半导体激光器件与光纤的耦合器
专利汇可以提供半导体激光器件与光纤的耦合器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 半导体 激光器 件与光纤的 耦合器 ,含有带管壳座的管壳,在管壳内有半导体 致冷 器,两者连成一体的热沉 铜 块 和 散热 铜块。在热沉铜块上有由固定 马 夹固定的耦合固定头、耦合固定头将前端带有半球微透镜的光纤耦合头固定于热沉铜块上。热沉铜块上还有热敏 电阻 。散热铜块上有光电探测器。伸出管壳外外有尾端带连接头芯的连接头,有多根引线 电极 。具有结构紧凑合理,小型轻便,内有温控光控的功能,输出耦合率高达80～90%的特点。，下面是半导体激光器件与光纤的耦合器专利的具体信息内容。
1.一种半导体激光器件与光纤的耦合器，含有：<1>管壳座(17)上带有固定壳体螺孔(7)的管壳(26)，管壳(26)内的管壳座(17)上置有半导体致冷器(18)，置于管壳(26)内还有光纤耦合头(13)和带有热沉(20)的半导体激光器件(5)；<2>伸到管壳(26)外侧面的有尾端带连接头芯(8)的连接头(9)的光纤(14)，靠近管壳(26)外侧面的一端光纤(14)外圆上套有铜管(16)，铜管(16)与光纤(14)外圆之间有热缩管(15)，伸到管壳(26)外侧面还有多根引线电极(11)；其特征在于：<3>在管壳(26)内的半导体致冷器(18)上面有两者连成一体的热沉铜块(4)和散热铜块(21)；<4>在热沉铜块(4)的上表面上沿光纤(14)走向中心对称的位置上有小半圆形的凹槽(27)，凹槽(27)两侧的热沉铜块(4)上有马夹固定螺孔(3)，热沉铜块(4)上还有置放热敏电阻的圆孔(10)；<5>前端带有半球微透镜的光纤耦合头(13)由置于热沉铜块(4)上的凹槽(27)内的耦合固定头(1)固定于热沉铜块(4)上，耦合固定头(1)的上面盖有固定马夹(2)，固定马夹(2)通过固定螺丝(19)旋于凹槽(27)两侧的马夹固定螺孔(3)内而固定，固定马夹(2)，耦合固定头(1)与热沉铜块(4)上的凹槽(27)之间有填充层(12)；<6>置于散热铜块(21)一侧的热沉铜块(4)上带热沉(20)的半导体激光器件(5)的中心与光纤耦合头(13)的中心轴线(OO)相重合；<7>置于管壳(26)内的散热铜块(21)上空间中有光电探测器(6)，管壳(26)是密封的，管壳(26)内充有干氮气。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器件与光纤的耦合器，其特征在于所说的固定光纤耦合头(13)的耦合固定头(1)中心位置上的光纤(14)外圆上套有细套管(24)，细套管(24)外套有金属套管(23)，在光纤(14)与细套管(24)之间和细套管(24)与金属套管(23)之间有固定封密层(22)，在光纤耦合头(13)裸露的纤芯与细套管(24)之间有密封胶层(25)。
3.根据权利要求1或2所述的半导体激光器件与光纤的耦合器，其特征在于所说密封胶层(25)的折射率n25等于或近似等于光纤(14)包层的折射率n14，即n25≌n14。
半导体激光器件与光纤的耦合器
本实用新型是关于半导体激光器件与光纤的耦合器，特别适用于高功率激光二极管与特种光纤的高效耦合，它是一种具有高效耦合和含半导体微致冷、温度传感控温功能和对激光二极管光监控功能的半导体激光器件与光纤的耦合器。
瓦级高功率半导体激光器件(或称激光二极管，简称为LD)在医疗和空间激光通讯、激光引信、红外照明、搜索跟踪等诸多军事应用中深受重视。为了使其能应用，人们都在谋求一种具有微致冷、温度传感控温功能和对激光二极管的光监控功能的光纤耦合小而轻的紧凑器件。这几年美国SDL INC为代表的厂商竞相推出这种器件产品(已有技术[1]美国SDL INC′.96/′97PRODUCT CATALOG，A.2，A.3，A.4，A.5)这种器件除了价格昂贵外，而且产品的尾纤输出耦合效率不高，多为50～60％(已有技术[2]美国SDL INC.′93-″98PRODUCT CATALOG)，而且只有1～2瓦的半导体激光器件耦合器件具有微致冷温控光控功能。对于激光功率P≥3、4瓦的半导体激光器件耦合器不具备致冷温控光控功能，而且驱动电源也难寻找匹配。所以使用有诸多不便，满足不了应用要求。
