CN105322435A - 一种双端光纤耦合输出的半导体激光器及激光系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双端光纤耦合输出的半导体激光器，包括具有一个台阶热沉的封装壳体，封装壳体的台阶热沉上焊接有若干个单管激光器芯片，通过调整光路或借助分光器件将若干个单管激光器芯片发出的光线实现两路激光输出，本发明所提出的双端光纤耦合输出的半导体激光器，可以代替传统的两个功率与之相等的单端输出的半导体激光器，可减小PA泵浦源约20%的体积、降低泵浦源约10%的成本，更能适应小功率脉冲/连续激光器朝小型化、低成本方向发展的需求。

Description

一种双端光纤耦合输出的半导体激光器及激光系统

技术领域

本发明涉及一种双端光纤耦合输出的半导体激光器及激光系统，属于激光技术领域。

背景技术

近年来光纤激光器技术迅猛发展，半导体激光器作为泵浦源具有转换效率高、寿命长、体积小、重量轻、可靠性高等优点，受到了较多的重视。

小功率脉冲/连续光纤激光器作为激光市场重要的组成部分逐步朝着低成本、小型化、高功率的方向转变。一般来讲，小功率脉冲/连续光纤激光器由主震-放大（MOPA）结构组成。受限于放大器（PA）耦合器单臂承受功率，通常采用（2+1）*1耦合器将两个相同的单管或多单管半导体激光器输出光耦合进放大系统。

如图1所示，种子源101射出的激光经耦合器104进入掺Yb双包层光纤105，最终由输出头106输出。两个单端输出半导体激光器102作为放大器的泵浦源，两块电源电路板103分别为两个泵浦管提供电能。这种方式较为简单直接，但是存在两个泵浦管占用较大空间、封装成本及电路成本偏高、生产实际操作复杂等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述半导体激光器模块的缺点，提供一种体积小、成本低、性能可靠的双端光纤耦合输出的半导体激光器。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种双端光纤耦合输出的半导体激光器，包括具有一个台阶热沉的封装壳体，封装壳体的台阶热沉上焊接有若干个单管激光器芯片，通过调整光路或借助分光器件将若干个单管激光器芯片发出的光线实现两路激光输出。

以下是本发明对上述方案的进一步优化：

若干个单管激光器芯片按照一定排列方式焊接在至少一个高度依序升高的多台阶热沉上。

若干个单管激光器芯片一一对应同轴设置有快轴准直透镜、慢轴准直透镜和反光镜，所述若干个单管激光器芯片的出光方向一致，出射激光先后经过快轴准直透镜和慢轴准直透镜，整形后激光光束的发散角得到不同程度的减小。所述每个反光镜（305）均与水平方向呈45±5°角设置。

封装壳体上处在反射镜的射出方向的位置设置有会聚透镜和激光输出单元，来自会聚透镜的光束从输出单元对应的光纤输入端耦入，经激光输出单元对应的光纤输出端输出。

进一步优化：该激光输出单元为1*2光纤分束器。

进一步优化：所述每个会聚透镜都镀有对单管激光器芯片出射激光高透的增透膜。

进一步优化：所述激光输出单元的输出光纤上都刻有对激光器系统波长高反、半导体激光器波长高透的光栅。

另一种优化方案：在反射镜的出射光路上安装一以一定能量比例分属的偏振无关分光镜，封装壳体上处在偏振无关分光镜的两个出射光路上分别设置有一个会聚透镜和激光输出单元。

进一步优化：该激光输出单元为独立的两根光纤。

另一种优化方案：在垂直于一组同向设置的单管激光器芯片的输出方向上间隔一定距离设置相互平行的两排反光镜，反光镜偏转角度一致；每排反射镜的光线射出方向的位置分别对应设置有一个会聚透镜和激光输出单元。

进一步优化：该激光输出单元为独立的两根光纤。

另一种优化方案：两组镜像设置的单管激光器芯片中间分别一一对应设置两排反射镜，每个反光镜与水平方向成45±5°角，相邻两个反光镜的夹角为90±10°，每排反射镜的光线射出方向的位置分别对应设置有一个会聚透镜和激光输出单元。

