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风速监测用的单模单频高光功率 半导体激光 光源

阅读：668发布：2020-05-11

专利汇可以提供风速监测用的单模单频高光功率半导体激光光源专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种风速监测用的单模单频高光功率半导体激光光源，采用蝶形封装模式。激光芯片和热敏电阻设置在散热基板上，散热基板设置在过渡热沉上，过渡热沉设置在TEC上，TEC设置在蝶形金属管壳尾部；激光芯片是采用一种15xxnm MOPA结构的单模单频半导体激光芯片，集成了DFB 激光器和半导体放大器两部分；非球面透镜和柱面透镜的组合结构对激光芯片发射的激光束进行准直；准直好的激光束通过分光片、光隔离器，最后经耦合透镜耦合进保偏光纤内；分光片把准直后的激光束分出一束光强较弱激光，对准光探测器。本实用新型降低了成本，缩小了体积，结构紧凑，集成度高，适合大批量工业化生产。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是风速监测用的单模单频高光功率半导体激光光源专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种风速监测用的单模单频高光功率半导体激光光源，其特征是：所述半导体激光光源采用蝶形封装模式，其结构包括：蝶形金属管壳（1）、散热基板（2）、激光芯片（3）、非球面透镜（4）、柱面透镜（5）、分光片（6）、光隔离器（7）、光探测器（8）、耦合透镜（9）、保偏光纤（10）、热敏电阻（11）、TEC（12）、过渡热沉（13）；
所述激光芯片（3）和热敏电阻（11）设置在散热基板（2）上，所述散热基板（2）设置在过渡热沉（13）上，所述过渡热沉（13）设置在TEC（12）上，所述TEC（12）设置在蝶形金属管壳（1）尾部；
所述的激光芯片（3）是采用一种15xxnm MOPA结构的单模单频半导体激光芯片，集成了DFB 激光器和半导体放大器两部分；
非球面透镜（4）和柱面透镜（5）的组合结构对激光芯片（3）发射的激光束进行准直；
准直好的激光束通过分光片（6）、光隔离器（7），最后经耦合透镜（9）耦合进保偏光纤（10）内；
分光片（6）把准直后的激光束分出一束光强较弱激光，对准光探测器（8）。
2.根据权利要求1所述的半导体激光光源，其特征是：所述的分光片（6）安置在光路的柱面透镜（5）和光隔离器（7）之间。
3.根据权利要求1所述的半导体激光光源，其特征是：所述的分光片（6）安置在光路的非球面透镜（4）和柱面透镜（5）之间。
4.根据权利要求1所述的半导体激光光源，其特征是：所述的保偏光纤（10）为保偏单模光纤，光纤耦合端面为斜8°端面且镀有增透膜。
5.根据权利要求1所述的半导体激光光源，其特征是：所述的分光片45°角的倾斜方向与光纤耦合端面为斜8°角的倾斜方向保持一致。
6.根据权利要求1所述的半导体激光光源，其特征是：所述的散热基板（2）采用氮化铝材质。

说明书全文

风速监测用的单模单频高光功率 半导体激光 光源

技术领域

[0001] 本实用新型涉及到风力发电和气象风力监测的激光雷达领域，具体地说，是涉及到一种基于风速监测用的半导体激光器光源。

背景技术

[0002] 风力发电机在运转过程中，为了更好的利用风能和延长风机叶片的使用寿命，需要测量风机附近的风力大小和风向, 测量系统可以分为两类：射频雷达测量系统和激光雷达测量系统。由于技术方案实现相对简单且成本低，激光雷达测量系统越来越多地被采用。这种测风激光雷达除了应用于风力发电机外，还可以用于气象和航海的风力和风速测量。

[0003] 在测风激光雷达中，需要单模单频的光源。现有技术中，采用1064nm的光纤激光器作为光源，可以实现单模和单频的激光输出，但因光纤激光器的体积大，使得这种测风激光雷达的体积也相应的较大，典型尺寸为直径80-100mm，高度100-150mm的圆柱体。传统的15xxnm DFB（ Distributed Feedback，分布式反馈）单模单频尾纤输出半导体激光器，一般只能实现100mW左右的出纤光功率，但是体积仍然较大，成本较高。
实用新型内容

[0004] 为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种风速监测用的单模单频高光功率半导体激光光源。本实用新型中采用的15xxnm MOPA（Master Oscillator Power-Amplifier主控振荡器的功率放大器）结构的单模单频尾纤输出半导体激光器，可以实现尾纤500mW甚至700mW以上的光功率输出。15xxnm指1500-1599 nm，其中的典型波长是1505nm、1532nm和1550nm。

[0005] 一种风速监测用的单模单频高光功率半导体激光光源，所述半导体激光光源采用蝶形封装模式，其结构包括：蝶形金属管壳、散热基板、激光芯片、非球面透镜、柱面透镜、分光片、光隔离器、光探测器、耦合透镜、保偏光纤、热敏电阻、TEC、过渡热沉；所述激光芯片和热敏电阻设置在散热基板上，所述散热基板设置在过渡热沉上，所述过渡热沉设置在TEC上，所述TEC设置在蝶形金属管壳尾部；所述的激光芯片是采用一种15xxnm MOPA结构的单模单频半导体激光芯片，集成了DFB激光器和半导体放大器两部分；非球面透镜和柱面透镜的组合结构对激光芯片发射的激光束进行准直；准直好的激光束通过分光片、光隔离器，最后经耦合透镜耦合进保偏光纤内；分光片把准直后的激光束分出一束光强较弱激光，对准光探测器。

