一种用于半导体激光器的光纤耦合模块制造技术

本发明专利技术公开了一种用于半导体激光器的光纤耦合模块，包括由发光芯片组、快轴准直镜和慢轴准直阵列组成的发光模块，快轴准直镜和慢轴准直阵列依次设于发光芯片组的激光发射方向上，所述慢轴准直阵列的激光出射侧设有第一聚焦镜；所述快轴准直镜为Ｄ型柱透镜或光纤透镜，所述第一聚焦镜为双凸非球面透镜。本发明专利技术不同于现有技术的光纤耦合模块产品，它是在微型巴条（Ｍｉｎｉ？Ｂａｒ）的基础上开发出来的产品，无需经过复杂的切割、旋转、重排的光学系统即可将光束耦合进光纤内。并且由于体积小巧，本发明专利技术可以根据不同客户需求，设计出各种结构形式的多模块、高亮度半导体激光光纤耦合模块来，因此本发明专利技术的应用更广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光器制造领域，涉及光器的光纤耦合模块。种光纤耦合模块，尤其是一种用于半导体激
技术介绍
随着半导体激光器在工业、医疗、军事等领域越来越广泛的应用，高功率以及高亮 度成为激光器发展的必然趋势。其中高亮度半导体激光器以其广阔的市场前景，正成为相 关工作者研究的焦点。要想实现半导体激光器的高亮度输出，通常是在半导体激光器(LD) 前端加相应的光束整形系统，将激光束压縮至需要的光斑输出。 目前国内外最常见的提高亮度的方法就是将LD光束通过光纤耦合输出，由于能 量光纤芯径可以小到50 ii m， 100 ii m， 200 y m等，那么对于同样功率输出的光纤耦合激光 器，光纤芯径越小，就意味着较高的亮度或者是较高的能量密度。国内外相关产品很多，但 多为两种芯片基础上开发出的产品，都存在一定的缺点1.单管(SingleEmitter)产品，该 产品只有一个发光点，可以做到808nm， 50 m， 5W的激光输出，尽管光纤芯径很小，但由于 功率的限制，亮度并不是很高。2.单巴条(Single Bar)产品，该产品的发光点一般为19个 或19个以上(如47个，62个)，针对这种Bar条，多使用切割、翻转、重排、聚焦的光束整形 方式来实现光纤耦合输出，这类产品可以达到很高的功率，但由于加入了复杂的光学系统， 成本较高，并且输出光纤芯径也不能做到很小，较难达到提高亮度的目的。3.多单管产品， 相对于传统的单管产品，该型产品在功率上有一定的增加，但与基于Bar条类的产品相比， 其功率还是偏低。4.多Bar条产品，这类产品在功率方面具有绝对的优势，但很难耦合进小 芯径的光纤中去，这就决定了该类产品的亮度不会太高。 综上所述，传统的半导体激光器光纤耦合方案中，激光器芯片一般采用单管或者 单Bar，而光学整形系统(主要是Bar条类)则往往需要进行复杂的光学切割、旋转、重排。 经过对比分析，我们总结出了传统技术具有以下缺点。 1.基于Bar条的光纤耦合产品成本高，要求的驱动电流大。由于加入了复杂的光 学系统，使得整个产品成本提高，降低了该类产品的市场竞争力；而且该类产品一般需要很 高的驱动电流，这严重限制了此产品的应用。 2.功率和亮度偏低。对于单管光纤耦合产品，由于其功率的限制，很难做出大功 率、高亮度的激光器产品。而对于Bar条光纤耦合产品，由于很难将光束耦合进小芯径的光 纤中，所以亮度也不大。 3.工艺复杂。常见的Bar条光纤耦合产品通常引入复杂的光学系统，以达到光束整形、小芯径光纤耦合输出的目的，这种光学系统包含了复杂的光束整形透镜，而在实际生 产中，每增加一个透镜，就意味着工艺难度的提高，同时也会增加功率的损耗。 4.功率选择范围小。传统技术中，无论是单管类产品还是Bar条类产品，其可选择 的功率范围都很小。例如15W的光纤耦合产品，单管功率无法达到，只能使用多单管或Bar 条产品进行耦合。其中多单管耦合产品的结构太过复杂，而Bar条产品的功率又偏大，造成3浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于半导体激光器的光纤 耦合模块，该光纤耦合模块以微型巴条(MiniBAR)为基础。微型巴条是一种介于单发光点 芯片和标准10毫米长芯片(19个或19个以上发光点)之间的芯片。这种芯片每个发光点 的功率也是介于单发光点芯片和标准10毫米长芯片每个发光点的功率之间，一般低于单 发光点芯片的，但高于标准10毫米长芯片的功率。针对该型芯片具有两个或两个以上(最 多可达IO个)发光点的特点，该种光纤耦合模块无需经过复杂的切割、旋转、重排的光学系 统即可将光束耦合进光纤内，不仅可以设计为单模块，也可设计为多模块组合的方式，具有 制作工艺简单、体积小巧、亮度高的优点。 