进一步优化：该激光输出单元为独立的两根光纤。

本发明的另一个发明目的是提供一种激光系统，该激光系统采用上述双端光纤耦合输出的半导体激光器。

本发明所提出的双端光纤耦合输出的半导体激光器，可以代替传统的两个功率与之相等的单端输出的半导体激光器，可减小PA泵浦源约20%的体积、降低泵浦源约10%的成本，更能适应小功率脉冲/连续激光器朝小型化、低成本方向发展的需求。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1是本发明背景技术中传统MOPA激光器系统（PA：（2+1）*1耦合器）图；

附图2是本发明实施例1的结构示意图；

附图3是本发明实施例2的结构示意图；

附图4是本发明实施例3的结构示意图；

附图5是本发明实施例4的结构示意图；

附图6是本发明实施例1-4中的半导体激光器应用在激光系统中的结构原理图。

图中：101-种子源；102-单端输出半导体激光器；103-电源电路板；104-激光经耦合器；105-掺Yb双包层光纤；106-输出头；202-双端光纤耦合输出的半导体激光器；301-封装壳体；302-单管激光器芯片；303-快轴准直透镜；304-慢轴准直透镜；305-反光镜；306-会聚透镜；307-固定架；308-输出光纤；309-偏振无关分光镜；310-光纤分束器。

具体实施方式

实施例1，如图2所示，一种双端光纤耦合输出的半导体激光器，包括具有一个台阶热沉的封装壳体301，封装壳体301的台阶热沉上间隔一定距离并排焊接有若干个单管激光器芯片302，在若干个单管激光器芯片302的出光方向上一一对应同轴设置有快轴准直透镜303、慢轴准直透镜304和反光镜305。

所述每个反光镜305均与水平方向呈45度角设置，且倾斜方向一致；封装壳体301上处在反射镜305的射出方向的位置设置有一个会聚透镜306和激光输出单元；该激光输出单元为1*2光纤分束器310。

所述若干个单管激光器芯片302的出光方向一致，出射激光先后经过快轴准直透镜303和慢轴准直透镜304，经快、慢轴准直透镜整形后激光光束的发散角得到不同程度的减小。

通过调节反射镜305，可以将单管激光器芯片302发出的一组平行光束堆叠成轮廓近似方形的光斑。最后光斑经会聚透镜306聚焦后耦合入50:50的1*2光纤分束器310中。

1*2光纤分束器310由熔融拉锥法制作而来，它有一个光纤输入端和两个光纤输出端，光束经光纤输入端进入，然后分为一定能量比例的两束光，分别从两个光纤输出端输出。光纤分束器锥区经特殊处理后固定在固定架307上。

实施例2，如图3所示，上述实施例1中，还可以在反射镜305的出射光路上安装一分光器件，该分光器件为偏振无关分光镜309，在偏振无关分光镜309的两个出射光路上分别设置有一个会聚透镜306和激光输出单元。该激光输出单元为独立的两根光纤308。

光束经偏振无关分光镜309后形成50:50的两束光,然后各自再经会聚透镜306合进独立的两根输出光纤308中,独立的两根输出光纤308被用胶水固定在固定架307上。

实施例3，如图4所示，上述实施例1中，还可以将若干个反射镜305沿垂直于单管激光器芯片302出光的方向设置成平行的两排，相邻反射镜305沿单管激光器芯片302出光的方向间隔设置。

每排反射镜305的光线射出方向的位置分别对应设置有一个会聚透镜306和激光输出单元。该激光输出单元为独立的两根光纤308。

图中从左至右第1,3,5个单管激光器芯片302输出光经反射镜305组后到达一个会聚透镜306，第2,4,6个单管激光器芯片302输出光经反射镜305后到达另一个会聚透镜306。

最后两束光分别经各自对应的会聚透镜306聚焦后耦合入两根输出光纤308中。两根输出光纤308分别被用胶水固定在固定架307上。

实施例4，如图5所示，上述实施例1中，单管激光器芯片302均分为两组并镜像设置，两组单管激光器芯片302中间、单管激光器芯片302的出光方向上与之一一对应设置有快轴准直透镜303、慢轴准直透镜304和反射镜305。每个反光镜305与水平方向成45度角，相邻两个反光镜的夹角为90度。

