半导体激光器制造技术

本实用新型专利技术揭示了一种半导体激光器，包括主光源、温度控制系统、光学整形系统和功率控制系统；光纤耦合半导体激光器固定在半导体制冷器的冷面上，半导体制冷器的热面与底座连接；光纤耦合半导体激光器的光纤输出端装有端帽；端帽与准直透镜连接；准直透镜固定在一V型槽上，在准直透镜的输出光路上设有分光镜，在分光镜的分光光路上装光电二极管，光电二极管的光生电流作为控制信号，接入反馈控制系统。本实用新型专利技术的半导体激光器具有高光束质量、高稳定性、长寿命，体积小、重量轻和成本低。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体激光器领域，尤其涉及一种自由空间输出的半导体激光O
技术介绍
近年来，随着光电子技术的发展，半导体激光器得到了越来越广泛的应用，其具有光电转换效率高、覆盖波长范围广、使用寿命长、能高速调制、体积小、重量轻、价格便宜等特点。但半导体激光器由于其发光机理，光束质量较差，其输出往往伴有较强的杂散光；两个方向的发光点不同，造成相散；横模特性也不尽理想。这些缺点严重限制了半导体激光器的应用，尤其是在细胞分析、病毒检测和半导体检测等领域。为了解决半导体激光器光束质量不好的问题，人们开发了光纤耦合半导体激光器。将半导体激光器输出光束利用透镜耦合进光纤，从光纤端得到光束质量很好的输出。但随着半导体激光器输出功率的增加，光纤输出端的能量密度增加很多，很容易使光纤接头的端面被烧坏，导致输出功率降低，光束质量变差。同时，近年来，绿光和蓝光等短波长半导体激光器得到很大发展，光纤材料由于对短波长的吸收效率高，也容易使这类半光纤耦合导体激光器的光纤接头损坏。同时由于光纤耦合半导体激光器无法在输出端直接取光进行闭环功率控制，所以只能运行在电流模式，或者利用半导体激光器的内部光电二极管进行控制。但半导体激光器的内部光电二极管只能反映光源的功率变化而无法反映光纤输出端的功率变化，所以功率稳定性较差。
技术实现思路
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本技术的目的是提出一种具有高光束质量、 高稳定性和长寿命的自由空间输出的半导体激光器。本技术的目的将通过以下技术方案得以实现一种半导体激光器，包括一底座，所述底座上设有主光源、温度控制系统、光学整形系统和功率控制系统；所述主光源为光纤耦合半导体激光器；所述温度控制系统包括半导体制冷器、温度传感器、温度控制电路和热沉散热系统，保持半导体激光器元件在设定的温度范围工作。所述光学整形系统为准直透镜，光纤耦合半导体激光器通过准直透镜，使光纤输出转换为自由空间输出，并得到设计的光束质量。所述功率控制系统包括分光镜、光电二极管和反馈控制系统，所述光纤耦合半导体激光器固定在所述半导体制冷器的冷面上， 所述半导体制冷器的热面与所述底座连接；所述光纤耦合半导体激光器的光纤输出端装有端帽；所述端帽与所述准直透镜连接；所述准直透镜固定在一 V型槽上，在所述准直透镜的输出光路上设有所述分光镜，在所述分光镜的分光光路上装光电二极管，所述光电二极管的光生电流作为控制信号，接入所述反馈控制系统。分光镜按固定比例从主光束中分光，通过取光系统将光束衰减到满足光电二极管的线性输入范围并输入到光电二极管中，光电二极管将光信号转换为电信号，该电信号作为控制信号控制驱动电路板的驱动电流，从而控制半导体激光器的输出功率稳定。优选的，上述的半导体激光器，其中所述端帽长度为0. 5mm，所述端帽的接触面与光纤熔接，所述端帽的外包层与光纤相同，所述端帽的纤芯的直径为0. 105mm。光在端帽传输过程中，其光束会发散，当到达端帽输出端时，在端面上光功率密度会被降低，从而保证光纤的输出端不被烧坏，延长激光器的使用寿命。优选的，上述的半导体激光器，其中所述光纤耦合半导体激光器包括半导体激光器元件，所述半导体激光器元件固定在一机械件中，并在所述机械件的后部装有耦合透镜， 将半导体激光器元件输出的自由空间输出耦合进光纤。所述机械件具有一定的热容，并固定在半导体制冷器的冷面上。优选的，上述的半导体激光器，其中所述光纤耦合半导体激光器的输出端镀有防反射增透膜。防反射增透膜可以增加光纤到输出端的输出效率，减少反射，同时可使光纤纤芯输出端面到光纤接头的能量密度降低，从而保护光纤纤芯不被烧坏。优选的，上述的半导体激光器，其中所述光电二极管加装有衰减片，以保证光电二极管的光电响应在线性范围。优选的，上述的半导体激光器，其中所述光纤盘绕在所述底座上。