is a unified module - LD on a typical carrier plate. For the same carrier plates, it is easier to manufacture equipment for vacuum deposition of thin-film coatings, and it is also possible to install the LD on these plates with a given accuracy using automatic soldering units.
К недостаткам способа можно отнести необходимость множества последовательных операций фиксации лазерных диодов к пластинам. Фиксация пластин к единому основанию при помощи клея увеличивает тепловое сопротивление и уменьшает механическую прочность соединений, а использование метода пайки, например, на фольгу припоя предусматривает использование дополнительного типа припоя, имеющего более низкую температуру плавления, чем припой, на который фиксируются лазерные диоды на пластины, что снижает возможный температурный диапазон хранения и эксплуатации устройства.The disadvantages of the method include the need for multiple sequential operations of fixing laser diodes to the plates. Fixing the plates to a single base with glue increases the thermal resistance and reduces the mechanical strength of the joints, and the use of a soldering method, for example, on solder foil, involves the use of an additional type of solder having a lower melting point than the solder on which the laser diodes are fixed to the plates, which reduces the possible temperature range of storage and operation of the device.
Известно, что при фокусировке излучения в ОВ часть излучения, не попавшая в волокно, разогревает области крепления волокна, что вызывает механические деформации и в результате может измениться эффективность ввода излучения в ОВ. Также существует проблема, которая приводит к уменьшению срока службы модулей, а именно, распространение части излучения, не попавшего в сердцевину волокна, по оболочке. Это может привести к возгоранию волокна, особенно при изменении радиуса изгиба волокна. Поэтому надежность модуля во многом зависит от способа крепления ОВ.It is known that when focusing radiation into an optical fiber, a part of the radiation that does not enter the fiber heats up the fastening areas of the fiber, which causes mechanical deformations and, as a result, the efficiency of introducing radiation into the optical fiber may change. There is also a problem that leads to a decrease in the service life of the modules, namely, the propagation of a part of the radiation that did not get into the core of the fiber over the shell. This may cause the fiber to burn, especially if the bending radius of the fiber changes. Therefore, the reliability of the module largely depends on the method of mounting the OF.
Единый технический результат, получаемый при использовании предлагаемой группы изобретений, - расширение температурного диапазона хранения и применения ЛМ, повышение стабильности выходных параметров при повышенных эксплуатационных нагрузках (механических, тепловых, ударных и вибрационных), а также технологичности конструкции ЛМ и способа его изготовления.The single technical result obtained by using the proposed group of inventions is the expansion of the temperature range of storage and application of LM, increasing the stability of output parameters with increased operational loads (mechanical, thermal, shock and vibration), as well as the manufacturability of the LM design and method of its manufacture.
Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - лазерный модуль достигается тем, что в лазерном модуле, в корпусе которого размещено ступенчатое основание, на каждой ступени которого последовательно размещены лазерные диоды, на передней поверхности теплоотводов которых закреплены микролинзы, линзы и плоские зеркала, и фокусирующие линзы, размещенные в двух ортогональных плоскостях соосно оптическому волокну, зеркала установлены таким образом, что их отражающие поверхности расположены под углом 45° к излучающей поверхности лазерных диодов, одна часть оптического волокна зафиксирована в корпусе, а другая в защитной трубке, расположенной в штуцере, который закреплен на корпусе, основание выполнено с последовательным уменьшением высоты ступеней в сторону фокусирующих линз, при этом все линзы выполнены цилиндрическими, согласно изобретению на верхнюю поверхность основания нанесена тонкопленочная металлизация, отверстие в корпусе для оптического волокна расположено в выступе корпуса, в котором выполнен закрытый паз для материала, фиксирующего оптическое волокно, соединяющийся с отверстием для размещения оптического волокна, в штуцере последовательно от корпуса выполнены пазы, соединяющиеся с отверстием для оптического волокна: паз для материала, фиксирующего оптическое волокно, и паз для материала, фиксирующего защитную трубку, корпус заполнен сверхчистым химически инертным газом, основание закреплено в корпусе жестко.This technical result in the implementation of the group of inventions on the object - a laser module is achieved by the fact that in the laser module, in the case of which a stepped base is placed, at each step of which laser diodes are successively placed, on the front surface of the heat sink which is fixed microlenses, lenses and flat mirrors, and focusing lenses placed in two orthogonal planes coaxially with the optical fiber, the mirrors are mounted so that their reflecting surfaces are at an angle of 45 ° to The emitting surface of laser diodes, one part of the optical fiber is fixed in the housing and the other in a protective tube located in the choke that is fixed to the housing, the base is made with a gradual decrease in the height of the steps towards the focusing lenses, all the lenses are cylindrical, according to the invention the upper surface of the base is applied thin-film metallization, the hole in the housing for optical fiber is located in the protrusion of the housing, in which a closed groove for the material is made; that connects an optical fiber hole to accommodate an optical fiber, grooves are connected in series from the body in the fitting; they connect to the optical fiber hole: the material groove for the optical fiber locking material and the material for the protective tube fixing material, the body is filled with ultrapure chemically inert gas The base is fixed in the case rigidly.
Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способ изготовления достигается тем, что в способе, включающем изготовление корпуса, крышки, ступенчатого основания, установку и фиксацию на основании лазерных диодов, микролинз, цилиндрических линз и зеркал, фиксацию основания в корпусе, размещение оптического волокна в корпусе, при этом зеркала установлены таким образом, что их отражающие поверхности расположены под углом 45° к излучающей поверхности лазерных диодов, на передней поверхности теплоотводов которых закрепляют микролинзы, основание выполняют с последовательным уменьшением высоты ступеней и размещают таким образом, что уменьшение высоты ступеней расположено в сторону оптического волокна, согласно изобретению на верхнюю поверхность основания наносят тонкопленочную металлизацию путем термического испарения индия в вакуумной камере, осуществляют фиксацию лазерных диодов одновременно и однооперационно пайкой в парогазовой восстановительной среде, основание крепят к корпусу жестко, после чего в корпусе размещают оптическое волокно и соосно ему фокусирующие цилиндрические линзы в двух ортогональных плоскостях, фиксируют оптическое волокно и фокусирующие линзы, крепят к корпусу штуцер, фиксируют оптическое волокно в штуцере, устанавливают в штуцер защитную трубку, в которой располагают оптическое волокно, фиксируют защитную трубку в штуцере, устанавливают крышку, корпус заполняют сверхчистым химически инертным газом, фиксацию оптического волокна в корпусе проводят в два этапа: сначала безусадочным ультрафиолетовым (УФ) отверждаемым адгезивом, затем УФ-отверждаемой полимерной композицией с показателем преломления равным или большим показателя преломления оболочки оптического волокна, фиксацию оптического волокна в штуцере осуществляют УФ-отверждаемой полимерной композицией с показателем преломления равным или большим показателя преломления оболочки оптического волокна.This technical result in the implementation of the group of inventions on the object - the method of manufacture is achieved by the fact that in the method including the manufacture of the case, cover, stepped base, installation and fixation on the basis of laser diodes, microlenses, cylindrical lenses and mirrors, fixing the base in the case, placing the optical fibers in the housing, while the mirrors are installed in such a way that their reflective surfaces are at an angle of 45 ° to the radiating surface of the laser diodes, on the front surface of the heat sink which fix the microlenses, the base is performed with a successive decrease in the height of the steps and is placed in such a way that the reduction in the height of the steps is located in the direction of the optical fiber; according to the invention, thin-film metallization is applied on the upper surface of the base by thermal evaporation of indium in the vacuum chamber, and the laser diodes are fixed simultaneously and one-step by soldering in a vapor-gas reducing medium, the base is rigidly fixed to the body, after which an optical fiber and coaxially focusing cylindrical lenses in two orthogonal planes, fixing the optical fiber and focusing lenses, fix the fitting to the body, fix the optical fiber in the fitting, install the protective tube in the fitting, in which the optical fiber is placed, fix the protective tube in the fitting, install the cover, the body is filled with an ultrapure chemically inert gas; the fixation of the optical fiber in the body is carried out in two stages: first with a non-shrinking ultraviolet (UV) curable adhesive, then UV -curable polymer composition with a refractive index equal to or greater than the refractive index of the shell of an optical fiber; fixing the optical fiber in the fitting is performed by a UV-curable polymer composition with a refractive index of equal or greater than the refractive index of the shell of the optical fiber.
