一种将多路分立半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种将多路分立半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，属于激光技术领域。本耦合系统包括多路激光器，分别安装于散热底板上且PN结结平面与散热底板垂直；其中一路激光器与耦合光纤同轴放置形成基准光轴，称为基准轴激光器；其余各路激光器放置在基准光轴的同侧或两侧，称为旁路激光器；通过反射镜使旁路激光器的输出光轴方向与基准光轴平行；每个激光器前都有一其快轴准直透镜；一部分激光器共用一个共用慢轴准直透镜，其余激光器使用各自独立的慢轴准直透镜；被准直后的组合光束再经由聚焦镜耦合入单根光纤。与现有技术相比，该结构具有高可靠性，结构紧凑，外形相对小巧等特点，特别适用于需高功率密度的光纤激光器泵源应用。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于激光
，涉及一种将多路分立半导体激光器发出的光束经过整形和重新排列后合并耦合进入单根光纤的耦合系统。
技术介绍
通过光纤输出的半导体激光器具有广泛的应用领域。无论是激光手术刀、还是工业激光打标、切割或全固体激光器和光纤激光器，都需要具有良好的光束质量、高功率密度并且使用灵活的激光光源。将半导体激光器耦合入单根光纤再输出，可以满足这种需求。实现高功率密度光纤输出激光的方法有两种一是提高单个半导体激光器的输出光功率密度；二是将多个半导体激光器芯片输出的光组合后输出。 第一种方法的成功取决于半导体激光器芯片材料的生长、设备水平的提升和制作工艺水平的进步，目前实现难度较大。第二种方法主要依赖于耦合技术的改进，实现上相对简单，是目前获得大功率和超大功率激光输出的主要途径。其实现方式有两种一种是采用列阵组件，就是将半导体激光器在芯片一级制作成单片阵列形式，使其并联工作，通过整形光学系统将阵列中每个激光器的输出光重新排列组合为一束集成光束输出；另一种方法是采用多只分立的半导体激光器芯片以并联或串联方式排列，将所有芯片单独输出的光，经过整形合并到一起组成集成光束输出。上述两种方式各有优劣，但是分立激光器可以在耦合前进行筛选，并且可以采用单独制冷，因此多只激光器组合后的组件其可靠性、一致性和寿命均好于使用列阵的组件。在合并方式上又有两种方法。其一，将每个独立的激光器芯片或列阵中单个激光器单兀的输出光各自I禹合进入一根光纤，再将多根光纤捆绑成一束输出。这种I禹合方式相对简单，但是光纤输出光的有效面积比较大，光功率密度不够高，也不能得到特定的光束模式。其二，采用特殊光学系统将所有激光器芯片或列阵中各单元的输出光重新排列并耦合入一根光纤，从而得到较高的功率密度，而且能得到需要的特定光束模式。目前此种方法多采用阶梯热沉方式排列激光光束，例如专利US2007/0116071A1、US2010/0226405A1，半导体激光器的安装方式为PN结结平面与散热底板平行。此种安装方式虽然有利于半导体激光器的散热，但是用户在安装使用时，散热底板与热沉的变形会严重影响半导体激光器的性能，从而使输出光功率下降。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本技术的目的在于提供一种将多路分立半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，通过这一系统结构可获得具有微小体积、超高功率、极高功率密度的激光器组件。本技术的技术方案为一种将多路分立半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，其特征在于包括多路分立半导体激光器，若干慢轴准直透镜，一聚焦镜，一耦合光纤；每一所述半导体激光器前设有一快轴准直透镜，所述半导体激光器通过热沉安装于散热底板上，且半导体激光器的PN结结平面均与所述散热底板垂直；其中，所述耦合光纤的光轴为基准光轴，与耦合光纤同轴放置的一半导体激光器为基准轴激光器，其余放置在基准光轴同侧或两侧的各路半导体激光器为旁路激光器；与所述基准轴激光器共用同一慢轴准直透镜的每一旁路激光器前设有一使该旁路激光器输出光轴方向与所述基准光轴平行、且反射到该共用慢轴准直透镜入射端的反射镜，该共用慢轴准直透镜输出端后面依次设有与其同轴放置的所述聚集透镜、耦合光纤；其余每一旁路激光器前依次设有一慢轴准直透镜、一使该旁路激光器输出光轴方向与所述基准光轴平行且反射到所述聚焦镜入射端的反射镜；其中，每一旁路激光器光束输出端到其慢轴准直透镜入射端的光程与所述基准轴激光器光束输出端到其慢轴准直透镜入射端的光程相等。进一步的，所述半导体激光器相对于所述散热底板等高。进一步的，所述半导体激光器垂直安装于所述散热底板上。进一步的，所述半导体激光器直接烧结在所述热沉上或通过过渡热沉安装在所述热沉上。进一步的，所述旁路激光器的输出光轴与所述基准光轴垂直放置或倾斜放置。进一步的，各所述半导体激光器电极为并联或串联。进一步的，所述聚焦镜为球面镜，或非球面镜，或自聚焦透镜，或多个球面、非球面构成的镜组。进一步的，所述半导体激光器为相同波长或不同波长的激光器。进一步的，所述快轴准直透镜为微柱透镜或柱面镜；所述慢轴准直透镜为一柱面镜。