每组反射镜305的光线射出方向的位置分别对应设置有一个会聚透镜306和激光输出单元。该激光输出单元为独立的两根光纤308。

半导体激光器组发出的两组平行光束分别经快轴准直透镜303、慢轴准直透镜304和反射镜305后到达各自对应的会聚透镜306，聚焦后耦合入两根输出光纤308中。输出光纤308被用胶水固定在固定架307上。

所述激光输出单元的输出光纤上都刻有对激光器系统波长高反、半导体激光器波长高透的光栅。

所述会聚透镜都镀有对单管激光器芯片出射激光高透的增透膜。

如图2所示，应用本发明实施例1-4中所记载半导体激光器的激光系统（PA：（2+1）*1耦合器），与图1所示传统激光器系统（PA：（2+1）*1耦合器）相比，不同的是：双端光纤耦合输出的半导体激光器202替代了两个单端输出半导体激光器102,并且仅用一块电源电路板203即可满足需求。因此采用该半导体激光器可以有效减小泵浦源体积、降低原材料和人工成本，更能适应小功率脉冲/连续激光器朝小型化、低成本方向发展的需求。

由此可知，本发明所提出的双端光纤耦合输出的半导体激光器，可以代替传统的两个功率与之相等的单端输出的半导体激光器，有效减小PA泵浦源的体积、提高材料利用率、降低原材料成本和人工成本，更能适应小功率脉冲/连续激光器朝小型化、低成本方向发展的需求。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第1”、“第2”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“若干个”的含义是两个或两个以上，图示的数量仅用作示例的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双端光纤耦合输出的半导体激光器，包括具有一个台阶热沉的封装壳体（301），封装壳体（301）的台阶热沉上焊接有若干个单管激光器芯片（302），其特征在于：通过调整光路或借助分光器件将若干个单管激光器芯片（302）发出的光线实现两路激光输出。

2.根据权利要求1所述的一种双端光纤耦合输出的半导体激光器，其特征在于：若干个单管激光器芯片（302）按照一定排列方式焊接在至少一个高度依序升高的多台阶热沉上。

3.根据权利要求1所述的一种双端光纤耦合输出的半导体激光器，其特征在于：若干个单管激光器芯片（302）一一对应同轴设置有快轴准直透镜（303）、慢轴准直透镜（304）和反光镜（305），出射激光先后经过快轴准直透镜（303）和慢轴准直透镜（304），整形后激光光束的发散角得到不同程度的减小，所述每个反光镜（305）均与单管激光器芯片（302）的出光方向呈45±5°角设置。

4.根据权利要求3所述的一种双端光纤耦合输出的半导体激光器，其特征在于：封装壳体（301）上处在反射镜（305）的射出方向的位置设置有会聚透镜（306）和激光输出单元，来自会聚透镜（306）的光束从输出单元对应的光纤输入端耦入，经激光输出单元对应的光纤输出端输出。

5.根据权利要求4所述的一种双端光纤耦合输出的半导体激光器，其特征在于：该激光输出单元为1*2光纤分束器（310）。

6.根据权利要求4所述的一种双端光纤耦合输出的半导体激光器，其特征在于：在反射镜（305）的出射光路上安装一偏振无关分光镜（309），偏振无关分光镜（309）的两个出射光路上分别设置有一个会聚透镜（306）和激光输出单元。

7.根据权利要求4所述的一种双端光纤耦合输出的半导体激光器，其特征在于：在垂直于一组同向设置的单管激光器芯片的输出方向上间隔一定距离设置相互平行的两排反光镜，反光镜偏转角度一致；每排反射镜（305）的光线射出方向的位置分别对应设置有一个会聚透镜（306）和激光输出单元。

8.根据权利要求4所述的一种双端光纤耦合输出的半导体激光器，其特征在于：

两组镜像设置的单管激光器芯片（302）中间分别一一对应设置两排反射镜（305），每个反光镜（305）与单管激光器芯片（302）的出光方向成45±5°角，相邻两个反光镜的夹角为90±10°，每排反射镜（305）的光线射出方向的位置分别对应设置有一个会聚透镜（306）和激光输出单元。

9.根据权利要求6-8任一所述的一种双端光纤耦合输出的半导体激光器，其特征在于：该激光输出单元为独立的两根光纤（308）。

10.一种激光系统，其特征在于；该激光系统采用权利要求1-9任一所述的双端光纤耦合输出的半导体激光器。