一種半導(dǎo)體激光器偏振合束裝置及耦合方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器偏振合束裝置及耦合方法，裝置中的一組激光二極管水平固定在底板上，另一組激光二極管垂直固定在底板上，工作時(shí)兩組激光二極管發(fā)出偏振方向垂直的光，兩組光分別通過快軸準(zhǔn)直透鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直透鏡SAC的準(zhǔn)直后變?yōu)槠叫泄馐?，再?jīng)過反射鏡的轉(zhuǎn)向，形成空間合束，最后經(jīng)過偏振合束棱鏡形成偏正合束，偏正合束光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡后，將光聚焦進(jìn)入光纖輸出。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)高功率、高亮度的半導(dǎo)體激光器，避免了使用半波片，半波片成本高、精度嚴(yán)格，很容易造成損耗。本發(fā)明中垂直方向排布的一組半導(dǎo)體激光二極管，能做到光程相同，為后續(xù)輸出光束整形提供保障。另外，水平、垂直兩組排布的半導(dǎo)體激光二極管，能得到圓對稱的光斑。
【專利說明】一種半導(dǎo)體激光器偏振合束裝置及耦合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體激光器的偏振合束裝置及耦合方法，屬于半導(dǎo)體激光器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光器由于具有體積小、重量輕、效率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、醫(yī)療、通訊等眾多領(lǐng)域。由于自身量子阱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的限制，半導(dǎo)體激光器的輸出光束質(zhì)量與CO2激光器、固體YAG激光器等傳統(tǒng)激光器相比較差，阻礙了其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。近幾年，隨著半導(dǎo)體材料外延生長技術(shù)、半導(dǎo)體激光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、腔面鈍化技術(shù)、高穩(wěn)定性封裝技術(shù)、高效散熱技術(shù)的發(fā)展，特別是在直接半導(dǎo)體激光工業(yè)加工應(yīng)用以及大功率光纖激光器泵浦源的需求推動(dòng)了具有大功率，高光束質(zhì)量的半導(dǎo)體激光器飛速發(fā)展。
[0003]由于單芯片的半導(dǎo)體激光器的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足多樣化的需求，多個(gè)芯片激光的合束是必然的，這才能使半導(dǎo)體激光器的功率成倍的提升。目前，多個(gè)芯片的激光合束最直接的是空間合束。由于快軸方向光束質(zhì)量好，可以整形成寬度只有200 μ m-300 μ m的光斑，因此可以將芯片組裝在不同的高度進(jìn)行合束。
[0004]而要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、寬范圍的激光加工，激光器必須同時(shí)滿足高功率和高光束質(zhì)量。由于半導(dǎo)體激光二極管輸出光具有很好的線偏振特性，偏振度可以在95% -98%的范圍內(nèi)，可采用偏振合束，這樣能提高半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量。一般偏振合束會(huì)將用于耦合的兩路半導(dǎo)體激光器，其中一路放置半波片使其偏振態(tài)發(fā)生改變，將S態(tài)偏振光變成P態(tài)偏振光，或?qū)態(tài)偏振光變成S態(tài)偏振光后入射到偏振合束器上。但是半波片成本高、精度嚴(yán)格，很容易造成損耗。而且在大功率應(yīng)用中，還會(huì)產(chǎn)生大量的熱，造成可靠性問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，而提供一種半導(dǎo)體激光器的偏振合束裝置及耦合方法，本發(fā)明利用半導(dǎo)體激光器的偏振特性，將激光二極管分為兩組，一組水平固定、一組垂直固定，分別得到水平偏振態(tài)和垂直偏振態(tài)，然后形成偏振合束，實(shí)現(xiàn)高功率，高光束質(zhì)量的半導(dǎo)體激光器。
[0006]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007]—種半導(dǎo)體激光器偏振合束裝置，包括底板、若干激光二極管、快軸準(zhǔn)直鏡FACVg軸準(zhǔn)直鏡SAC、反射鏡、偏振合束棱鏡、準(zhǔn)直透鏡、光纖；若干激光二極管、快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC、反射鏡、偏振合束棱鏡、準(zhǔn)直透鏡、光纖分別固定在底板，且所有從反射鏡反射的光束均經(jīng)偏振合束棱鏡后進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡后聚焦在光纖上輸出，其特征在于:
[0008]若干激光二極管等分為兩組，一組水平排列，并在垂直方向形成高度差，空間合束；一組垂直排列，前后錯(cuò)位；
[0009]每個(gè)激光二極管都有相對應(yīng)的一個(gè)快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC和一個(gè)反射鏡；一個(gè)激光二極管與其對應(yīng)的快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC和反射鏡都固定在一條直線上；
