一种轴对称型半导体激光巴条合束技术及模组制造技术

本发明专利技术公开了一种采用轴对称型结构的半导体激光巴条封装技术和合束模组，若干个半导体激光巴条轴对称型的固定均匀分布于光纤耦合器的周围，共用同一套轴对称型夹具：合束模组采用内、外齿轮装夹半导体激光巴条的圆柱型对称结构的合束模组，齿数为奇数Q个，相套同心，半导体激光巴条均匀分布装夹于内、外齿轮的相互咬合齿之间，发光面与内、外齿轮的内表面位于同一柱面；所述光纤耦合器由裸光纤包层外表面垂直于光纤光轴刻蚀有衍射结构的光纤制成，激光在裸光纤表面被衍射进入光纤；扇形的装夹结构，巴条的发光面一端夹持更紧，有利于热传导，装夹具的热胀冷缩形变转换为内、外齿轮围绕圆心轴的角位移，不改变激光对光纤的照射，压应力得到缓解。压应力得到缓解。压应力得到缓解。

【技术实现步骤摘要】
一种轴对称型半导体激光巴条合束技术及模组


[0001]本专利技术涉及高功率激光技术，主要涉及一种半导体激光巴条封装技术及模组，尤其是涉及一种基于轴对称型的内、外齿轮齿合装夹半导体激光巴条的衍射合束技术及模组，合束激光光纤输出高的激光功率光束质量比，有利于准直成小束散角，可对大量半导体激光巴条输出激光进行合束，高功率密度重复频率脉冲激光进行光束整形和光束指向稳定的合束技术。