Создание ЛМ описанным выше образом обеспечило уменьшение количества технологических операций при изготовлении ЛМ за счет того, что фиксация всех лазерных диодов на основании производится одновременно и однооперационно на тонкопленочной металлизации основания, при этом лазерные диоды напаиваются без использования индивидуальных несущих пластин. Крепление ЛД при помощи пайки на тоикопленочную металлизацию минимизирует тепловое сопротивление модуля, увеличивает механическую прочность, а так же расширяет температурный диапазон хранения и эксплуатации модуля вплоть до температуры плавления материала металлизации.The creation of LM in the manner described above provided a reduction in the number of technological operations in the manufacture of LM due to the fact that the fixation of all laser diodes on the base is performed simultaneously and single-step on thin-film metallization of the base, while the laser diodes are soldered without using individual carrier plates. Fixing the LD by soldering on toikofilnuyu metallization minimizes the thermal resistance of the module, increases the mechanical strength, and also expands the temperature range of storage and operation of the module up to the melting point of the metallization material.
Кроме того удалось уменьшить количество конструктивных элементов. Основание, на которое монтируются диоды, коллимирующие линзы и зеркала, представляет собой единую деталь, отдельную от корпуса, что позволяет сделать более доступными операции монтажа диодов и оптических элементов. Основание крепится к корпусу жестко, что в свою очередь обеспечивает устойчивость к разъюстировке оптических элементов.In addition, it was possible to reduce the number of structural elements. The base on which the diodes, collimating lenses and mirrors are mounted, is a single piece, separate from the case, which makes it possible to make mounting operations of diodes and optical elements more accessible. The base is fixed to the body rigidly, which in turn provides resistance to misalignment of optical elements.
Для фиксации волокна предложена конструкция, являющаяся частью корпуса. При этом выполнение закрытого паза, соединяющегося с отверстием для размещения волокна, позволило не вводить в конструкцию ЛМ диафрагмы для ограничения излучения, не попадающего в ОВ. Т.к., ее функцию на себя взяла передняя стенка узла крепления ОВ, являющаяся частью корпуса. Это также привело к уменьшению количества технологических операций при изготовлении и к уменьшению количества клеевых соединений, а значит к минимизации теплового сопротивления конструкции и увеличению надежности работы лазерного модуля. Финальное заполнение модуля сверхчистым химически инертным газом с последующей герметизацией конструкции препятствует образованию конденсата на элементах модуля при перепаде температур. Это обеспечивает защиту от повреждения зеркал лазерных диодов и выхода ЛД из строя. Также сохраняются оптические свойства элементов модуля, что позволяет обеспечить стабильность выходной мощности в широких температурных режимах эксплуатации ЛМ.For fixing the fiber proposed design, which is part of the body. At the same time, the implementation of a closed groove, connecting with a hole for accommodating the fiber, made it possible not to introduce diaphragms into the LM construction to limit radiation that does not fall into the optical fiber. Because, its function was taken over by the front wall of the OB mountings, which is part of the body. It also led to a decrease in the number of technological operations during manufacture and to a decrease in the number of adhesive joints, and therefore to a minimization of the thermal resistance of the structure and an increase in the reliability of the laser module. The final filling of the module with ultrapure chemically inert gas followed by hermetic sealing of the structure prevents the formation of condensate on the elements of the module when the temperature drops. This provides protection against damage to the mirrors of laser diodes and failure of the LD. The optical properties of the elements of the module are also preserved, which makes it possible to ensure the stability of the output power in wide temperature conditions of operation of the LM.