[0010]快軸準(zhǔn)直鏡FAC的光軸對準(zhǔn)相對應(yīng)的激光二極管的發(fā)光面；
[0011]慢軸準(zhǔn)直鏡SAC的光軸對準(zhǔn)相對應(yīng)的激光二極管的發(fā)光面，并與快軸準(zhǔn)直鏡FAC的光軸重合；
[0012]反射鏡與水平面垂直放置，且同相對應(yīng)的快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC的光軸夾角為45°。
[0013]兩組激光二極管相對垂直排布；物理上得到兩組偏振方向垂直的偏振光。
[0014]垂直排列的一組激光二極管前后錯(cuò)位，按規(guī)律間隔，且各反射鏡組裝時(shí)，且后一個(gè)反射鏡的反射光從前一個(gè)反射鏡的上方通過，形成空間合束，激光經(jīng)反射鏡到達(dá)準(zhǔn)直器出光光程相等。
[0015]所有的元件都用焊料或膠固定在底板上。
[0016]半導(dǎo)體激光器偏振合束裝置的耦合方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行:
[0017](I)、每個(gè)激光二極管發(fā)出的光經(jīng)過快軸準(zhǔn)直鏡FAC的準(zhǔn)直后，光在垂直于芯片方向變?yōu)槠叫泄猓?br> [0018](2)、經(jīng)過快軸準(zhǔn)直鏡FAC準(zhǔn)直后的光到達(dá)慢軸準(zhǔn)直鏡SAC,經(jīng)過慢軸準(zhǔn)直鏡SAC的整形后，光在沿著平行于芯片方向變?yōu)槠叫泄猓?br> [0019](3)、依次經(jīng)過快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC準(zhǔn)直后的光經(jīng)過反射鏡的反射后，光路偏轉(zhuǎn)了 90° ;
[0020](4)、一組激光二極管水平固定，且垂直方向存在高度差，因此產(chǎn)生多個(gè)高低不同的光束，經(jīng)過各自的快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC后產(chǎn)生高低不同的平行光束，經(jīng)過平面鏡的反射后到達(dá)偏振合束棱鏡；
[0021](5)、一組激光二極管垂直固定，各反射鏡組裝時(shí)，且后一個(gè)反射鏡的反射光從前一個(gè)反射鏡的上方通過，形成空間合束，然后到達(dá)偏振合束棱鏡；
[0022](6)、一組激光經(jīng)偏振合束棱鏡反射、一組激光透射通過偏振合束棱鏡透射，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡后聚焦在光纖上。
[0023]本發(fā)明對比已有技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn):
[0024]本發(fā)明利用將兩組激光二極管水平、垂直兩個(gè)方向組裝，得到相互正交的偏振光，通過偏振合束棱鏡合束，得到高亮度的激光。
[0025]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)高功率、高亮度的半導(dǎo)體激光器，避免了使用半波片，半波片成本高、精度嚴(yán)格，很容易造成損耗。本發(fā)明中垂直方向排布的一組半導(dǎo)體激光二極管，能做到光程相同，為后續(xù)輸出光束整形提供保障。另外，水平、垂直兩組排布的半導(dǎo)體激光二極管，能得到圓對稱的光斑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖中:1-激光器二極管，2-快軸準(zhǔn)直透鏡FAC，3_慢軸準(zhǔn)直透鏡SAC，4_反射鏡，5-反射鏡，6-偏振合束棱鏡，7-準(zhǔn)直器。
【具體實(shí)施方式】[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器偏振合束裝置，包括底板、18個(gè)激光二極管1、快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC、反射鏡(4，5)、偏振合束棱鏡6、準(zhǔn)直透鏡7、光纖；18個(gè)激光二極管1、快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC、反射鏡(4，5)、偏振合束棱鏡6、準(zhǔn)直透鏡7、光纖分別固定在底板，且所有從反射鏡反射的光束均經(jīng)偏振合束棱鏡6后進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡7后聚焦在光纖上輸出，其特征在于:
[0030]18個(gè)激光二極管等分為兩組，第一組水平排列，并在垂直方向形成高度差，空間合束；第二組垂直排列，前后錯(cuò)位；
[0031]每個(gè)激光二極管I都有相對應(yīng)的一個(gè)快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC和一個(gè)反射鏡；一個(gè)激光二極管與其對應(yīng)的快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC和反射鏡都固定在一條直線上；
[0032]快軸準(zhǔn)直鏡FAC的光軸對準(zhǔn)相對應(yīng)的激光二極管的發(fā)光面；
[0033]慢軸準(zhǔn)直鏡SAC的光軸對準(zhǔn)相對應(yīng)的激光二極管的發(fā)光面，并與快軸準(zhǔn)直鏡FAC的光軸重合；
[0034]反射鏡與水平面垂直放置，且同相對應(yīng)的快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC的光軸夾角為45°。
