一种单管半导体激光器合束装置 |
|||||||
| 申请号 | CN201710780361.6 | 申请日 | 2017-09-01 | 公开(公告)号 | CN107404065A | 公开(公告)日 | 2017-11-28 |
| 申请人 | 长春理工大学; | 发明人 | 孙艳军; 王智宁; 冷雁冰; 王丽; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种单管 半导体 激光器 合束装置。该装置包括圆锥台形热沉、单管半导体激光器、快轴 准直 镜、慢轴准直镜、聚焦透镜组和多模光纤，圆锥台形热沉靠近第一端面的一侧设置有多个凹槽，多个凹槽围绕圆锥台形热沉的侧面排列，每个凹槽内均固定一个单管半导体激光器，在每个单管半导体激光器的前面依次固定快轴准直镜和慢轴准直镜，在多个单管半导体激光器发出的多列组合光束的光路上设置聚焦透镜组，在经聚焦透镜组后得到的聚焦光束的光路上设置多模光纤。该合束装置中单管半导体激光器的个数灵活可控，能够大幅度地提高输出功率；多个单管半导体激光器发出的多列组合光束直接进入聚焦透镜组，避免了设置多个反射镜，能够降低装置的复杂度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种单管半导体激光器合束装置，其特征在于，包括： |
||||||
| 说明书全文 | 一种单管半导体激光器合束装置技术领域[0001] 本发明涉及半导体激光器技术领域，特别是涉及一种单管半导体激光器合束装置。 背景技术[0002] 半导体激光器体积小、重量轻、效率高，因此，通常将半导体激光器应用于工业、军事、医疗、通讯等众多领域，随着半导体激光器的不断发展，人们对大功率的半导体激光器的需求越来越高。单管半导体激光器输出功率低，无法适应多样化的应用，因此，通常采用合束的方法来提高半导体激光器的输出功率。 [0003] 目前，常用的合束方法为偏振合束，偏振合束通常用于耦合两路单管半导体激光器，其中一路放置半波片，使其偏振态发生变化，将S态偏振光变成P态偏振光，或将P态偏振光变成S态偏振光后入射到偏振合束器上。虽然偏振合束在一定程度上提高了输出功率，但是由于其偏振态的限制，只能使用一个P偏振的组合光束单元以及一个S偏振的组合光束单元进行合束，这样就限制了合束单元的数量，进而限制了半导体激光器的输出功率。 发明内容[0004] 基于此，有必要提供一种能够大幅度提高输出功率的单管半导体激光器合束装置。 [0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案： [0006] 一种单管半导体激光器合束装置，包括：圆锥台形热沉、单管半导体激光器、快轴准直镜、慢轴准直镜、聚焦透镜组和多模光纤； [0007] 所述圆锥台形热沉靠近第一端面的一侧设置有多个凹槽，多个所述凹槽围绕所述圆锥台形热沉的侧面排列，所述第一端面的直径小于第二端面的直径，每个所述凹槽内均固定一个所述单管半导体激光器，在每个所述单管半导体激光器的前面依次固定所述快轴准直镜和所述慢轴准直镜，每个所述单管半导体激光器均发出一列组合光束，所述组合光束经所述快轴准直镜和所述慢轴准直镜准直后输出为一列平行的组合光束，在多列所述平行的组合光束的光路上设置所述聚焦透镜组，所述聚焦透镜组将多列所述平行的组合光束合束为聚焦光束，在所述聚焦光束的光路上设置所述多模光纤，所述多模光纤用于传输聚焦光束。 [0008] 可选的，所述凹槽为扇形槽。 [0009] 可选的，所述聚焦透镜组包括至少两个透镜，所述透镜为球面透镜。 [0010] 可选的，每个所述单管半导体激光器发出的组合光束到达所述聚焦透镜组的光程均相等。 [0011] 可选的，所述快轴准直镜为柱面微透镜。 [0012] 可选的，所述慢轴准直镜为柱面微透镜。 [0014] 可选的，所述单管半导体激光器通过螺钉固定在所述凹槽内。 [0015] 可选的，所述快轴准直镜通过紫外胶固定到所述单管半导体激光器的腔前。 [0016] 可选的，所述慢轴准直镜通过紫外胶固定到所述单管半导体激光器的腔前。 [0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0018] 本发明提出了一种单管半导体激光器合束装置，包括：圆锥台形热沉、单管半导体激光器、快轴准直镜、慢轴准直镜、聚焦透镜组和多模光纤，圆锥台形热沉靠近第一端面的一侧设置有多个凹槽，多个凹槽围绕圆锥台形热沉的侧面排列，第一端面的直径小于第二端面的直径，每个凹槽内均固定一个单管半导体激光器，在每个单管半导体激光器的前面依次固定快轴准直镜和慢轴准直镜，在多列所述平行的组合光束的光路上依次设置所述聚焦透镜组和多模光纤。该单管半导体激光器合束装置中单管半导体激光器的个数可以通过改变所述圆锥台形热沉的机械尺寸而改变，其个数灵活可控，能够大幅度地提高输出功率；多个凹槽围绕所述圆锥台形热沉的侧面排列，使得单管半导体激光器经过快轴准直镜和慢轴准直镜整形后输出的光束能够直接进入聚焦透镜组，避免了使用大量的反射镜来改变光束的方向，能够降低装置的复杂度；本发明的合束装置能够保证每个单管半导体激光器出射的光束至聚焦透镜组的光程相同，进而提高聚焦透镜处的光斑均匀性和光纤耦合效率。 