Установлено, что при отверждении ультрафиолетовым излучением клей дает усадку, что приводит к позиционному отклонению волокна от найденного при юстировке оптимального положения, в результате чего падает эффективность ввода лазерного излучения в волокно. Известны виды УФ-отверждаемого клея с низким коэффициентом усадки, однако они поглощают на длине волны излучения лазерного диода, в результате чего клей разогревается и деградирует, что может привести к снижению надежности конструкции. Для решения проблемы надежной фиксации волокна применен метод двухэтажного приклеивания волокна. Сначала волокно фиксируется в отверстии тонкой полоской безусадочного УФ-отверждаемого клея, наносимого сверху в виде мостика. После отверждения клея отверстие в корпусе, через которое проходит волокно, полностью заливается УФ-отверждаемой полимерной композицией, прозрачной для длины волны излучения лазерного диода. При отверждении полимера положение волокна не изменяется благодаря предварительной фиксации, что позволяет сохранить полученную в результате юстировки эффективность ввода излучения лазерных диодов в волокно. А создание вокруг волокна капилляра из полимера позволяет отвести излучение в виде тепловой энергии на стенки корпуса и предупреждает смещение волокна при эксплуатации модуля.It was found that when cured by ultraviolet radiation, the adhesive shrinks, which leads to a positional deviation of the fiber from the optimal position found during the alignment, as a result of which the efficiency of introducing laser radiation into the fiber decreases. There are known types of UV-curable glue with a low shrinkage ratio, however, they absorb laser diode radiation at a wavelength, as a result of which the glue is heated and degrades, which can lead to a decrease in the reliability of the design. To solve the problem of reliable fixation of the fiber, a two-story fiber gluing method was applied. First, the fiber is fixed in the hole with a thin strip of non-shrinkable UV-curable adhesive, applied from above in the form of a bridge. After the adhesive cures, the hole in the housing, through which the fiber passes, is completely filled with a UV-curable polymer composition that is transparent to the wavelength of the laser diode. During the curing of the polymer, the position of the fiber does not change due to preliminary fixation, which makes it possible to preserve the efficiency of introducing the radiation of laser diodes into the fiber resulting from the alignment. And the creation of a polymer capillary around the fiber allows radiation to be diverted in the form of thermal energy to the walls of the body and prevents the fiber from moving during the operation of the module.
Способ приклеивания волокна в штуцере позволяет сократить мощность распространяющегося по защитной оболочке излучения и обеспечивает надежную работу лазерного модуля при уменьшении радиуса изгиба волокна.The method of gluing the fiber in the fitting reduces the power of radiation propagating through the protective sheath and ensures reliable operation of the laser module while reducing the bending radius of the fiber.
Таким образом, добились устойчивости к разъюстировке оптических элементов и к смещению оптического волокна при вводе в него излучения высокой мощности. При этом минимизировали количество технологических операций при изготовлении ЛМ, а также конструктивных элементов узла ввода лазерного излучения в ОВ. И получили устройство, позволяющее эффективно вывести излучение, распространяющееся по оболочке на теплопроводящее тело корпуса, что обеспечивает стабильность выходной мощности излучения и надежность функционирования модуля. Конструкция при это получается относительно простой.Thus, we have achieved resistance to de-alignment of optical elements and to the displacement of optical fiber when high-power radiation is introduced into it. At the same time, the number of technological operations was minimized in the manufacture of LM, as well as the structural elements of the laser injection unit in the OF. And they got a device that allows effectively outputting the radiation propagating through the shell to the heat-conducting body of the case, which ensures the stability of the output radiation power and the reliability of the module. The design for this is relatively simple.
Заявленные изобретения взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел. Действительно, при создании лазерного модуля был разработан новый способ его изготовления. Использование данного ЛМ позволяет получить требуемый технический результат - расширение температурного диапазона хранения и применения лазерного модуля, повышение устойчивости конструкции модуля к внешним воздействующим факторам, оптимизация конструкции ЛМ и способа его изготовления.The claimed inventions are interrelated so that they form a single inventive concept. Indeed, when creating a laser module, a new method of its manufacture was developed. The use of this LM allows you to obtain the required technical result - the expansion of the temperature range of storage and use of the laser module, increasing the stability of the module design to external influencing factors, optimization of the design of the LM and the method of its manufacture.
При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого технического решения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».When analyzing the level of technology is not detected analogues, characterized by signs that are identical to all the essential features of this invention. And also not revealed the fact of fame of the influence of the signs included in the formula, on the technical result of the proposed technical solution. Therefore, the claimed invention meets the conditions of "novelty" and "inventive step".
На фиг. 1 приведен схематический вид предлагаемого устройства (вид сверху).FIG. 1 shows a schematic view of the proposed device (top view).
На фиг. 2 показана форма ступенчатого основания.FIG. 2 shows the shape of the stepped base.
