[發明專利]一種外腔合束半導體激光光纖耦合模塊

無效

• 申請號: 201210427440.6
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN102931585A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 朱洪波;郝明明;秦莉;張志軍;王立軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40;G02B27/10
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明涉及單管半導體激光器技術領域，特別涉及一種外腔合束半導體激光光纖耦合模塊。

背景技術

由于單管半導體激光器具有高光束質量，散熱特性好，壽命長等優點，因此采用單管合束技術制成的光纖耦合模塊在激光醫療、光纖激光器泵浦、激光監控、激光加工等方面都有著廣泛的應用。但是近年來隨著半導體激光器技術應用的發展，實際應用中對光纖耦合模塊的輸出功率和光束質量都有了更高的要求。國際上大多數對單管半導體激光器合束都采用傳統的空間合束的方法，由于空間合束只是使光束在空間上將多個一維或者二維陣列以邊對邊形式緊密疊加起來，增加功率的同時也使光束質量變差。這里將多個單管半導體激光器通過弧形的排列，利用衍射光柵實現外腔合束，并以單只激光器的光束質量輸出，光束質量相對于普通的空間合束制成的光纖耦合模塊有大幅度的提高。

圖4是一種采用空間合束方法進行單管合束的光纖耦合模塊的示意圖，這是現在國際上主要的單管合束技術（100?W?/?100?μm?passively?cooled,?fiber?coupled?diode?laser?at?976?nm?based?on?multiple?100?μm?single?emitters，Marcel?Werner,?Christian?Wessling,?Stefan?Hengesbach,?Proc.?of?SPIE?Vol.?7198?71980P-1）。圖4所示的裝置是將多個單管半導體激光器11固定在階梯形金屬熱沉12的每一個臺階上，每一個階梯臺階形狀都一致。每個激光器發出的光通過快軸準直鏡13和慢軸準直鏡14進行光束準直，然后通過反射鏡15使光束反射，所有激光器發出的光反射后在快軸方向進行空間合束，然后通過聚焦鏡16進行聚焦。合束后的光斑如圖5所示，這種空間合束的方法是在功率增大的同時也使得整個合束的光斑變大，光束質量變差，難以獲得高光束質量的激光輸出。

發明內容

為了解決現有單管半導體激光器合束技術中的合束模塊輸出亮度低，光束質量差等問題，本發明提供一種可以實現高亮度、高光束質量輸出的外腔合束半導體激光光纖耦合模塊。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下：

一種外腔合束半導體激光光纖耦合模塊，包括多個同一波長的單管半導體激光器；每個所述單管半導體激光器固定在過渡熱沉上，所述過渡熱沉固定在弧形熱沉上；多個單管半導體激光器發出的多條光束經過不同傾角入射到衍射光柵上，光斑在衍射光柵上發生重疊，然后以相同的衍射角衍射至外腔鏡；多條光束被外腔鏡反饋后沿原光路返回，使每個單管半導體激光器收到自身的輸出反饋；經過輸出反饋的多列光束經過衍射光柵后合成為一束，通過聚焦鏡耦合進入多模光纖。

在上述技術方案中，每個所述的單管半導體激光器（2）前腔面鍍有透過率在99%以上的增透膜。

在上述技術方案中，每個所述單管半導體激光器前還分別安裝有用來減小激光器快慢軸發散角的快軸準直鏡和慢軸準直鏡；所述快軸準直鏡為柱面微透鏡或球面微透鏡；所述慢軸準直鏡為柱面微透鏡或球面微透鏡。

在上述技術方案中，所述弧形熱沉上的所述單管半導體激光器的數目為至少兩個。

在上述技術方案中，所述衍射光柵為透射型衍射光柵或者反射型衍射光柵。

在上述技術方案中，所述外腔鏡為具有一定反射率的平行平板，反射率值從1%到50%。

在上述技術方案中，所述外腔鏡的擺放方向與衍射光束的方向嚴格垂直。

在上述技術方案中，所述聚焦鏡為球面透鏡、非球面透鏡或者兩個分離的柱面鏡。

在上述技術方案中，所述單管半導體激光器的波長從400nm～2000nm。

在上述技術方案中，所述多模光纖纖芯直徑范圍為50μm～600μm，數值孔徑范圍為0.1到0.3，光功率輸出為1W～200W。

本發明的外腔合束半導體激光光纖耦合模塊具有以下的優點：

本發明的外腔合束半導體激光光纖耦合模塊，在單管合束中使用了衍射光柵，通過衍射光柵的分光作用和外腔鏡的反饋作用下，每只單管半導體激光器發出的光束在由激光器的后腔面和外腔鏡構成的諧振腔內實現外腔反饋和波長鎖定，并由衍射光柵將多路光束合成一束從而實現外腔合束，最后通過聚焦鏡耦合進入多模光纖。

這種方法可以將多只單管半導體激光器發出的光束進行合束并以單只激光器的光束質量輸出，可以實現光纖耦合模塊的細芯徑、大功率、高光束質量激光輸出。