附图说明 [0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0020] 图1为本发明实施例单管半导体激光器合束装置的结构图； [0021] 图2为本发明实施例图单管半导体激光器合束装置中的圆锥台形热沉的立体结构图； [0022] 图3为本发明实施例单管半导体激光器合束装置中一个合束单元的侧视图； [0023] 图4为本发明实施例单管半导体激光器合束装置中十二个合束单元合束后的光束的光斑图。 具体实施方式[0024] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0025] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0026] 图1为本发明实施例单管半导体激光器合束装置的结构图，图2为本发明实施例图单管半导体激光器合束装置中的圆锥台形热沉的立体结构图。 [0027] 参见图1，实施例的单管半导体激光器合束装置，包括：圆锥台形热沉1、单管半导体激光器2、快轴准直镜3、慢轴准直镜4、聚焦透镜组5和多模光纤6； [0028] 参见图1和图2，所述圆锥台形热沉1靠近第一端面a的一侧设置有12个凹槽(图中仅显示3个凹槽)，12个所述凹槽围绕所述圆锥台形热沉1的侧面紧密且均匀排列，所述第一端面a的直径小于第二端面b的直径，每个所述凹槽内均通过焊接或烧结的方式固定一个所述单管半导体激光器2，每个所述单管半导体激光器2均发出一列组合光束，所述组合光束的波长范围为400nm-2000nm，所述单管半导体激光器2的前腔面上镀有透过率在99％以上的增透膜，在每个所述单管半导体激光器2的前面依次固定所述快轴准直镜3和所述慢轴准直镜4，所述快轴准直镜3通过六轴精密调整架调节到最佳位置，然后利用紫外胶固定到所述单管半导体激光器2的腔前，所述慢轴准直镜4也是通过六轴精密调整架调节到最佳位置，然后利用紫外胶固定到所述单管半导体激光器2的腔前，所述快轴准直镜3和所述慢轴准直镜4均为柱面微透镜，所述快轴准直镜3用于减小快轴光束的发散角，使快轴方向上的光束得到准直，所述慢轴准直镜4用于减小慢轴光束的发散角，使慢轴方向上的光束得到准直，也就是说，每个所述单管半导体激光器2发出一列组合光束经所述快轴准直镜3和所述慢轴准直镜4后均变为一列平行的组合光束，每个所述单管半导体激光器2以及固定在所述单管半导体激光器2腔前的所述快轴准直镜3和所述慢轴准直镜4构成了一个合束单元，本实施例中共有12个合束单元，图3为本发明实施例单管半导体激光器合束装置中一个合束单元的侧视图，参见图3，一个单管半导体激光器2固定在所述凹槽内，所述单管半导体激光器2为带有氮化铝(ALN)陶瓷片子模块封装的单管半导体激光器，快轴准直镜3安装在单管半导体激光器激光器2的腔前，慢轴准直镜4安装在快轴准直镜3之后，由于单管半导体激光器2的子模块为ALN材料，所以无论采用串联方式还是并联方式，都可以不采取绝缘措施，直接通过正电极7和负电极8分别引出电极即可； [0029] 12个合束单元发出的12列平行的组合光束会在空中发生会聚，会聚后变为会聚光束，会聚点为A，所述会聚光束的光斑较大，因此在所述会聚光束的光路上设置所述聚焦透镜组5，所述聚焦透镜组5包括至少两个透镜，所述透镜为球面透镜，聚焦透镜组5将所述会聚光束聚焦成光斑较小的聚焦光束，在所述聚焦光束的光路上设置所述多模光纤6，所述多模光纤6的纤芯的直径范围为100μm-1000μm，数值孔径范围为0.1-0.3，所述多模光纤6用于传输聚焦光束，所述聚焦光束为经过12个合束单元合束后的光束，图4为本发明实施例单管半导体激光器合束装置中十二个合束单元合束后的光束的光斑图，参见图4，合束光斑由12个合束单元发出的光束构成，所述合束光斑的轮廓为圆形，所述合束光斑具有旋转对称性，即所述合束光斑绕圆心旋转一定的角度后，旋转后的光斑与旋转前的光斑重合。 [0030] 本实施例中，所述圆锥台型热沉1的基本机械设计参数包括第一端面a的直径d1、第二端面b的直径d2、高度l，通过改变d1、d2和l中任意一个机械参数，都能实现圆锥台锥度θ的改变，调整锥度θ的大小，可以改变光程，但是，无论如何改变，12个合束单元发出的组合光束到达所述聚焦透镜组5的光程均相等。本实施例中，可以通过改变第一端面a的直径d1的大小，灵活设置凹槽的数量，例如调整第一端面a的直径d1的大小，使其装备更多的单管半导体激光器2，就能实现更高功率的单管合束。本实施例中，所述凹槽的形状可以依据所述单管半导体激光器2的类型合理设计，例如，可以将凹槽的设置为扇形槽。本实施例中，所述圆锥台形热沉1的材料为高导热率的金属，例如，所述圆锥台形热沉1的材料可以为无氧铜。 [0031] 本实施例中的单管半导体激光器合束装置中单管半导体激光器的个数可以通过改变所述圆锥台形热沉的机械尺寸而改变，其个数灵活可控，能够大幅度地提高输出功率；多个凹槽围绕所述圆锥台形热沉的侧面紧密且均匀的排列，使得单管半导体激光器经过快轴准直镜和慢轴准直镜整形后输出的光束能够直接进入聚焦透镜组，避免了使用大量的反射镜来改变光束的方向，不仅能够降低装置的复杂度，还能提高激光器的稳定性；由多个合束单元合束后得到的合束光斑的轮廓为圆形，所述合束光斑具有旋转对称性，该圆对称形光斑便于耦合进多模光纤；本发明的合束装置能够保证每个单管半导体激光器出射的光束至聚焦透镜组的光程相同，进而提高聚焦透镜处的光斑均匀性和光纤耦合效率。 [0032] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