На фиг. 3 показан узел крепления оптического волокна (вид сбоку).FIG. 3 shows an optical fiber mounting assembly (side view).
Лазерный модуль (фиг. 1) содержит корпус 1 из теплопроводящего материала, например меди; ступенчатое основание 2 из теплопроводящего материала, например, меди (фиг. 2); изоляторы 3, расположенные симметрично на противоположных сторонах основания, электрические выводы 4, выполненные в виде шунтирующих стержней, установленных в сквозные отверстия корпуса 1, соединяющие изоляторы 3 основания 2; установленные на ступенях основания 2 и выровненные в одной плоскости лазерные диоды 51-56, которые последовательно соединены между собой через электропроводящие проволоки. На соответствующей ступени основания для каждого лазерного диода установлены цилиндрические микролинзы 61-66 с асферическим профилем кривизны поверхности, которые крепятся с помощью УФ-адгезива к передней поверхности теплоотвода лазерного диода. На соответствующих ступенях основания 2 также установлены цилиндрические линзы 71-76 и плоские зеркала 81-86, отражающая поверхность которых располагается под углом 45° к излучающей поверхности лазерных диодов.The laser module (Fig. 1) includes a
Лазерный модуль также содержит две фокусирующие цилиндрические линзы 9, 10, расположенные в двух ортогональных плоскостях, установленные на разной высоте на площадках, сформированных в дне корпуса 3. Фокусирующие цилиндрические линзы размещены соосно ОВ 11. Основание 2 выполнено с последовательным уменьшением высоты ступеней в сторону фокусирующих цилиндрических линз 9, 10. На верхнюю поверхность основания нанесена тонкопленочная металлизация.The laser module also contains two focusing
Освобожденный от полимерного покрытия участок 12 волокна располагается в сквозном отверстии 13 выступа корпуса 1 (фиг. 3). В выступе корпуса выполнен закрытый паз 14 для материала, фиксирующего ОВ, соединяющийся с отверстием 13 для размещения ОВ. Т.к., паз 14 выполнен закрытым, он вскрывает неполной участок отверстия 13, оставляя часть 15 выступа корпуса, которая служит диафрагмой, блокирующей излучение, не попавшее в волокно.Freed from the
Лазерный модуль содержит штуцер 16 из теплопроводящего материала. Штуцер служит для размещения ОВ, закреплен на корпусе и соединяется с отверстием 13. В штуцере последовательно от корпуса выполнены пазы, соединяющиеся с отверстием штуцера для ОВ: паз 17 для материала, фиксирующего ОВ, и паз 18 для материала, фиксирующего защитную трубку 19.The laser module contains a fitting 16 of thermally conductive material. The fitting serves to accommodate the OF, fixed to the housing and connected to the
Таким образом, одна часть ОВ 11 зафиксирована в корпусе, а другая в защитной трубке 19, расположенной в штуцере 16.Thus, one part of the
Вокруг штуцера 16 и защитной трубки 19 размещается термоусаживаемая фиксирующая защитная трубка 20. Корпус 1 снабжен защитной крышкой 21.A heat-shrinkable fixing
Лазерный диодный модуль работает следующим образом.Laser diode module works as follows.