[0035]左邊第一組為水平排布的激光二極管，但垂直于底座方向上存在高度差，由臺階一次排開；右邊第二組為垂直固定在底板上的激光二極管。
[0036]每一個(gè)激光二極管前，首先會(huì)組裝一個(gè)快軸準(zhǔn)直鏡FAC2，在垂直于芯片方向上對激光器二極管I發(fā)出的光進(jìn)行整形，整形后的光束在垂直于芯片方向變?yōu)槠叫泄狻?br> [0037]慢軸準(zhǔn)直鏡SAC3也是一個(gè)柱透鏡，在平行于芯片方向上對經(jīng)過慢軸準(zhǔn)直鏡SAC3準(zhǔn)直后的光進(jìn)行整形，整形后的光束在平行于芯片方向變?yōu)槠叫泄狻?br> [0038]第一組激光二極管對應(yīng)的反射鏡4在垂直于底座方向存在高度差，使得高一個(gè)臺階激光二極管發(fā)出的光經(jīng)過反射鏡后從前面反射鏡的上方經(jīng)過；第二組激光二極管對應(yīng)的反射鏡5Y方向前后錯(cuò)開，后一個(gè)反射鏡反射的激光從前一個(gè)反射鏡上方經(jīng)過，形成空間合束。
[0039]兩組平行光，一組經(jīng)偏振合束棱鏡6反射，一組經(jīng)偏振合束棱鏡6透射，合為一束光，到達(dá)準(zhǔn)直器7后聚焦在光纖上輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體激光器偏振合束裝置，包括底板、若干激光二極管、快軸準(zhǔn)直鏡FACVg軸準(zhǔn)直鏡SAC、反射鏡、偏振合束棱鏡、準(zhǔn)直透鏡、光纖；若干激光二極管、快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC、反射鏡、偏振合束棱鏡、準(zhǔn)直透鏡、光纖分別固定在底板，且所有從反射鏡反射的光束均經(jīng)偏振合束棱鏡后進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡后聚焦在光纖上輸出，其特征在于: 若干激光二極管等分為兩組，一組水平排列，并在垂直方向形成高度差，空間合束；一組垂直排列，前后錯(cuò)位； 每個(gè)激光二極管都有相對應(yīng)的一個(gè)快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC和一個(gè)反射鏡；一個(gè)激光二極管與其對應(yīng)的快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC和反射鏡都固定在一條直線上； 快軸準(zhǔn)直鏡FAC的光軸對準(zhǔn)相對應(yīng)的激光二極管的發(fā)光面； 慢軸準(zhǔn)直鏡SAC的光軸對準(zhǔn)相對應(yīng)的激光二極管的發(fā)光面，并與快軸準(zhǔn)直鏡FAC的光軸重合； 反射鏡與水平面垂直放置，且同相對應(yīng)的快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC的光軸夾角為 45。。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器偏振合束裝置，其特征在于:兩組激光二極管相對垂直排布；物理上得到兩組偏振方向垂直的偏振光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器偏振合束裝置裝置，其特征在于:垂直排列的一組激光二極管前后錯(cuò)位，按規(guī)律間隔，且各反射鏡組裝時(shí)，且后一個(gè)反射鏡的反射光從前一個(gè)反射鏡的上方通過，形成空間合束，激光經(jīng)反射鏡到達(dá)準(zhǔn)直器出光光程相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器偏振合束裝置，其特征在于:所有的元件都用焊料或膠固定在底板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的半導(dǎo)體激光器偏振合束裝置的耦合方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行: (1)、每個(gè)激光二極管發(fā)出的光經(jīng)過快軸準(zhǔn)直鏡FAC的準(zhǔn)直后，光在垂直于芯片方向變?yōu)槠叫泄猓? (2)、經(jīng)過快軸準(zhǔn)直鏡FAC準(zhǔn)直后的光到達(dá)慢軸準(zhǔn)直鏡SAC,經(jīng)過慢軸準(zhǔn)直鏡SAC的整形后，光在沿著平行于芯片方向變?yōu)槠叫泄猓? (3)、依次經(jīng)過快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC準(zhǔn)直后的光經(jīng)過反射鏡的反射后，光路偏轉(zhuǎn)了 90° ; (4)、一組激光二極管水平固定，且垂直方向存在高度差，因此產(chǎn)生多個(gè)高低不同的光束，經(jīng)過各自的快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC后產(chǎn)生高低不同的平行光束，經(jīng)過平面鏡的反射后到達(dá)偏振合束棱鏡； (5)、一組激光二極管垂直固定，各反射鏡組裝時(shí)，且后一個(gè)反射鏡的反射光從前一個(gè)反射鏡的上方通過，形成空間合束，然后到達(dá)偏振合束棱鏡； (6)、一組激光經(jīng)偏振合束棱鏡反射、一組激光透射通過偏振合束棱鏡透射，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡后聚焦在光纖上。
【文檔編號】H01S5/06GK104007558SQ201410190470
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】盧昆忠, 胡慧璇 申請人:武漢銳科光纖激光器技術(shù)有限責(zé)任公司