[發明專利]一種高功率半導體激光器聚焦輸出結構

在審

• 申請號: 201811245583.9
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109038213A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 李軍;席道明;陳云;馬永坤;呂艷釗;魏皓
• 申請（專利權）人: 江蘇天元激光科技有限公司
• 主分類號: H01S5/06
• 分類號: H01S5/06;H01S5/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種高功率半導體激光器聚焦輸出結構，包括一聚焦透鏡（10），用于將光束整形后的多個激光疊加的光斑進行聚焦；其特征在于：置于聚焦透鏡（10）后設有光闌（20），對聚焦后光束的直徑及光線傳輸角度進行控制；置于聚焦透鏡（10）的焦點位置處設有光纖輸出頭（30），接收聚焦光束，實現高功率激光的光纖傳輸。本發明，采用光闌對聚焦透鏡的球差進行優化，將光纖輸出頭處光斑直徑及光線傳輸角度過大的光線進行初步限制，有效降低光纖輸出頭部分的無效光線數量，進一步降低光纖輸出頭處的溫度，有效提高器件的穩定性，同時光闌的限制作用，可以有效提升半導體激光器輸出激光的光束質量。

技術領域

本發明屬于激光技術領域，具體地說，涉及到高功率半導體激光器封裝的聚焦耦合結構。

背景技術

半導體激光器具有電光效率高、體積小、壽命長等優點，在軍事、醫療、通信、工業加工等領域具有 廣泛應用，特別是特種光纖拉制技術、激光晶體生長技術的發展，半導體激光器波長對特種光纖和激光晶體中稀土離子的具有吸收激發的作用，使得半導體激光器在光纖激光、固體激光技術的泵浦源應用中具有獨特的優勢。而工業加工應用中對激光輸出功率水平的要求越來越高，近幾年千瓦級功率水平的光纖激光器技術逐漸成熟，需要輸出功率水平高、光束質量好、性能穩定的半導體激光器作為其泵浦源。

高功率半導體激光器常對多個激光芯片采用光束整形、聚焦、耦合技術實現光纖尾纖輸出，輸出功率水平越高其激光芯片的數量也就越多，在光束整形聚焦耦合過程中會有更多的功率損失。封裝工藝中，光束整形、聚焦中采用光學透鏡將激光芯片發出的光進行壓縮、偏轉、聚焦，其光束的傳輸、反射效率較高，其損失的光功率很小。在光束的耦合過程中，光纖頭的裝配位置、角度的偏差，都會影響最終的耦合效率，其中不能耦合進入光纖纖芯進行傳輸而導致損失的功率會在光纖頭外置形成熱，熱量的積累會導致光纖頭溫度的升高，對光纖頭固定的穩定性造成一定影響，對輸出功率穩定性、激光器的壽命都會產生影響。通過裝配的調節可以在一定程度上減少裝配誤差，提高耦合效率，但由于聚焦透鏡的球差作用仍會有一部分功率在光纖頭位置進行耗散，對高功率半導體激光器來說更是不容忽視的。專利201711404131.6公布了一種光纖耦合輸入端結構，采用具有側面研磨面的光纖和一個或多個具有側面研磨面的光波導結構的光纖輸出端結構對多余的光進行剝離降低光纖包層光對光纖的熱損傷。但該方法加工困難，不利于批量化生產。

發明內容

針對高功率半導體激光器的光纖輸出端溫度特性，本發明所要解決的技術問題是，提出一種高功率半導體激光器聚焦輸出結構，以降低光纖輸出端溫度，同時提高半導體激光器的光束質量。

本發明采取的技術方案是：一種高功率半導體激光器聚焦輸出結構，包括一聚焦透鏡，用于將光束整形后的多個激光疊加的光斑進行聚焦；其特征在于：置于聚焦透鏡后設有光闌，對聚焦后光束的直徑及光線傳輸角度進行控制；置于聚焦透鏡的焦點位置處設有光纖輸出頭，接收聚焦光束，實現高功率激光的光纖傳輸。

所述的聚焦透鏡是單個透鏡也或是多個透鏡構成的透鏡組，且其通光面鍍有激光波長匹配的高透過率膜層。

所述的光闌的通光孔徑加工成錐形孔徑，同時在表面做磨砂處理防止被阻擋的光在光闌表面形成反射。

所述的光纖輸出頭由光纖、玻璃管、金屬管裝配而成，光纖輸出頭端面鍍有激光波長匹配的高透過率膜層。

與現有技術相比，本發明可以獲得以下有益效果：采用光闌對聚焦光束進行限制，將聚焦光束中一部分不能耦合進入光纖的光束進行攔截，在一定程度上降低了聚焦透鏡球差的效應，使得聚焦光斑在光纖輸出頭端面的光斑直徑變小，有效降低光纖輸出頭處的溫度，提高器件的穩定性。光闌面上通光孔徑直徑計算時，可以將數值孔徑值設定為小于光纖自身數值孔徑的值，最終在光纖內傳輸的光線的角度會偏小，可有效提高半導體激光器的光束質量。通過本方案可以實現高光束質量、穩定性好的高功率半導體激光器的封裝。

附圖說明