При подаче электропитания от электрических выводов лазерные диоды 51-56 генерируют лазерное излучение, которое обладает несимметричной формой по быстрой и медленной осям. Для преобразования излучения по быстрой оси для каждого лазерного диода используется соответствующая цилиндрическая микролинза 61-66. По медленной оси излучение каждого лазерного диода коллимируется соответствующей цилиндрической линзой 71-76. Затем сколлимированное излучение каждою диода отражается от соответствующего плоского зеркала 81-86 под углом 90° в горизонтальной плоскости. Таким образом, пучки лучей после отражения выстраиваются в вертикальной плоскости строго друг над другом и направляются в сторону приемного торца участка 12 волокна параллельно его оси. Объединенное излучение фокусируется на торец участка 12 волокна с помощью двух цилиндрических линз 9, 10.When power is supplied from electrical leads, laser diodes 5 1 -5 6 generate laser radiation, which has an asymmetric shape along fast and slow axes. For the conversion of radiation along the fast axis, the corresponding
Способ изготовления лазерного модуля включает изготовление теплопроводящего корпуса 1, крышки 21, установку в отверстия корпуса 1, например, пайкой, электропроводящих шунтирующих стержней 4; изготовление основания 2. Основание изготавливают из теплопроводящего материала, наносят на верхнюю поверхность основания припой в виде тонкопленочной металлизации, производят последовательную установку и выравнивание лазерных диодов 51-56 на теплоотводящем основании, после чего одновременно и однооперационно осуществляют фиксацию всех лазерных диодов на тонкопленочной металлизации теплоотводящего основания. Формирование тонкопленочной металлизации теплопроводящего основания выполняют путем термического испарения индия в вакуумной камере. Фиксацию и сборку лазерных диодов осуществляют пайкой в парогазовой восстановительной среде. Монтаж оптических элементов на основание 2 производится последовательно. Цилиндрические микролинзы 61-66 юстируют до обеспечения коллимированного пучка излучения по быстрой оси, а затем производят их фиксацию к торцевой поверхности теплоотвода лазерного диода; линзы 71-76 размещают в ортогональной плоскости относительно линз 61-66 на таком расстоянии от лазерных диодов, чтобы преобразовать излучение в коллимированный пучок в плоскости медленной оси лазерного диода, производят фиксацию линз к 71-76 к основанию 2; размещают на основании 2 плоские зеркала, отражающая поверхность которых располагается под углом 45° относительно плоскости эмиттера лазерного диода; фиксируют зеркала к нижней поверхности основания 2. После монтажа оптических элементов основание 2 устанавливают в корпус 1, базируют его при помощи штифтов и фиксируют при помощи винтового соединения. Таким образом, основание крепят в корпусе жестко. Затем производят юстировку фокусирующих линз 9, 10 и оптического волокна 11 до нахождения максимальной мощности излучения, введенного в сердцевину волокна.A method of manufacturing a laser module includes the manufacture of thermally
Крепление волокна осуществляется следующим образом.The fastening of the fiber is as follows.
Фиксацию ОВ в корпусе проводят в два этапа. Участок 12 волокна без защитного полимерного покрытия, помещается в сквозное отверстие 13. После юстировки фокусирующей оптической системы производится фиксация волокна с помощью узкой полоски безусадочного УФ-отверждаемого клея (адгезива), располагающейся сверху в виде мостика. Затем в паз 14 заливается прозрачная УФ-отверждаемая полимерная композиция с показателем преломления равным или большим показателя преломления оболочки волокна, таким образом, вокруг волокна создается клеевой капилляр. Излучение, распространяющееся по оболочке, попадает в клей, распространяется по нему, и поглощается теплоотводяшим корпусом 1.Fixation OB in the case is carried out in two stages.
Затем производят клеевое крепление штуцера 16 к корпусу 1, при этом волокно внутри штуцера находится в защитном полимерном покрытии 22, в которое может попадать излучение, распространяющееся по оболочке волокна, не выведенное внутри корпуса 1. Это излучение выводится на поверхность металлического штуцера следующим образом. В паз 17 штуцера 16 заливается УФ-отверждаемая полимерная композиция с показателем преломления равным или большим, чем у защитной оболочки волокна. Таким образом, вокруг волокна создается клеевой капилляр, почти вся поверхность которого находится внутри штуцера. Излучение, распространяющееся по защитной оболочке волокна, попадает в капилляр, а далее выводится в виде тепловой энергии на поверхность штуцера. Затем на волокно одевается защитная трубка 19, которая частично фиксируется внутри штуцера адгезивом, залитым в паз 18 штуцера 16. Сверху штуцера одевается защитная термоусаживаемая трубка 20.Then make the glue fitting 16 to the
По окончании сборки лазерного модуля на корпус устанавливают защитную крышку 21. Готовый модуль заполняют сверхчистым химически инертным газом с Точкой росы, соответствующей температуре ниже температуры эксплуатации лазерного модуля. После этого производится герметизация конструкции.Upon completion of the laser module assembly, a
Таким образом, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемой группы изобретений следующей совокупности условий:Thus, the presented information indicates that the following set of conditions is fulfilled when using the claimed group of inventions:
- процесс, воплощающий заявленный способ при его осуществлении, предназначен для изготовления заявленного устройства, предназначенного для использования в качестве модуля накачки для мощных оптоволоконных лазеров, а также лазеров медицинского назначения.- the process embodying the claimed method in its implementation, is intended for the manufacture of the claimed device, intended for use as a pumping module for high-power fiber-optic lasers, as well as medical lasers.
