一种大功率半导体多单管耦合激光器装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大功率半导体多单管耦合激光器装置，包括底板热忱、多个半导体激光二极管COS、多个快轴准直镜FAC、多个慢轴准直镜SAC、多个45°反射镜、非球面聚焦透镜、光纤，其中，多个半导体激光二极管COS直接焊接在平面大底板热忱上，多个慢轴准直镜SAC都绕X轴倾斜一定的角度，且各倾斜角度不同，工作时半导体激光二极管发出相同高度的光，经过快轴准直镜FAC，再经过慢轴准直镜SAC后，产生沿快轴方向(Y方向)高低不同的平行光束，实现准直后光斑沿快轴方向(Y方向)的高度差，本发明专利技术对加工件精度要求低、加工制造容易、可减少元器件、结构简单、重量轻、散热性能好，且可实现大功率激光的耦合。

A high power semiconductor multiple single tube coupled laser device

The invention discloses a high power semiconductor multi single tube coupling laser device, which includes baseplate enthusiasm, multiple semiconductor laser diode COS, multiple fast axis collimator FAC, multiple slow axis collimator SAC, multiple 45 degree reflector, aspheric focusing lens, optical fiber, in which a plurality of semiconductor laser diode COS is directly welded. In the plane large plate enthusiasm, many slow axis collimator SAC all inclined a certain angle around the X axis, and the angle of each inclined angle is different. When working, the diode laser diode sends out the same height light, passes through the fast axis collimator FAC, and then passes the slow axis collimator SAC, produces the parallel beam along the fast axis direction (Y direction), and realizes the parallel beam. After collimation, the height of the light spot in the direction of the fast axis (Y direction) is poor. The invention has low precision for machining parts, easy processing and manufacturing, easy to reduce components, simple structure, light weight, good heat dissipation, and can realize the coupling of high power laser.

