[实用新型]一种多路分立半导体激光耦合入单根光纤的结构

说明书

技术领域

本实用新型方法提供了一种将多个独立半导体激光器发出的光经整形和重新排列后合并耦合进入一根光纤的结构，通过这一结构可以获得具有高功率、高功率密度激光输出的激光器组件。

背景技术

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的抽运源，都需要具有优良光束质量、高功率密度并且使用灵活的激光源。通过将半导体激光耦合进入光纤再输出，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的输出光合并后输出。

第一种方法的成功取决于半导体激光器的材料生长和制作工艺水平的进步、难度比较大并且提升有限，难以满足实际应用当中对光功率密度越来越高的要求。

第二种方法主要依赖于耦合技术的改进，实现上相对简单，是获得大功率和超大功率激光输入的主要途径。其实现方式有两种：一是将半导体激光器在芯片一级制做成为单片列阵形式，并联工作，通过整形光学系统将列阵中每个激光器的输出光重新排列合并到一起输出；另一种方式是将多支独立的半导体激光器的输出光经过整形合并到一起输出，分立激光器可以并联也可以串联。这两种方式各有其优缺点：由于分立激光器可以在进行耦合前进行筛选，并且可以采用单独制冷、因此组合成的组件可靠性、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。一、将每个独立的激光器或列阵中单个激光器的输出光各自耦合进入一根光纤、再将多根光纤捆成一束输出。这种耦合方式相对简单，但是光纤输出光的有效面积比较大，光功率密度不够高。二、采用特殊光学系统将所有输出光重新排列并耦合入一根光纤，这样就可以得到比较高的功率密度。

本实用新型属于将分立的激光器的输出光耦合入一根单光纤的一种实用方案。

由于分立半导体激光器芯片必须安装在具有一定大小的热沉上，如果直接将多个半导体激光器的输出光束进行排列并聚焦耦合，通常由于受到每个芯片和其热沉体积的限制，合并光束空间体积较大，很难通过常规的透镜组聚焦为比较小的光斑，也就很难获得小芯径高功率密度的光纤耦合输出。为减小合并光束的空间体积，必须采取一定的措施。已经有一些方案通过采取各种特殊措施，实现了将分立激光器的输出光进行重新排列，使组合光束的空间体积足够小，再通过透镜组耦合入一根细光纤。如Polaroid公司的美国专利6364260号采取一个多面体棱镜，将分立半导体激光器芯片星形排列，慢轴平行于多面体棱镜的轴线，发出的光经快轴准直后分别照射到多面棱镜的一个对应面上，经过反射，获得互相平行的小间距光束，再经过透镜组聚焦耦合入光纤。nLIGHTCorporation的美国专利申请US2007/0116071A1，将分立的半导体激光器芯片制做在小阶梯热沉结构上，对半导体激光器的输出光快轴和慢轴方向都进行压缩，形成近似平行的光束，多个芯片发出的光束相互平行，再经过透镜组聚焦耦合进入光纤。

发明内容

本专利申请的方案通过一个阶梯热沉和一个按照一定间距排列的反射镜阵列，将多个位于阶梯上的半导体激光器芯片输出的光束在快轴方向压缩间距并等光程排列起来，再通过透镜组系统聚焦耦合入单根光纤，整个系统安装在一个导热良好的金属底座上。