- для заявляемой группы изобретений в том виде, в котором она охарактеризована в формуле изобретения, подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета устройств.- for the claimed group of inventions in the form in which it is characterized in the claims, the possibility of its implementation is confirmed using the devices described in the application and known before the priority date.
Следовательно, заявляемая группа изобретений соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed group of inventions meets the condition of "industrial applicability".
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018117742A RU2688888C1 (en) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | Laser module and method of its manufacturing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018117742A RU2688888C1 (en) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | Laser module and method of its manufacturing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2688888C1 true RU2688888C1 (en) | 2019-05-22 |
Family
ID=66636955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018117742A RU2688888C1 (en) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | Laser module and method of its manufacturing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2688888C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU226002U1 (en) * | 2024-03-20 | 2024-05-16 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Инжект" | LASER SOLDER MODULE |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080310027A1 (en) * | 2007-06-12 | 2008-12-18 | Jds Uniphase Corporation | Light Source |
| US8432945B2 (en) * | 2010-09-30 | 2013-04-30 | Victor Faybishenko | Laser diode combiner modules |
| RU155668U1 (en) * | 2014-12-11 | 2015-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ФТИ-Оптроник" | OPTOELECTRONIC MODULE |
| US9746627B2 (en) * | 2013-09-12 | 2017-08-29 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser module |
-
2018
- 2018-05-14 RU RU2018117742A patent/RU2688888C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080310027A1 (en) * | 2007-06-12 | 2008-12-18 | Jds Uniphase Corporation | Light Source |
| US8432945B2 (en) * | 2010-09-30 | 2013-04-30 | Victor Faybishenko | Laser diode combiner modules |
| US9746627B2 (en) * | 2013-09-12 | 2017-08-29 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser module |
| RU155668U1 (en) * | 2014-12-11 | 2015-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ФТИ-Оптроник" | OPTOELECTRONIC MODULE |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU226002U1 (en) * | 2024-03-20 | 2024-05-16 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Инжект" | LASER SOLDER MODULE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10797471B2 (en) | Low cost optical pump laser package | |
| US6934450B2 (en) | Optical path-changing connector | |
| US9036678B2 (en) | Light emitting semiconductor device | |
| CN101933202B (en) | Laser emitter modules and methods of assembly | |
| JP2016164671A (en) | Semiconductor laser module | |
| US20090059614A1 (en) | Illumination system using a plurality of light sources | |
| US20080225549A1 (en) | Linear Optic Light Coupler | |
| JP6459296B2 (en) | Light emitting module and multi-channel light emitting module | |
| TWI708971B (en) | A method for manufacturing optical light guide elements and an optical light guide element | |
| US7050238B2 (en) | Power combination optical system and light source module | |
| EP3423879B1 (en) | Optical coupling assembly | |
| JP7480609B2 (en) | Optical module and method for manufacturing the optical module | |
| US10444448B2 (en) | Optical module platform structure and method of manufacturing the same | |
| RU2688888C1 (en) | Laser module and method of its manufacturing | |
| EP1626298A1 (en) | Opto-electronic housing and optical assembly | |
| WO2021010488A1 (en) | Semiconductor laser module, light source unit, light source device, and optical fiber laser | |
| CN112310800A (en) | Compact optical fiber coupling output semiconductor laser | |
| Uekawa et al. | Surface-mountable silicon microlens for low-cost laser modules | |
| JP2018170431A (en) | Semiconductor laser device and manufacturing method for the same | |
| JP6130427B2 (en) | Laser module | |
| CN108705192A (en) | A kind of design method for preventing back reflex reflector and filtering unit and offset component | |
| JP7479348B2 (en) | Optical fiber end structure and semiconductor laser module | |
| CN214337124U (en) | Semiconductor laser device | |
| RU2201025C2 (en) | Method for manufacturing optical transmitting module | |
| CN213903871U (en) | Visible light space coupling module |