本技术的突出效果为本技术提供了高光束质量、高稳定性、长寿命的自由空间输出半导体激光器，由温度控制系统、主光源、光学整形系统和功率控制系统组成， 使主光源的半导体激光器元件在设定温度下输出激光，经过耦合形成光纤耦合半导体激光器，通过光学整形系统，将二极管激光器较差的光束整形成高质量的光束输出，利用分光镜生成采样信号，检测输出功率的变化，并与主驱动板的驱动电流构成闭环负反馈控制系统， 使激光器输出功率达到高稳定性，在光纤输出端装有端帽，可以保护光纤头不被烧坏，延长了激光器的使用寿命。本技术同时具有体积小、重量轻和成本低的特点。以下便结合实施例附图，对本技术的具体实施方式作进一步的详述，以使本技术技术方案更易于理解、掌握。附图说明图1是本技术实施例1半导体激光器的结构示意图；图2是本技术实施例1半导体激光器的端帽的结构示意图；图3是本技术实施例1半导体激光器的功率控制系统的工作示意图。具体实施方式实施例1本实施例的一种半导体激光器，如图1和图2所示，包括一底座1，底座1上设有主光源、温度控制系统、光学整形系统和功率控制系统；主光源为光纤耦合半导体激光器，光纤耦合半导体激光器包括半导体激光器元件2，半导体激光器元件2固定在一机械件3中， 并在机械件3的后部装有耦合透镜，将半导体激光器元件2输出的自由空间输出耦合进光纤。温度控制系统包括半导体制冷器4、温度传感器、温度控制电路和热沉散热系统，保持半导体激光器元件2在设定的温度范围工作。光学整形系统为准直透镜5，光纤耦合半导体激光器通过准直透镜5，使光纤输出转换为自由空间输出，并得到设计的光束质量。功率控制系统包括分光镜6、光电二极管7和反馈控制系统8。机械件3具有一定的热容，并固定在半导体制冷器4的冷面上，半导体制冷器4的热面与底座1连接；光纤盘绕在底座1上。 光纤耦合半导体激光器的光纤输出端装有端帽9 ；端帽9长度为0. 5mm，端帽9的接触面91 与光纤92熔接，端帽9的外包层93与光纤相同，端帽的纤芯的直径为0. 105mm。光在端帽 9传输过程中，其光束会发散，当到达端帽9输出端94时，在端面上光功率密度会被降低，从而保证光纤的输出端不被烧坏，延长激光器的使用寿命。光纤耦合半导体激光器的输出端镀有防反射增透膜。防反射增透膜可以增加光纤到输出端的输出效率，减少反射，同时可使光纤纤芯输出端面到光纤接头的能量密度降低，从而保护光纤纤芯不被烧坏。端帽9与准直透镜5连接；准直透镜5固定在一 V型槽上，在准直透镜5的输出光路上设有分光镜6， 在分光镜6的分光光路上装光电二极管7，光电二极管7的光生电流作为控制信号，接入反馈控制系统8。分光镜6按固定比例从主光束中分光，通过取光系统将光束衰减到满足光电二极管7的线性输入范围并输入到光电二极管7中，光电二极管7将光信号转换为电信号， 该电信号作为控制信号控制驱动电路板的驱动电流，从而控制半导体激光器的输出功率稳定。光电二极管7加装有衰减片，以保证光电二极管7的光电响应在线性范围。本实施例的工作原理是半导体激光器元件2通电后，半导体制冷器4工作，通过控制半导体制冷器4的电流流向，控制半导体激光器元件2的工作温度，从而保证半导体激光器元件2在稳定的温度下工作，同时将半导体激光器元件2工作时产生的热量通过热沉散热系统由激光器底板1导向外部热沉。当温度传感器检测到温度到达工作温本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种半导体激光器，包括一底座，所述底座上设有主光源、温度控制系统、光学整形系统和功率控制系统；所述主光源为光纤耦合半导体激光器；所述温度控制系统包括半导体制冷器、温度传感器、温度控制电路和热沉散热系统；所述光学整形系统为准直透镜；所述功率控制系统包括分光镜、光电二极管和反馈控制系统，其特征在于：所述光纤耦合半导体激光器固定在所述半导体制冷器的冷面上，所述半导体制冷器的热面与所述底座连接；所述光纤耦合半导体激光器的光纤输出端装有端帽；所述端帽与所述准直透镜连接；所述准直透镜固定在一Ｖ型槽上，在所述准直透镜的输出光路上设有所述分光镜，在所述分光镜的分光光路上装光电二极管，所述光电二极管的光生电流作为控制信号，接入所述反馈控制系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范辉，季朝华，罗宁一，
申请(专利权)人：维林光电苏州有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32