[實用新型]一種半導體激光器側泵模塊

有效

• 申請號: 200920034719.1
• 申請日: 2009-09-24
• 公開（公告）號: CN201515142U
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 劉興勝;楊凱;康利軍
• 申請（專利權）人: 西安炬光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/0941
• 分類號: H01S3/0941;H01S3/16
• 代理公司: 西安西交通盛知識產權代理有限責任公司 61217
• 代理人: 羅永娟

技術領域

本實用新型屬于激光器領域，涉及一種半導體激光器，尤其是一種半導體激光器側泵模塊。

背景技術

隨著全固態激光器在工業、醫療、軍事等領域展現越來越廣闊的應用前景，對作為核心部件的半導體激光側泵模塊提出了更高的要求。目前國內外的側泵模塊通常采用半導體激光器水平陣列呈正三角，正五角，正七角等分布泵浦中心的晶體棒。而半導體激光器陣列為了滿足晶體棒對泵浦尺寸、功率密度等參數要求，又多采用1×3，1×4，1×N等傳統水平陣列形式(Burbgan?R，SPIE，1994，2206：256；呂百達，邵懷宗，紅外與激光工程，1997，26(6)：29)。由于多個巴條呈一字排布，這樣泵浦光束在慢軸方向的尺寸與晶體棒幾乎一致；又由于半導體激光器巴條光束在晶體表面互相疊加使慢軸方向的泵浦光束很均勻；因此實際應用中在該方向無需加光學部件。而快軸方向只需加一個圓柱面透鏡即可將該方向光束壓縮控制在晶體棒尺寸內。這種側泵方式的優勢在于泵浦模塊光學部件少，光學損耗少，但該方式給泵浦帶來了很多潛在缺陷。為了滿足泵浦功率要求，不得不采用多個半導體激光器巴條進行泵浦，比如客戶需要60W的泵浦功率，那么就需要3個20W的巴條呈線陣排列(即1×3陣列，如圖1和圖2所示)。這將導致整個晶體棒的泵浦能量不均勻。而目前輸出功率達60W以上的大功率半導體激光器產品成熟，通過光學整形的方法可用1個巴條大功率半導體激光器來代替由3個巴條封裝在一起的1x3水平陣列大功率半導體激光器。這種方法不僅降低了成本，而且增強了可靠性，對該型產品的產業化升級具有重大意義。本實用新型專利利用目前市場上較為成熟的大功率半導體激光器巴條，并結合優化的光束整形系統來代替傳統的多個小功率半導體激光器巴條泵浦源的新型側泵技術。

具體而言，傳統的側泵技術存在以下缺點：

1)成本高。傳統的側泵技術需要多個小功率半導體激光器巴條線性排列才能達到泵浦功率要求，這導致泵浦源的成本高。

2)裝配復雜。傳統的泵浦系統中各個巴條條排布時縱向和橫向必須保持一致，否則會導致泵浦光分布不均勻，造成轉換效率低。因此泵浦系統對機械定位部件的加工和裝配要求很嚴格。且系統經長時間工作將導致半導體激光器巴條間的排布一致性降低，造成泵浦效率下降。

3)可靠性差。傳統的側泵技術采用多個小功率半導體激光器巴條串聯的連接方式，因此所需水冷模塊的水路系統復雜，很容易發生漏水，造成整個泵浦模塊的損壞。此外，為滿足光束均勻性的要求，傳統的泵浦技術中各個半導體激光器巴條之間只有約0.5mm的間隙，不易于安裝，給電路連接帶來困難，因此大大降低了系統的可靠性。

4)側泵能量不均勻。傳統的側泵技術主要對半導體激光器泵浦源快軸方向光束進行壓縮，慢軸方向不做處理，因此側泵光束能量分布不均勻，從而使晶體棒受熱不均產生熱效應，這將導致整個模塊的轉換效率下降。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服傳統側泵技術的缺點，提供一種新型半導體激光器側泵模塊，該側泵模塊能利用大功率半導體激光器陣列作為泵浦源，經過擴束和勻化，使泵浦光束的均勻性和能量密度滿足使用要求。

本實用新型的目的是通過以下技術方案來解決的：

這種新型半導體激光器側泵模塊，由一個或多個側泵模塊單元以及一個晶體棒組成，所述側泵模塊單元包括底板、固定于底板上的半導體激光器模塊、設于半導體激光器模塊前端的快軸準直鏡和設于快軸準直鏡后的擴束鏡，所述擴束鏡后為晶體棒。所述半導體激光器模塊由一個巴條組成，所述側泵模塊單元還包括一個勻化鏡，所述勻化鏡設于擴束鏡和晶體棒之間。

上述半導體激光器模塊為傳導冷卻型大功率半導體激光器陣列，所述底板上還設有熱沉，通過熱沉將整個半導體激光器模塊固定在底板上。

上述快軸準直鏡為棒狀透鏡，對光束快軸方向進行準直壓縮。

上述擴束鏡為雙凹柱面鏡或平凸柱面鏡。

上述勻化鏡為平凸柱面鏡。

進一步的，在上述勻化鏡和晶體棒之間加設一個90°旋轉后的平凸柱面鏡，所述90°旋轉后的平凸柱面鏡對快軸方向光束進行進一步均勻化。

進一步的，上述半導體激光器模塊也可以為單巴條液體制冷半導體激光器。

以上所述由多個單巴條大功率半導體激光器泵浦源組成的側泵模塊單元和一個晶體棒可組成正三角側泵模塊、正五角側泵模塊或者正七角側泵模塊。

本實用新型具有以下幾點有益效果：