一种单管半导体激光器合束结构制造技术

本发明专利技术涉及一种单管半导体激光器合束结构，包括多个同一波长的单管半导体激光器；多个阶梯热沉在同一平面内呈弧形排放，每个阶梯热沉上固定的多个激光器可发出一列方向相同的组合光束；多列组合光束经过不同倾角入射到衍射光栅上并在衍射光栅上发生重叠，通过衍射光栅的分光作用和外腔镜的反馈作用下，每只激光器发出的光束在由激光器的后腔面和外腔镜构成的谐振腔内实现外腔反馈和波长锁定，并由衍射光栅将多路光束合成一束从而实现外腔合束，最后耦合进入多模光纤。本发明专利技术突破了传统空间合束和偏振合束对合束单元数量的限制，显著增加合束单元的数量，耦合进光纤后输出功率相对于采用空间合束和偏振合束技术制成的光纤耦合模块有大幅度的提高。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体激光器
，具体涉及一种单管半导体激光器合束结构。
技术介绍
由于单管半导体激光器具有高光束质量，散热特性好，寿命长等优点，因此采用单管合束技术制成的光纤耦合模块在激光医疗、光纤激光器泵浦、激光监控、激光加工等方面都有着广泛的应用。但是由于单管半导体激光器的功率输出较低，为了能够提高光纤耦合模块的输出功率以满足单管半导体激光器技术应用，一些研究机构已经采取一些单管合束技术，如(100-W, 105- μ m, O. 15NA Fiber Coupled Laser Diode Module, Scott R.Karl sen, R. Kirk Price, Proc. of SPIE Vol. 7198 71980T-1)，这是国际上单管半导体激光器合束主要采用的技术。固定在阶梯热沉的每一级上的激光器在快轴方向叠加成组合光束，将两个组合光束单元通过偏振合束技术进行偏振合束。由于偏振态的限制，只能将一个P偏振的组合光束单元与一个S偏振的组合光束单元进行合束，这样就限制了合束单元 的数量以及光纤耦合模块的输出功率。
技术实现思路
本专利技术要解决现有单管合束技术中偏振合束方法对合束单元数量的限制问题，提供一种没有合束单元数量限制的单管半导体激光器合束结构。为了解决上述技术问题，本专利技术的单管半导体激光器合束结构的技术方案具体如下一种单管半导体激光器合束结构，包括多个同一波长的单管半导体激光器；每个所述单管半导体激光器固定在过渡热沉上，所述过渡热沉固定在阶梯热沉上；多个阶梯热沉在同一平面内呈弧形排放，每个阶梯热沉上固定的多个单管半导体激光器可发出一列方向相同的组合光束；多列组合光束经过不同倾角入射到衍射光栅上，光斑在衍射光栅上发生重叠，然后以相同的衍射角衍射至外腔镜；每列组合光束被外腔镜反馈后沿原光路返回，使每个单管半导体激光器收到自身的输出反馈；经过输出反馈的多列组合光束经过衍射光栅后合成为一束，通过聚焦镜耦合进入多模光纤。在上述技术方案中，每个所述的单管半导体激光器前腔面镀有透过率在99%以上的增透膜。在上述技术方案中，每个所述单管半导体激光器前还分别安装有用来减小激光器快慢轴的发散角的快轴准直镜和慢轴准直镜。在上述技术方案中，所述快轴准直镜为柱面微透镜或球面微透镜；所述慢轴准直镜为柱面微透镜或球面微透镜。在上述技术方案中，每个所述阶梯热沉上单管半导体激光器的数目为至少两个。在上述技术方案中，所述衍射光栅为透射型衍射光栅或者反射型衍射光栅。在上述技术方案中，所述外腔镜为具有一定反射率的平行平板，反射率值为从1%到 50%ο在上述技术方案中，所述外腔镜的摆放方向与衍射光束的方向严格垂直。在上述技术方案中，所述聚焦镜采用球面透镜、非球面透镜或者两个分离的柱面镜。在上述技术方案中，所述单管半导体激光器的波长从400nm 2000nm。在上述技术方案中，所述多模光纤的纤芯直径范围为50 μ m 1000 μ m,数值孔径范围为O. I到O. 3，光功率输出为IW 1000W。本专利技术的单管半导体激光器合束结构，其具有以下的优点本专利技术的单管半导体激光器合束结构将多个单管半导体激光器空间合束后的组 合光束，利用衍射光栅实现外腔合束，并以单个阶梯单元上激光器的组合光束的光束质量进行输出，合束后还可以通过偏振合束进一步合束，解决了只采用空间合束和偏振合束中合束单元数量的限制，耦合进光纤后输出功率相对于只采用空间合束和偏振合束技术制成的光纤耦合模块有大幅度的提高。本专利技术的单管半导体激光器合束结构中，阶梯热沉上激光器的数量可根据需要的激光总功率和单个激光器的功率、机械尺寸、散热条件确定，十分灵活；参与合束的单元的数量取决于激光器的增益谱宽和衍射光栅的衍射能力以及衍射光栅的损伤阈值。附图说明图I是本专利技术的单管半导体激光器合束结构的一种具体实施方式的结构示意图，其中衍射光栅为反射型衍射光栅；图2是本专利技术的单管半导体激光器合束结构的另外一种具体实施方式的结构示意图，其中衍射光栅为透射型衍射光栅；图3是图I所示的具体实施方式中的一个阶梯单元的立体结构示意图；图4是图I所示的具体实施方式中的一个阶梯单元的侧向光路图；图5是图I所示的具体实施方式中的多个阶梯单元上的组合光束通过衍射光栅合束后的光斑示意图。