本实用新型的目的为克服上述已有技术中所存在的不足，提供一种使高功率(1～6瓦)半导体激光器件与光纤的耦合器，它将具有内建半导体微致冷温控光控功能，能使耦合效率提高到70～85％，以及使用方便，满足各种(包括军事)应用，结构紧凑合理。
本实用新型的半导体激光器件与光纤的耦合器，含有管壳座17上带有固定壳体螺孔7的管壳26。管壳26内的管壳座7上置有半导体致冷器18，在半导体致冷器18的上面有两者连成一体的热沉铜块4和散热铜块21。在热沉铜块4的上表面上沿光纤(14)的走向中心对称的位置上有小半圆形的凹槽27。在凹槽27两侧的热沉铜块4上有马夹固定螺孔3，在热沉铜块上还有置放热敏电阻的圆孔(10)。前端带有半球微透镜的光纤耦合头(13)由置于热沉铜块4上的凹槽27内的耦合固定头1固定于热沉铜块4上。耦合固定头1的上面盖有固定马夹2。固定马夹2是通过固定螺丝19旋于凹槽27两侧的马夹固定螺孔3内而固定。为了固定得更好，在固定马夹2、耦合固定头1与热沉铜块4上的凹槽27之间填满填充料构成的填充层12。置于散热铜块21一侧的热沉铜块4上带热沉20的半导体激光器件5的中心与光纤耦合头13的中心轴线OO相重合。置于管壳26内的散热铜块21上空间中有光电探测器6。正个管壳26是密封的，管壳26内充有干氮气。如图1所示。
管壳26内的耦合固定头1中心的光纤14前端带光纤耦合头13的另一端伸到管壳26外，靠近管壳26的一端在光纤14外圆上套有铜管16，在光纤14外圆与铜管16之间有热缩管15。在伸到管壳26外侧面的光纤14的尾端上有带连接头芯8的连接头9。如图1、图2所示。
在有光纤14伸出管壳26侧面的另外的侧面上(前侧面)有与管壳26绝缘，而且相互绝缘的多根引线电极11。如图1所示。在管壳26外的管壳座7上的固定壳体螺孔7通常有四个用于把管壳26固定在散热器上。管壳26前侧面的相互绝缘并与管壳26绝缘的多根引线电极11通常有1～10根，其中第二根空缺备用。伸出管壳26外光纤14在靠近管壳26的一端，在铜管16与光纤14外圆上套有热缩管15为的是缓冲保护光纤14。伸出管壳26外的光纤14尾端也是光纤14输出端，因此带有连接头9，其连接头9的连接芯头8(也简称尾纤)本实用新型按不同纤芯直径特别设计有多种匹配连接头芯8。
所说的耦合固定头1在中心位置上是光纤14。在光纤14外圆上套有细套管24。在细套管24的外圆上套有金属套管23。在光纤14的外圆与细套管24之间，以及在细套管24外圆与金属套管23之间均有固定密封层22。在光纤14前端上的光纤耦合头13中裸露的纤芯与细套管24之间有密封胶层25。为了获得高的耦合效率，要求密封胶层25的折射率n25等于或近似等于光纤14包层的折射率n14，即n25≌n14。
所说的在光纤14外圆与细套管24之间和在细套管24外圆与金属套管23之间的固定密封层22是由焊锡和环氧树脂胶构成的。
所说的固定马夹2是科伐制成的，或是其他金属材料制成的。
所说的固定马夹2，耦合固定头1与热沉铜块4上的凹槽27之间填充层12是焊锡和环氧树脂胶层。
所说的细套管24是玻璃毛细管，或是石英细管等。
散热铜块21用螺丝固定在热沉铜块4的右侧。这样，使固定光纤耦合头13的热沉铜块4与固定半导体激光器件5的散热铜块21连成一体，不产生任何相对位移。而光纤耦合头13通过多维微调架对准半导体激光器件5的发射面进行对准耦合，即光纤耦合头13的中心轴线OO与半导体激光器件5的中心严格重合。当获取高耦合效率时，通过在固定马夹2、光纤耦合头13及固定热沉铜块4之间填充锡焊料(金属化固定)及环氧树脂胶固定封装。用于光监控的光电探测器6置于半导体激光器件5出光面前上侧，散热铜块4的上部空间中，以漏光方式取监控光电流。
本实用新型的光纤14可以采用特种光纤，如采用美国3 M Co最新研制成的TECSTM氟化聚合物作包层的单石英纤芯特种光纤，具有高强度，抗弯曲性能好，光纤芯及包层尺寸均匀，一致性好，光功率耦合效率高，数字孔径NA＝0.39或NA＝0.22。用其它型号石英作包层的特种光纤，例如3M Co.TECS Si/Si光纤(Na＝0.22)耦合效果亦很好。
光纤耦合头13，在纤芯头部形成集成的半球微透镜，其直径以略大于(20％～30％)纤芯直径为最佳，耦合效率最高。