本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的 这种用于半导体激光器的光纤耦合模块，包括由发光芯片组、快轴准直镜和慢轴 准直阵列组成的发光模块，所述快轴准直镜和慢轴准直阵列依次设于发光芯片组的激光发 射方向上，所述慢轴准直阵列的激光出射侧设有第一聚焦镜；所述快轴准直镜为D型柱透 镜或光纤透镜，所述第一聚焦镜为双凸非球面透镜，所述慢轴准直阵列为包含多个圆柱曲 面的透镜。 上述发光芯片组包含有单个或多个发光芯片，所述多个发光芯片并列设置且各发 光芯片激光发射方向相同。 上述发光芯片为微型巴条(Mini Bar)。 上述快轴准直镜和慢轴准直阵列的水平方向长度均小于10mm。 以上由发光芯片组、快轴准直镜和慢轴准直阵列组成的发光模块和聚焦镜均设于底板上。 进一步的，该光纤耦合模块包含有多个发光模块和一个阶梯底座，所述多个发光 模块呈横向阶梯状排列分别固定在阶梯底座的各阶梯上，每个发光模块前部均放置有一个 反射镜，所述反射镜相对于发光模块的发射光轴向呈45。放置；所述阶梯底座的前方依次 设有柱面镜和第二聚焦镜；每个发光模块输出的光斑经反射镜反射后，由柱面镜和第二聚 焦镜对光束进行二次准直和聚焦耦合，最终实现光纤耦合输出。 上述第二聚焦镜为双凸非球面透镜。 本专利技术具有以下几个优点 1.成本低。本设计采用Mini Bar芯片，无论从半导体激光芯片价格，还是后面光 学系统的价格，都比Bar条类光纤耦合产品更有竞争力；而相对于单管产品，本专利技术的一个 芯片产生的功率需要多个单管产品才能达到，在光学系统成本增加不大的前提下，成本自 然大大降低。 2.功率高。与传统单管产品相比，本产品的功率大大提高。同时，本产品也可以用 多模块设计或者Mini-Bar垂直叠阵(Vertical Stack)的方法，使输出功率更高。 3.亮度高。这是本专利技术的主要特点之一。本专利技术采用比单管产品输出功率更高 的Mini Bar芯片，同时又克服了传统Bar条类产品不能实现小芯径光纤输出的缺陷，因此 亮度较高。 4.工艺简单。本专利技术省去了通常Bar条光束整体系统所需要的光束翻转、切割、重排过程，通过简单的准直和聚焦的方式即可实现小芯径光纤耦合的目的，工艺非常简单。附图说明 图1是本专利技术单模块快轴方向光路图； 图2是本专利技术单模块慢轴方向光路图； 图3是本专利技术单模块立体示意图； 图4为本专利技术多模块立体示意图； 图5为本专利技术多模块替代方案立体示意图； 图6为基于Mini Bar的垂直叠阵示意图； 图7为圆柱曲面透镜示意图。 其中1为发光芯片组；2为快轴准直镜；3为慢轴准直阵列；4为第一聚焦镜；5为玻璃块；6为第一底板；7为反射镜；8为柱面镜；9为第二聚焦镜；10为阶梯底座；ll为第二底板；12为二次慢轴准直镜；13为第三聚焦镜。具体实施例方式下面结合附图和具体实施实例详细叙述本专利技术 对于单模块方案，如图3，包括由发光芯片组1、快轴准直镜2和慢轴准直阵列3组成的发光模块。快轴准直镜2和慢轴准直阵列3依次设于发光芯片组1的激光发射方向上，慢轴准直阵列3的激光出射侧设有第一聚焦镜4。其中快轴准直镜2为D型柱透镜或光纤透镜，第一聚焦镜4为双凸非球面透镜，慢轴准直阵列3为包含多个圆柱曲面的透镜(如图7)。各个透镜之间的距离由透镜焦距，光参量乘积等参数确定。安装时，先将快轴准直镜2和慢轴准直阵列3通过玻璃块5连接在一起，再将发光芯片组1，玻璃块5，第一聚焦镜4都固定在事本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于半导体激光器的光纤耦合模块，包括由发光芯片组（１）、快轴准直镜（２）和慢轴准直阵列（３）组成的发光模块，其特征在于：所述快轴准直镜（２）和慢轴准直阵列（３）依次设于发光芯片组（１）的激光发射方向上，所述慢轴准直阵列（３）的激光出射侧设有第一聚焦镜（４）；所述快轴准直镜（２）为Ｄ型柱透镜或光纤透镜，所述第一聚焦镜（４）为双凸非球面透镜，所述慢轴准直阵列（３）为包含多个圆柱曲面的透镜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴胜，杨凯，康利军，
申请(专利权)人：西安炬光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]