[發明專利]半導體激光器堆棧結構及具有其的半導體激光器系統

無效

• 申請號: 201210123669.0
• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN102637998A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 鞏馬理;柳強;劉建輝;閆平;黃磊;張海濤;劉歡
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01S5/10
• 分類號: H01S5/10;H01S5/40;H01S5/024
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及激光器技術領域，特別涉及一種半導體激光器堆棧結構及具有其的半導體激光器系統。

背景技術

近年來半導體激光器泵浦的全固態激光器成為激光技術領域的研究熱點。一套完整的固態激光系統中，通常包括激光諧振腔系統、泵浦系統、冷卻系統、電源和控制系統。半導體泵浦的固體激光器，激光諧振腔中使用的增益介質是固體，泵浦源采用半導體激光器輸出的激光。固體激光增益介質吸收泵浦光的光子，產生電子躍遷，其吸收光譜往往比較窄。使用氣體放電、閃光燈等泵浦方式產生的光譜線很寬，造成能量被大量浪費。半導體激光器譜線較窄，正好處在固體激光增益介質吸收帶寬內，因此泵浦光吸收效率更高，激光器發熱更小、電光效率更高。半導體激光器利用半導體技術，將電能轉化成激光輸出，輸出的激光波長跟半導體激光器的設計參數有關，也受到環境溫度影響。假設某種半導體激光器在室內溫度恒為T₀時輸出激光波長為λ₀，在其他條件不變的情況下，在某一溫度T時，輸出波長變為λ＝λ₀+Λ(T-T₀)。Λ為與溫度相關的系數，在溫度變化很小的范圍內與可認為Λ值保持不變，λ與T呈線性關系。在半導體激光器泵浦固體激光增益介質的時候，半導體激光器由于電能損耗會發熱，溫度會升高，由于激光介質的吸收譜線不變，這時候需要對半導體激光器外面加入溫度控制裝置和冷卻裝置。溫度控制裝置用于控溫以使半導體激光器的輸出譜線與固體激光介質的吸收譜線匹配，冷卻裝置用于帶走半導體激光器散發的熱量。實驗表明，在保證最高的吸收效率的情況下，通常需要將半導體激光器的溫度波動范圍控制在1℃以內。用外置恒溫的方法需要設計專用的溫度傳感系統、降溫和升溫系統、冷卻系統以及相應的電力系統，該方法直接增加了激光器系統的復雜性，也不利于系統的集成化。

發明內容

本發明的目的旨在至少解決上述技術缺陷之一。

為此，本發明的目的在于提出一種半導體激光器堆棧結構，其具有結構簡單，生產成本較低和可靠性較高的優點。

根據本發明的半導體激光器堆棧結構，包括：多個半導體激光器，其中，每個半導體激光器具有不同的工作溫度，且每個半導體激光器輸出的激光波長相同；溫度傳感器，用于檢測當前環境溫度；以及控制器，用于根據當前環境溫度選擇相應工作溫度的半導體激光器。

本發明針對半導體激光器需要恒溫系統的問題，提出了一種半導體激光器堆棧結構，用多個工作溫度不同但輸出波長相同的半導體激光器組成堆棧，通過溫度傳感器選擇合適的半導體激光器發光，在不需要恒溫的條件下也可以輸出恒定譜線的激光。由于不需要外置恒溫系統以及相應的電力系統，整個半導體模塊變得簡單，冷卻裝置和溫度傳感器可以直接設計在半導體激光器堆棧上，更容易實現集成化設計。

在本發明的半導體激光器堆棧結構的一個實施例中，還包括：散熱組件，用于對半導體激光器堆棧結構進行散熱。

在本發明的半導體激光器堆棧結構的一個實施例中，散熱組件為風冷散熱組件或水冷散熱組件。

本發明的另一目的在于提出一種半導體激光器系統，包括上文敘述的半導體激光器堆棧結構；導光元件，該導光元件用于將多個半導體激光器輸出的激光耦合到一起；以及出光元件，所述出光元件與所述導光類元件相連，用于發射激光，包括棱鏡類元件、透鏡類元件或光纖類元件中的一種及其組合。。

本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為根據本發明實施例的半導體激光器堆棧結構的示意圖；和

圖2為根據本發明實施例的半導體激光器系統的示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。