技术介绍

[0002]半导体激光巴条是已经工程化商用激光器件，对半导体激光巴条输出光束的进一步合束集成通常采用平面堆叠串联结构；这种积木式合束结构中，半导体激光巴条与装夹金属结构一维的间隔排布熔融焊接固连，半导体激光巴条与装夹金属器件的热胀冷缩系数不同，且半导体激光巴条在工作时有将近一半的电功率以热能的形式输出，导致模组内半导体激光巴条处局部温度梯度大，模组冷却热管理水平受空间因素、热传导速度的限制。
[0003]这种固连的设计理念，存在着热聚集导致的结构应力，使半导体器件内部应力进一步加剧，导致半导体激光巴条的寿命远远短于单颗封装半导体激光器件，且大量集成后激光巴条输出激光功率光束质量比及波长的稳定性有限，无法满足远距离激光能量传输的小束散角和波长稳定性需求，无法获得高的激光功率密度。
[0004]这种串联的电路模式，在半导体激光巴条中单颗发光点器件失效后，总电流将分流到该半导体激光巴条上的其他发光点上，导致单颗发光点器件上承载电流增加，对整个模组系统的可靠性存在一定风险。
[0005]专利申请号202010728798.7一种半导体激光合束技术，公开了一种半导体激光衍射合束技术，在裸光纤的侧壁上，垂直于光纤光轴刻蚀与激光波长相当宽度的衍射光栅，激光经衍射光栅耦合到裸光纤纤芯，从裸光纤的两端输出。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是克服目前半导体激光巴条平面堆叠串联合束技术的局限，提高合束激光能量及其性能参数稳定性。
[0007]本专利技术要解决的第一个技术问题是，为克服现有装夹结构的应力不均对输出激光稳定性的影响，提供一种采用轴对称型结构的半导体激光巴条封装技术，若干个半导体激光巴条轴对称型的固定均匀分布于光纤耦合器的周围，每个半导体激光巴条共用同一套轴对称型夹具，发射激光照射光纤耦合器，光纤耦合器由裸光纤包层外表面垂直于光纤光轴刻蚀有衍射结构的光纤制成，激光在裸光纤表面被衍射进入光纤，偏向光纤轴向的激光耦合进入纤芯传输，偏向光纤径向的激光经过多次反射与衍射逐渐转向光纤轴向耦合进入纤芯传输，直到全部进入纤芯由端面输出。
[0008]本专利技术要解决的第二个技术问题是，为半导体激光巴条输出椭圆形激光光斑列集成衍射耦合进入光纤，提供一种基于轴对称结构的合束模组1，包括内齿轮2、外齿轮3、光纤
耦合器4、半导体激光巴条5、绝缘法兰盘10，所述内齿轮2、外齿轮3均为金属齿轮，内齿轮2、外齿轮3的齿数相等且为奇数Q个，内齿轮2为圆柱的内壁有Q个侧面位于圆柱径向的卡槽，外齿轮3为圆柱的一端轴向有Q个侧面位于圆柱径向的卡槽，构成爪形；内齿轮2、外齿轮3的内表面直径相等且镀金，内齿轮2、外齿轮3相套同心；所述半导体激光巴条5均匀分布装夹于内齿轮2、外齿轮3的相互咬合齿之间，发光面对准内齿轮2、外齿轮3的圆柱的圆心，且发光面与内齿轮2、外齿轮3的齿径向内表面位于同一柱面，半导体激光巴条5的P面、N面分别与内齿轮2、外齿轮3的咬合齿面相邻，采用金锡焊料熔融焊接固连；所述光纤耦合器4固定安置在内齿轮2、外齿轮3的圆柱的轴心，光纤耦合器4由裸光纤包层外表面垂直于光纤光轴刻蚀有衍射结构的光纤制成；所述内齿轮2的齿顶部位、外齿轮3的齿槽侧壁均为不倒角的直角边，内齿轮2的外壁上有轴向条形通孔8，便于半导体激光巴条5装夹；内齿轮2、外齿轮3中间径向有绝缘法兰盘10，内齿轮2、外齿轮3的相邻齿间有弹性绝缘片7，确保发光工作时装夹在半导体激光巴条5上的应力相对稳定；内齿轮2、外齿轮3分别连接直流电流源的正、负两极。
[0009]本专利技术要解决的第三个技术问题是，为提高所述合束模组1激光输出光束质量，提供的光纤耦合器4的一端为全反射，采用倾斜于光纤光轴的端面切割且镀高反膜11，光纤耦合器4的另一端拉锥6且与单模光纤熔接，输出单模光束。
[0010]本专利技术要解决的第四个技术问题是，为提高所述合束模组1的冷却能力，所述内齿轮2、外齿轮3的齿中还分布有若干个用于充填冷却液的空腔9，这些空腔9的微形变缓解整个合束模组1的热胀冷缩应力。
[0011]本专利技术要解决的第五个技术问题是，为扩展激光波长范围和提高激光能量，所述合束模组1能够若干个级联串接，光纤熔接实现多波长合束光纤输出。
[0012]本专利技术具有以下优点：本专利技术采用了对半导体激光巴条同一轴对称型装夹的封装结构，使得若干个半导体激光巴条中的每一个半导体激光巴条具有同等的装载环境，便于大量集成合束，提高激光能量，且经准直获得高的功率光束质量比；本专利技术采用了内、外齿轮齿合装夹半导体激光巴条的圆柱型结构，每个半导体激光巴条的P面、N面与内、外齿轮的齿槽侧面紧密相连，使得半导体激光巴条处于一个扇形的装夹结构中，且发光面一端夹持更紧，有利于热传导，装夹的热胀冷缩形变转换为内、外齿轮围绕圆心轴的角位移，不改变激光对光纤的照射，半导体激光巴条的压应力得到缓解，稳定了半导体激光巴条输出激光波长，稳定了模组输出激光的能量和波长；本专利技术采用了内、外齿轮的齿数相等且为奇数Q个，使得装夹的半导体激光巴条之间避免了对眼现象，降低了损伤概率，延长了半导体激光巴条的寿命；本专利技术采用了内、外金属齿轮分别连接直流电流源的正、负两极，使得模组中每一个半导体激光巴条的所有激光器并联，单个激光器失效时对整个模组中其他激光器的加电负载影响减弱，有效的提高了整个模组的可靠性。
附图说明
[0013]图1半导体激光巴条合束模组剖面图图2半导体激光巴条合束光纤耦合器
图3半导体激光巴条合束模组
具体实施方式
[0014]实施例1为内齿轮2、外齿轮3齿合装夹半导体激光巴条5的圆柱型对称结构的合束模组1，所述内齿轮1、外齿轮2的齿数相等且为奇数Q个，内齿轮2、外齿轮3齿数优选5个，内齿轮1、外齿轮2优选金属齿轮，材料为钨铜合金，内齿轮2的外圆直径为10mm，内齿轮2的内圆直径为1mm，外齿轮3的外圆直径6mm，外齿轮3的内圆直径1mm，所述内齿轮2为圆柱的内壁有5个侧面位于圆柱径向的卡槽，内齿轮2的齿顶部位均为不倒角的直角边，所述外齿轮3为圆柱的一端轴向有5个侧面位于圆柱径向的齿槽构成爪形，内齿轮2、外齿轮3相套，5个半导体激光巴条1的P面紧贴内齿轮2的齿顶侧面，N面紧贴外齿轮3的齿槽侧壁，发光面对准圆柱的圆心，发光面与内齿轮2、外齿轮3的径向内表面位于同一柱面，装夹于内齿轮2、外齿轮3的咬合齿之间；优选的光纤耦合器4采用包层直径0.6mm、芯径0.105mm裸光纤，优选光纤材料为熔融石英，固定安置在内齿轮2、外齿轮3圆柱的轴心，光纤耦合器4由裸光纤包层外表面垂直于光纤光轴刻蚀有衍射结构的光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轴对称型结构的半导体激光巴条合束技术，其特征在于若干个半导体激光巴条轴对称型的固定均匀分布于光纤耦合器的轴心周围，所述每个半导体激光巴条共用同一套轴对称型夹具，发射激光照射光纤耦合器，光纤耦合器由裸光纤包层外表面垂直于光纤光轴刻蚀有衍射结构的光纤制成，激光在裸光纤表面被衍射进入光纤，偏向光纤轴向的激光耦合进入纤芯传输，偏向光纤径向的激光经过多次反射与衍射逐渐转向光纤轴向耦合进入纤芯传输，直到全部进入纤芯由端面输出。2.一种合束模组[1]，其特征在于：包括内齿轮[2]、外齿轮[3]、光纤耦合器[4]、若干个半导体激光巴条[5]、绝缘法兰盘[10]，所述内齿轮[2]、外齿轮[3]均为金属齿轮，内齿轮[2]、外齿轮[3]的齿数相等且为奇数Q个，内齿轮[2]为圆柱的内壁有Q个侧面位于圆柱径向的扇形凹槽，外齿轮[3]为圆柱的一端轴向有Q个侧面位于圆柱径向的扇形卡槽，构成爪形；内齿轮[2]、外齿轮[3]的内表面直径相等且镀金，内齿轮[2]、外齿轮[3]相套同心；所述若干个半导体激光巴条[5]均匀分布装夹于内齿轮[2]、外齿轮[3]的相互咬合齿之间，发光面对准内齿轮[2]、外齿轮[3]圆柱的圆心，且发光面与内齿轮[2]、外齿轮[3]的内表面位于同一柱面，半导体激光巴条[5]的P面、N面分别与内齿轮[2]、外齿轮[3]的咬合齿面相邻，采用金锡焊料熔融...

【专利技术属性】
技术研发人员：南瑶，李青民，南腊香，孙翔，任占强，孙鑫，金旭，李波，
申请(专利权)人：西安立芯光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：