具体实施例方式本专利技术的专利技术思想为一种单管半导体激光器合束结构，包括多个同一波长的单管半导体激光器；每个所述单管半导体激光器固定在过渡热沉上，所述过渡热沉固定在阶梯热沉上；多个阶梯热沉在同一平面内呈弧形排放，每个阶梯热沉上固定的多个单管半导体激光器可发出一列方向相同的组合光束；多列组合光束经过不同倾角入射到衍射光栅上，光斑在衍射光栅上发生重叠，通过衍射光栅的分光作用和外腔镜的反馈作用下，每只单管半导体激光器发出的光束在由激光器的后腔面和外腔镜构成的谐振腔内实现外腔反馈和波长锁定，并由衍射光栅将多路光束合成一束从而实现外腔合束，最后通过聚焦镜耦合进入多模光纤。每个所述单管半导体激光器前还分别安装有用来减小激光器快慢轴的发散角的快轴准直镜和慢轴准直镜。本专利技术的单管半导体激光器合束结构，所使用的单管激光器前腔面镀有增透膜，透过率在99%以上，将单管半导体激光器焊接在过渡热沉上，通过螺钉将过渡热沉固定在阶梯热沉的每一级上，阶梯热沉的每一级尺寸都完全相等。每只激光器前分别安装快轴准直镜和慢轴准直镜以减小激光器快慢轴的发散角，准直后在快轴方向叠加成平行等距的组合光束，每个阶梯热沉作为一个单元，将多个单元呈弧形排列并且安放在同一平面上，即多个单元等间距安放，并且相邻的两个单元的夹角相同的放在同一平面上。每个单元的组合光束经过不同角度入射到衍射光栅上，并且每个单元组合光束的光斑在衍射光栅上发生叠力口，叠加后的光斑与一个单元的组合光束的光斑相同。半导体激光器的光谱较宽，通常可以达到2 3nm (FffHM)0逆用衍射光栅的分光作用和波长选择作用，将每个单元光束中波长与其对应的入射角满足光栅方程的光以相同的角度衍射至外腔镜，由于外腔镜的部分反馈作用并且根据光路可逆原理，垂直入射到外腔镜上的这部分光束将再次经衍射光栅按原光路回到各自的激光器腔内，这样每个激光器将收到自己单元的输出反馈并将在由激光器的后端面与外腔镜构成的新谐振腔内进行振荡，每只激光器反馈回来的波长依次呈线性变化。根据半导体激光器的模式竞争理论，反馈的作用迫使每个单元上的激光器激发出与注入反馈相同波长的激光。这样每个单元的激光器都激发出波长略微不同的光束入射到衍射光栅上，此时每个单元的组合光束的波长和各自的入射角都满足光栅方程，衍射光栅可以将这些波长和入射角不同的光束以相同衍射角合成一束并通过外腔镜输出实现外腔合束，最后通过聚焦镜耦合进多模光纤。·下面结合附图对本专利技术做以详细说明。图1、3、4和5显示了本专利技术的单管半导体激光器合束结构的一种具体实施方式。参照图1，本专利技术的单管半导体激光器合束结构，包括同一波长的15个单管半导体激光器I、过渡热沉2、3个阶梯热沉3、正过渡电极4、负过渡电极5、快轴准直镜6、慢轴准直镜7、慢轴准直镜座8、衍射光栅9、外腔镜10、聚焦镜11、以及多模光纤12。每个阶梯热沉3上固定了 5个单管半导体激光器I。聚焦镜11采用球面透镜。本专利技术的单管半导体激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单管半导体激光器合束结构，其特征在于，包括多个同一波长的单管半导体激光器（1）；每个所述单管半导体激光器（1）固定在过渡热沉（2）上，所述过渡热沉（2）固定在阶梯热沉（3）上；多个阶梯热沉（3）在同一平面内呈弧形排放，每个阶梯热沉（3）上固定的多个单管半导体激光器（1）可发出一列方向相同的组合光束；多列组合光束经过不同倾角入射到衍射光栅（9）上，光斑在衍射光栅（9）上发生重叠，然后以相同的衍射角衍射至外腔镜（10）；每列组合光束被外腔镜（10）反馈后沿原光路返回，使每个单管半导体激光器（1）收到自身的输出反馈；经过输出反馈的多列组合光束经过衍射光栅（9）后合成为一束，通过聚焦镜（11）耦合进入多模光纤（12）。

【技术特征摘要】
1.一种单管半导体激光器合束结构，其特征在于，包括多个同一波长的单管半导体激光器(I);每个所述单管半导体激光器(I)固定在过渡热沉(2)上，所述过渡热沉(2)固定在阶梯热沉(3)上；多个阶梯热沉(3)在同一平面内呈弧形排放，每个阶梯热沉(3)上固定的多个单管半导体激光器(I)可发出一列方向相同的组合光束；多列组合光束经过不同倾角入射到衍射光栅(9)上，光斑在衍射光栅(9)上发生重叠，然后以相同的衍射角衍射至外腔镜(10);每列组合光束被外腔镜(10)反馈后沿原光路返回，使每个单管半导体激光器(I)收到自身的输出反馈；经过输出反馈的多列组合光束经过衍射光栅(9)后合成为一束，通过聚焦镜(11)耦合进入多模光纤(12)。2.根据权利要求I所述的半导体激光器单管合束光纤耦合模块，每个所述的单管半导体激光器(I)前腔面镀有透过率在99%以上的增透膜。3.根据权利要求I所述的单管半导体激光器合束结构，其特征在于，每个所述单管半导体激光器(I)前还分别安装有用来减小激光器快慢轴的发散角的快轴准直镜(6)和慢轴准直镜(7);所述快轴准直镜(6)为柱面微透镜或球面微透镜；所述慢轴准直镜(7)为柱面微...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱洪波，郝明明，秦莉，张志军，王立军，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：