[發明專利]一種平臺式折轉反射單管半導體激光器光纖耦合模塊

無效

• 申請號: 201110394648.8
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN102401949A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 王智勇;堯舜;曹銀花;陳丙振;劉友強
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;G02B17/08;H01S5/40;H01S5/026;H01S5/024
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 翟國明

技術領域

本發明涉及激光技術領域，尤其涉及一種平臺式折轉反射單管半導體激光器光纖耦合模塊。

背景技術

大功率半導體激光器具有輸出功率高、體積小、重量輕、工作壽命長、電光轉換效率高等一系列優勢，并在泵浦固體激光器、直接材料加工、通信、醫療等各個領域得到了廣泛應用。但是由于大功率半導體激光器自身也存著著光束質量差等問題，使其在一些對于光束質量要求高的場合中難以得到應用。

目前商品化生產的單管大功率半導體激光器出光功率已經達到了10W量級以上，但距離一些實際應用的需要還有很大差距。為進一步提高大功率半導體激光器的輸出功率，并使其具有較高的光束質量、應用于更多的場合，研究人員常常選擇將多個半導體激光器組合排列在一起，形成線陣、面陣或者疊陣的結構，然后通過對各個半導體激光器輸出的光進行空間組合的方式，聚焦耦合進光纖，從而實現較高光束質量的大功率輸出。

當前的半導體激光器光纖耦合技術常用的幾種技術方案有：

1使用單個半導體激光器芭條，進行光纖耦合輸出；

2將多個半導體激光器芭條輸出光束在空間上組合、排布，進而通過偏振合束或波長合束的方式進一步提高功率，實現光纖輸出；

3將多個單管半導體激光器輸出光束在空間上組合、排布，進而通過偏振合束或波長合束的方式進一步提高功率，實現光纖輸出；

以上方案中，1的缺陷為使用單個芭條，輸出功率較低。而2、3方案為了獲得光束的空間組合，常使用臺階式基座結構，即將各激光器置于高度不同的基座上。這會導致各激光器的熱傳導路徑相對復雜，散熱均勻性差，易引起溫漂效應，使各激光器工作一致性變差、譜寬增大，不利于使用；同時臺階式基座結構還存在著加工難度大、成本高等問題。使用2、3方案中的臺階式基座結構進行多光束組合的另一缺陷是，光的快軸方向始終與臺階平面保持垂直，這樣只要各臺階高度固定，間距不變，各光束的慢軸間距(亦即疊陣上各個激光器的水平高度差)也是固定的，難以改變。如果前期設計不合理或者存在加工誤差，其光束間距很難調整，從而對聚焦產生不利影響，并降低最終的耦合效率。此外，在半導體激光器光纖耦合中，芭條結構的引入常常會使整體模塊的壽命降低，因為芭條是由多個發光單管集成在一個熱沉上的，其散熱性能受限于單管的數量，數量越多，散熱性能越差，芭條的工作壽命也就越短。

因此，當下需要迫切解決的一個技術問題就是：如何能夠提出一種有效的措施，以解決現有技術中存在的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種平臺式折轉反射單管半導體激光器光纖耦合模塊，有效克服半導體激光器光纖耦合方案中存在的散熱性能不一致、壽命短、調試困難以及耦合效率低等缺點。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種平臺式折轉反射單管半導體激光器光纖耦合模塊，包括承載平臺(1)、數組單管半導體激光器(2)、數個快軸準直鏡(3)、慢軸準直鏡(4)、數個折轉反射棱鏡(5)、普通反射棱鏡(7)、合束棱鏡(8)、快慢軸聚焦鏡組合(9)和(10)、以及光纖耦合頭(12)；每組單管半導體激光器各含數個單管半導體激光器，每個單管半導體激光器(2)對應著一個快軸準直鏡(3)、一個慢軸準直鏡(4)及一個折轉反射棱鏡(5)，上述各光學器件均平放在無臺階無基座的承載平臺(1)上，各單管半導體激光器的發光處的高度一致，單管半導體激光器發出的光束經快軸準直鏡和慢軸準直鏡實現準直，經折轉反射棱鏡和普通反射棱鏡實現折轉反射，經合束棱鏡實現合束，經快慢軸聚焦鏡組合實現聚焦后，最終被耦合進光纖耦合頭中。

進一步地，所述單管半導體激光器發出的光束到達合束棱鏡前的路徑為：經折轉反射棱鏡反射后，再經普通反射棱鏡進行一次反射，之后進入合束棱鏡；或經折轉反射棱鏡反射后直接進入合束棱鏡。

進一步地，所述的m組單管半導體激光器之間的排列方式可以選擇平行排列、垂直排列以及平行排列與垂直排列的組合。

進一步地，所述單管半導體激光器包括激光芯片和熱沉兩部分。

進一步地，所述折轉反射棱鏡含兩個反射面，兩個反射面在相互垂直的兩個方向上分別與承載平臺平面成45°角，光束進行兩次反射后，光的傳播方向發生90°偏轉，光的慢軸方向從與承載平臺平面平行變為與承載平臺平面垂直。

進一步地，所述普通反射棱鏡是三角反射棱鏡，或平面反射鏡。

進一步地，所述合束棱鏡為偏振合束棱鏡，或波長合束棱鏡。