本实用新型的耦合固定头1，为了耦合固定，把耦合固定头1做成如图3所示结构，耦合损耗最小，尾纤输出光功能几乎与未加固定前耦合时一样，即光纤14的固定结构不引进耦合损耗。
本实用新型耦合器件，当半导体激光器件5发射的光束，被置于与它共中心轴线OO的光纤耦合头13前端的半球微透镜所接收。因为半球微透镜的直径大于光纤14纤芯的直径，所以微透镜接收到的光束绝大部分通过光纤14至尾端输出，有高的耦合效率，一般情况下达到η≥70％，最佳耦合状态下耦合效率达到ηmax≥85～90％，而尾纤光功率输出的稳定性很好，Δp/p＞0.5％。
本实用新型的耦合固定采用大小连环套的几层金属(科伐)套管代替已有技术的玻璃毛细管，其效果相同，不过以本实用新型的结构为佳，方便、简单。套管间环氧树胶胶层宜薄，以便使纤芯中心度好。
本实用新型的优点：在高功率(1～6瓦)半导体激光器件与光纤耦合情况下，内部带有半导体微致冷器18和置于热沉铜块4上圆孔10里的热敏电阻为温度传感器控温，光电探测器监控光功率功能，结构紧凑合理，小型轻便，耦合时操作方便。尾纤端又加了本实用新型的特种芯径的连接头9标准FC，便于器件与应用系统的对接。这大大扩大了这种耦合器件的应用范围。
本实用新型有耦合器中采用高强度，抗弯曲性能好的，对于各种恶劣环境条件下适应性强的特种光纤14，采用美国的3M Co TECSTM。其中TECSTM光纤高数字孔径NA＝0.39±0.02单芯石英光纤，更能适用于要求高输出耦合效率和高尾纤光功率输出的应用。另外，在一些要求高耦合效率而较小数值孔径(NA＝0.22±0.02)，尾纤输出具有高亮度的应用中则选用TECSTM石英芯石英包层的光纤14，这后一种光纤，由于石英包层外面还有一层TECS高强度氟化聚合物包层(低折射率)，就更提高了耦合效率。
本实用新型的光纤耦合头13的纤芯头部有直径略大于纤芯直径的半球微透镜，这种结构的制作工艺简单，包括剥纤芯，腐蚀锥形头和电弧法和纤芯头部形成集成透镜，都能有独到的规范。
成功率很高，按照这种结构做，耦合效率一般都能达到60～70％，甚至达到80～90％。已有技术均只对标准石英包层光纤适用，与本实用新型的光纤耦合头结构有很大差异，并且制作工艺难以规范。
本实用新型采用的耦合固定头对光纤耦合头的固定(见图3)，通常标准光纤是纤芯和包层均是石英，只是折射率不同，在电弧烧成集成微透镜时，透镜邻近部位(～7mm)的石英包层不被烧熔，完好保持包层的作用。因此，外加金属套管或玻璃套管时可以把光纤外表金属化，用焊锡也可以用环氧树脂等折射率高(n～1.55)作填充料而不影响光纤14的光功率耦合效率和光传输。而现在针对几瓦级高功率LD的几百μm×1μm的发光面，必须采用芯径与之相匹配的特种光纤。本实用新型选用单石英光纤TECSTM，在用电弧法形成集成微透镜时，头部约有8mm～10mm长的光纤(TECS)包层必须剥清爽，不然也会被电弧烧焦而破坏。这样8～10mm长的裸露纤芯的固定(为了尾纤输出稳定，必须避免纤芯头部晃动)就是个难题，金属填料吸收光，焊锡等不能用。通常的环氧树脂等粘固胶，其折射率高于1.48，均高于纤芯n14＝1.457，这样半导体激光器件的激光就无法耦合到光纤14中去。如图3所示，只有找到一种折射率接近光纤(TECS)包层的折射率(n＝1.404)的粘胶，才不会影响耦合和传输光的效率。所以本实用新型密封胶层25的折射率n25等于或近等于光纤14包层的折射率n14，即n25≌n14。如本实用新型对应光纤(TECS)包层的折射率n14＝1.404用密封胶层的折射率n25＝1.406的有机硅胶，这是最理想的几乎是完善的解决办法，这种头部加固结构一点不影响耦合效率和光的传输，成功率达到100％。
附图说明
：图1是本实用新型耦合器的顶视结构图图2是图1的A-A剖视示意图图3是图2中B-B剖视中耦合固定头1结构的示意图。
实施例：如图1、图2、图3的结构。构成本实用新型实施例的光纤14和半导体激光器件(LD)的参数如下表中所列。
上表中所说的尾纤就是图1、图2中所述的光纤14伸出管壳26外侧面的光纤14尾端的连接头9的连接头芯8。
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