[0006] 所述的分光片安置在光路的柱面透镜和光隔离器之间。

[0007] 所述的分光片安置在光路的非球面透镜和柱面透镜之间。

[0008] 所述的保偏光纤为保偏单模光纤，光纤耦合端面为斜8°端面且镀有增透膜。

[0009] 所述的分光片45°角的倾斜方向与光纤耦合端面为斜8°角的倾斜方向保持一致。

[0010] 所述的散热基板采用氮化铝材质。

[0011] 本实用新型的有益效果是：

[0012] 1. 本实用新型的半导体激光光源采用集成DFB激光器加半导体放大器的MOPA单芯片结构，比分离式MOPA结构的光纤激光器大大缩小了体积；

[0013] 2. 成本优势：窄线宽的MOPA结构光纤激光器的价格约在6万人民币左右，本实用新型的激光光源，价格可以做到2万人民币以下，大大降低了成本；

[0014] 3. 本实用新型的半导体激光光源结构紧凑，集成度高，适合大批量工业化生产。附图说明

[0015] 图1是风速监测用的半导体激光光源芯片的贴片结构示意图；

[0016] 图2是实施例1中的风速监测用的半导体激光光源的结构示意图；

[0017] 图3是实施例2中的风速监测用的半导体激光光源的结构示意图；

[0018] 图中，蝶形金属管壳1、散热基板2、激光芯片3、非球面透镜4、柱面透镜5、分光片6、光隔离器7、光探测器8、耦合透镜9、保偏光纤10、热敏电阻11 、TEC12、过渡热沉13。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步阐述。

[0020] 如图1-3所示，一种风速监测用的单模单频高光功率半导体激光光源，所述半导体激光光源采用蝶形封装模式，其结构包括：蝶形金属管壳1、散热基板2、激光芯片3、非球面透镜4、柱面透镜5、分光片6、光隔离器7、光探测器8、耦合透镜9、保偏光纤10、热敏电阻11 、TEC12、过渡热沉13；所述激光芯片3和热敏电阻11设置在散热基板2上，所述散热基板2设置在过渡热沉13上，所述过渡热沉13设置在TEC12上，所述TEC设置在蝶形金属管壳1尾部；所述的激光芯片3是采用一种15xxnm MOPA结构的单模单频半导体激光芯片，集成了DFB激光器和半导体放大器两部分；非球面透镜4和柱面透镜5的组合结构对激光芯片3发射的激光束进行准直；准直好的激光束通过分光片6、光隔离器7，最后经耦合透镜耦合9进保偏光纤10内；分光片6把准直后的激光束分出一束光强较弱激光，对准光探测器8。

[0021] 如图2所示，一种方案，所述的分光片6安置在光路的柱面透镜5和光隔离器7之间。

[0022] 如图3所示，另一种方案，所述的分光片6安置在光路的非球面透镜4和柱面透镜5之间。

[0023] 所述的保偏光纤10为保偏单模光纤，光纤耦合端面为斜8°端面且镀有增透膜。

[0024] 所述的分光片45°角的倾斜方向与光纤耦合端面为斜8°角的倾斜方向保持一致。

[0025] 所述的散热基板2可采用氮化铝材质。

[0026] 实施例1

[0027] 在图2中，将15xxnm MOPA结构的单模单频半导体激光芯片3使用焊料焊接到散热基板2上，通过导热胶水把散热基板2粘在过渡热沉13上、把过渡热沉13粘在TEC12上及把TEC12粘在蝶形金属管壳1尾部，在激光芯片尾部把热敏电阻11粘贴在散热基板2，利用金线将各个器件与管壳pin脚连接。给激光器通电，调试安装非球面透镜4和柱面透镜5的位置，使激光芯片3出射的发散光准直。准直好的激光束依次通过分光片6、光隔离器7，最后经耦合透镜耦合9进保偏光纤10内。分光片6与光路成45°角，把准直的激光束分出的一束光强较弱激光，调节光探测器8的位置，使该束激光对准光探测器8。将保偏光纤10制作成光纤跳线，光纤跳线与蝶形金属管壳1之间增加一个金属调节环，在自动激光耦合焊接设备上，把三者焊接在一起，最终得到所述的半导体激光器光源，可实现光纤输出激光功率大于500mW。所述的半导体激光光源结构紧凑、集成度高，封装完成的半导体激光光源主体尺寸仅为38mm×41.7mm×9.85mm。

[0028] 实施例2

[0029] 本实施例对实施例1的结构进行改变。因为本实用新型中的激光束准直系统采用的是非球面透镜4和柱面透镜5的特殊组合结构，能较大的提高激光耦合进光纤的效率，这也导致非球面透镜4和柱面透镜5之间存在较大的间距,为14.5mm。因此，把分光片6安置在非球面透镜和柱面透镜之间，光探测器8也相应的安置在分光片6附件的侧边，这样可以给后面的光隔离器7和耦合透镜9腾出更大的空间，有利于这两器件的调试与安装，提高生产效率。

[0030] 尽管本实用新型的具体实施方式已经得到详细的描述，本领域技术人员将会理解，根据已经公开的教导和启示，可以对那些细节进行各种修改和替换，这些改变均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围由所附权利及其任何等同物给出。

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