【技术实现步骤摘要】
一种大功率半导体多单管耦合激光器装置
本专利技术涉及一种大功率半导体激光器领域，特别涉及一种可实现光束在快轴方向叠加的、散热效果好、不需要阶梯热忱、制作成本低、重量轻的大功率半导体多单管耦合激光器装置。
技术介绍
半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高等众多优点，广泛应用于工业、军事、医疗等领域。并且单管COS相对于半导体激光巴条来说具有功率稳定、寿命长、价格便宜等优点，常用于半导体光纤耦合模块中。随着半导体激光应用越来越广泛，对半导体功率要求也越来越高，多半导体单管的光纤耦合也就应运而生，国内多单管耦合进光纤获得高功率输出的技术日趋成熟。多单管耦合技术一般采用的是阶梯结构，将单管在快轴方向按照不同高度放置，经快轴准直、慢轴准直、反射镜等实现空间合束，最后经聚焦透镜聚焦耦合进入光纤。这种阶梯结构需要在底板上加工高精度的阶梯差，加工难度大、制作成本高，且每个半导体激光二极管COS要焊接到台阶面上，为保证良好的散热，对台阶面的平整度要求很高，在实际应用中，通常很难达到要求散热所需的平整度要求，散热性能差。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有阶梯热忱散热不良、加工精度难以保证、制作成本高的问题，提供了一种大功率半导体多单管耦合激光器装置，其采用多个半导体激光二极管COS、即单管直接焊接在平面底板热忱上，只倾斜慢轴准直镜SAC的方案，可实现各光束的高度差，相对于阶梯热忱实现高度差来说，精度更易保证，制作容易。而且可以适当增加单管的数量，实现大功率的耦合输出，具有体积小，重量轻、耗材少、散热好等优点。为了实现上述目的，采取了以下技术方案：一种大功率半导体多单管耦合激光器装置，包括底板热忱、多个半导体激光二极管COS、多个快轴准直镜FAC、多个慢轴准直镜SAC、多个45°反射镜、非球面聚焦透镜、光纤，所述的快轴准直镜FAC直接粘接在所述的半导体激光二极管COS的两端、磨有不同角度的所述的慢轴准直镜SAC直接粘接在所述的底板热忱上，所述的多个慢轴准直镜SAC都绕X轴倾斜一定的角度，且各倾斜角度不同，以实现准直后光斑沿快轴方向(Y方向)的高度差。所述的多个半导体激光二极管COS直接焊接在所述的平面底板热忱上。优选的，所述的底板材料具有热导率高的特性，例如铜材料。优选的，大功率半导体多单管耦合激光器装置还包含多个焊片，所述的多个焊片固定在所述的底板热忱上，每个所述的半导体激光二极管COS安装在一个所述的焊片上，通过加热方式焊接到所述的底板热忱上。优选的，所述的焊片由热导率高的材料制成。所述的45°反射镜与准直后光束呈45°放置，实现光路的90度折转，且各所述的45°反射镜高度不同，实现准直后光斑在快轴方向(Y方向)的叠加。所述的大功率半导体多单管耦合激光器装置，其工作过程包含如下步骤：焊接在所述底板热忱上的所述半导体激光二极管COS发出多条相同高度的光，光经过所述的快轴准直镜FAC的准直后，快轴方向(Y方向)准直成近似平行光，且分布在一个平面上；经过所述快轴准直镜FAC后的光到达相应的不同角度倾斜放置的所述慢轴准直镜SAC上，各光束在慢轴方向(X方向)准直成平行光，由于各所述的慢轴准直镜SAC倾斜角度不同，会在快轴方向(Y方向)出现一个高度差，只要倾斜角度设计合适，可以保证各光斑之间的高度差相同，使经过不同角度倾斜放置的所述慢轴准直镜SAC后的光束形成具有高度差的平行光束；平行光束经相对应的45°放置的所述45°反射镜的反射后，实现光路的90°折转，且各所述的45°反射镜高度不同，实现光斑在快轴方向(Y方向)的叠加，叠加后的光束经所述的非球面聚焦透镜的聚焦后，耦合进入所述的光纤。与现有技术相比，具有以下优点：采用多个半导体激光二极管COS直接焊接在平面底板热忱上，只倾斜慢轴准直镜SAC的方案，可实现各光束的在快轴方向的高度差，相对于阶梯热忱实现高度差来说，精度更易保证，加工容易，且具有体积小，重量轻、耗材少、散热好等优点，并且可以适当增加单管的数量，实现更大功率的耦合输出。附图说明图1是本专利技术所述的大功率半导体多单管耦合激光器装置结构示意图。图2是所述的慢轴准直镜SAC结构示意图。图3是光束经过所述慢轴准直镜SAC后光束传播示意图。图4是光束经45°反射镜合束后在快轴方向光斑叠加示意图。具体实施方式下面结合附图1至附图4作进一步说明：如图1所示，本专利技术提出的大功率半导体多单管耦合激光器装置包括底板热忱1、多个半导体激光二极管COS2，3，4，5、多个快轴准直镜FAC6、多个慢轴准直镜SAC7、多个45°反射镜8、非球面聚焦透镜9、带端冒光纤10。半导体激光二极管COS2，3，4，5通过焊片焊接到平面底板热忱1上，各单管发出多条高度相同的光，光经过快轴准直镜FAC6的准直后，快轴方向(Y方向)准直成近似平行光，并且分布在一个平面上。所述的多个慢轴准直镜SAC7都绕X轴倾斜一定的角度，并且各倾斜角度不同，经过快轴准直镜FAC6后的光到达相应的不同角度倾斜放置的慢轴准直镜SAC7上，各光束在慢轴方向(X方向)准直成平行光，并且由于各慢轴准直镜SAC7倾斜角度不同，会在快轴方向(Y方向)出现一个高度差，只要倾斜角度设计合适，可以保证各光斑之间的高度差相同，使经过不同角度倾斜放置的慢轴准直镜SAC7后的光束形成具有高度差的平行光束。所述的45°反射镜8与准直后光束呈45°放置，各平行光经相对应的45°反射镜8的反射后，实现光路的90度折转，且各45°反射镜8高度不同，可实现准直后光斑在快轴方向(Y方向)的叠加，叠加后的光束经非球面聚焦透镜9的聚焦后，耦合进入光纤10。相对于传统的用阶梯热忱实现高度差来说，此种结构对加工件精度要求低、可降低制造难度，减少元器件，且结构简单，重量轻，可实现大功率激光的耦合，半导体激光二极管COS2，3，4，5直接焊接在平面底板热忱1上，可实现良好散热。如图2为带有一定倾斜角度的慢轴准直镜SAC7结构示意图，慢轴准直镜SAC7曲面部分使光束慢轴方向(X方向)得到准直，慢轴准直镜SAC7有相同的厚度，但各自倾斜角度不同，对应相应的半导体激光二极管COS2，3，4，5，慢轴准直镜SAC7沿X轴逆时针角度依次增大，各半导体激光二极管COS2，3，4，5对应的光相对于慢轴准直镜SAC7来说具有不同的入射角度，从而使每个光束经过慢轴准直镜SAC7后，光束慢轴方向(X方向)发散角被压缩，但由于慢轴准直镜SAC7对于快轴方向(Y方向)的光束来说只相当于平行平板的作用，且各半导体激光二极管COS2，3，4，5发出的光是相互平行的，经不同倾斜角的慢轴准直镜SAC7后，出射光束相互平行，只是在快轴方向(Y方向)上具有了不同的高度，通过适当设计慢轴准直镜SAC7的倾斜角度，可以保证相邻光束产生相同的高度差。光束经带有倾斜角度的慢轴准直镜SAC7之后，产生一个上下平行的偏移量ΔZ，如图3所示，图3是光束经过所述慢轴准直镜SAC7后光束传播示意图，光束经慢轴准直镜SAC7后产生偏移量，由于慢轴准直镜SAC7的倾斜角度不同，各光束经慢轴准直镜SAC7后产生高度差Δz：式中，d为慢轴准直镜SAC7的厚度，此设计中d为一定值；α为慢轴准直镜SAC7的倾斜角度，是个变值；n为慢轴准直镜SAC7的折射率。具体推导过程，S＝dco本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率半导体多单管耦合激光器装置，包括底板热忱、多个半导体激光二极管COS、多个快轴准直镜FAC、多个慢轴准直镜SAC、多个45°反射镜、非球面聚焦透镜、光纤，快轴准直镜FAC直接粘接在半导体激光二极管COS的两端、磨有不同角度的多个慢轴准直镜SAC直接粘接在底板热忱上；其特征在于：多个慢轴准直镜SAC都绕X轴倾斜一定的角度，且各倾斜角度不同，以实现准直后光斑沿快轴方向(Y方向)的高度差。

【技术特征摘要】
1.一种大功率半导体多单管耦合激光器装置，包括底板热忱、多个半导体激光二极管COS、多个快轴准直镜FAC、多个慢轴准直镜SAC、多个45°反射镜、非球面聚焦透镜、光纤，快轴准直镜FAC直接粘接在半导体激光二极管COS的两端、磨有不同角度的多个慢轴准直镜SAC直接粘接在底板热忱上；其特征在于：多个慢轴准直镜SAC都绕X轴倾斜一定的角度，且各倾斜角度不同，以实现准直后光斑沿快轴方向(Y方向)的高度差。2.根据权利要求1所述的大功率半导体多单管耦合激光器装置，其特征在于：多个半导体激光二极管COS直接焊接在平面底板热...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈欣，徐海军，伍峰，
申请(专利权)人：北京热刺激光技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11