本技术的结构如图所示，将两个或两个以上的基准轴激光器I、旁路激光器2分别通过焊装方式固定在过渡热沉4上，之后将其焊装固定在组合热沉10上，组合热沉10的设计应满足基准轴激光器I与光纤和透镜同轴形成基准光轴，旁路激光器2分布在基准光轴的同侧或两侧，其输出光轴可以与基准光轴垂直也可不垂直，各激光器芯片竖立在热沉上，即PN结结平面垂直于散热底板11放置且相对于散热底板11等高。每个激光器的前方安装微柱透镜3使光束在快轴方向准直，用非共用柱面镜5、共用柱面镜6对光束的慢轴方向进行准直，反射镜7将基准光轴同侧或两侧的旁路激光器2输出光束的方向变成与基准光轴平行，同时压缩光束之间的间距。其中两路或两路以上的激光器共用一个共用柱面镜6，几路激光器的初始位置相对共用柱面镜6应满足等光程条件。经过改变方向并压缩了间距的组合平行光束由聚焦镜8聚焦到光纤9上，完成耦合。与现有技术相比，本技术的技术效果为本技术通过将基准轴激光器与光纤同轴放置，建立基准光轴，由此确定了透镜和光纤的初始相对位置，再通过反射镜使多个旁路激光器输出的光束与基准光轴平行，并进行光束间距压缩，使光路的安装调整简便易行；上述方法使得几路激光器可以共用一个柱面镜进行慢轴准直，从而简化系统结构，简化了安装调试的步骤；通过使激光器芯片的PN结结平面相对散热底板垂直焊装在金属热沉上，既能解决安装使用时激光器性能下降的问题，又可以利用反射镜的角度来补偿不同激光器芯片之间的焊装高度误差和指向误差，降低了对组合热沉加工精度和芯片焊装精度的要求；以上几方面的综合效果，是既能有效的提高生产效率，又大量节省生产成本。本技术具有高可靠性，结构紧凑，外形相对小巧等特点，特别适用于需要高功率密度的材料处理设备和光纤激光器泵源应用。附图说明图I是本技术实施例I的示意图；图2是本技术实施例2的示意图；图3是本技术实施例3的示意图；图中1.基准轴激光器，2.旁路激光器(即非基准轴激光器)，3.微柱透镜(准直透镜)，4.过渡热沉，5.非共用柱面镜(准直透镜)，6.共用柱面镜(准直透镜)，7.反射镜，8.聚焦镜,9.光纤，10.组合热沉,11.散热底板。具体实施方式以下结合附图对本技术进行进一步详细描述。实施例I :如图I所示，为以四个半导体激光器耦合入一根光纤为例，给出了本技术整体结构的顶视图。在基准光轴的同一侧放置激光器芯片，其输出光轴与基准光轴垂直，且有两个激光器共用一个共用柱面镜。将基准轴激光器I、旁路激光器2直接烧结或过渡热沉方式安装固定在组合热沉10上，将基准轴激光器I、旁路激光器2接上电极，电极连接可以是串联也可以是并联，然后将组合热沉10焊装到散热底板11上。用高精度的微调架将一准直透镜，即微柱透镜3和共用柱面镜6安装到基准轴激光器I的前方，使激光器光束在快轴和慢轴方向准直。将聚焦镜8安装到光路中，再将光纤9放入光路中，调整光纤9的位置直到得到最高的光纤输出功率。其中，聚焦镜8为球面或非球面镜，或自聚焦透镜，或多个球面、非球面构成的镜组。在旁路激光器2前放置微柱透镜3对其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将多路分立半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，其特征在于包括多路分立半导体激光器，若干慢轴准直透镜，一聚焦镜，一耦合光纤；每一所述半导体激光器前设有一快轴准直透镜，所述半导体激光器通过热沉安装于散热底板上，且半导体激光器的PN结结平面均与所述散热底板垂直；其中，所述耦合光纤的光轴为基准光轴，与耦合光纤同轴放置的一半导体激光器为基准轴激光器，其余放置在基准光轴同侧或两侧的各路半导体激光器为旁路激光器；与所述基准轴激光器共用同一慢轴准直透镜的每一旁路激光器前设有一使该旁路激光器输出光轴方向与所述基准光轴平行、且反射到该共用慢轴准直透镜入射端的反射镜，该共用慢轴准直透镜输出端后面依次设有与其同轴放置的所述聚集透镜、耦合光纤；其余每一旁路激光器前依次设有一慢轴准直透镜、一使该旁路激光器输出光轴方向与所述基准光轴平行且反射到所述聚焦镜入射端的反射镜；其中，每一旁路激光器光束输出端到其慢轴准直透镜入射端的光程与所述基准轴激光器光束输出端到其慢轴准直透镜入射端的光程相等。

【技术特征摘要】
2011.11.22 CN 201120468298.01.ー种将多路分立半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，其特征在于包括多路分立半导体激光器，若干慢轴准直透镜，ー聚焦镜，ー耦合光纤；每一所述半导体激光器前设有一快轴准直透镜，所述半导体激光器通过热沉安装于散热底板上，且半导体激光器的PN结结平面均与所述散热底板垂直；其中，所述耦合光纤的光轴为基准光轴，与耦合光纤同轴放置的一半导体激光器为基准轴激光器，其余放置在基准光轴同侧或两侧的各路半导体激光器为旁路激光器； 与所述基准轴激光器共用同一慢轴准直透镜的每一旁路激光器前设有ー使该旁路激光器输出光轴方向与所述基准光轴平行、且反射到该共用慢轴准直透镜入射端的反射镜，该共用慢轴准直透镜输出端后面依次设有与其同轴放置的所述聚集透镜、耦合光纤；其余每ー旁路激光器前依次设有ー慢轴准直透镜、一使该旁路激光器输出光轴方向与所述基准光轴平行且反射到所述聚焦镜入射端的反射镜；其中，每ー旁路...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓华，刘玉凤，
申请(专利权)人：北京凯普林光电科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：