[发明专利]一种平台式折转反射单管半导体激光器光纤耦合模块

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种平台式折转反射单管半导体激光器光纤耦合模块。

背景技术

大功率半导体激光器具有输出功率高、体积小、重量轻、工作寿命长、电光转换效率高等一系列优势，并在泵浦固体激光器、直接材料加工、通信、医疗等各个领域得到了广泛应用。但是由于大功率半导体激光器自身也存着着光束质量差等问题，使其在一些对于光束质量要求高的场合中难以得到应用。

目前商品化生产的单管大功率半导体激光器出光功率已经达到了10W量级以上，但距离一些实际应用的需要还有很大差距。为进一步提高大功率半导体激光器的输出功率，并使其具有较高的光束质量、应用于更多的场合，研究人员常常选择将多个半导体激光器组合排列在一起，形成线阵、面阵或者叠阵的结构，然后通过对各个半导体激光器输出的光进行空间组合的方式，聚焦耦合进光纤，从而实现较高光束质量的大功率输出。

当前的半导体激光器光纤耦合技术常用的几种技术方案有：

1使用单个半导体激光器芭条，进行光纤耦合输出；

2将多个半导体激光器芭条输出光束在空间上组合、排布，进而通过偏振合束或波长合束的方式进一步提高功率，实现光纤输出；

3将多个单管半导体激光器输出光束在空间上组合、排布，进而通过偏振合束或波长合束的方式进一步提高功率，实现光纤输出；

以上方案中，1的缺陷为使用单个芭条，输出功率较低。而2、3方案为了获得光束的空间组合，常使用台阶式基座结构，即将各激光器置于高度不同的基座上。这会导致各激光器的热传导路径相对复杂，散热均匀性差，易引起温漂效应，使各激光器工作一致性变差、谱宽增大，不利于使用；同时台阶式基座结构还存在着加工难度大、成本高等问题。使用2、3方案中的台阶式基座结构进行多光束组合的另一缺陷是，光的快轴方向始终与台阶平面保持垂直，这样只要各台阶高度固定，间距不变，各光束的慢轴间距(亦即叠阵上各个激光器的水平高度差)也是固定的，难以改变。如果前期设计不合理或者存在加工误差，其光束间距很难调整，从而对聚焦产生不利影响，并降低最终的耦合效率。此外，在半导体激光器光纤耦合中，芭条结构的引入常常会使整体模块的寿命降低，因为芭条是由多个发光单管集成在一个热沉上的，其散热性能受限于单管的数量，数量越多，散热性能越差，芭条的工作寿命也就越短。

因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是：如何能够提出一种有效的措施，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种平台式折转反射单管半导体激光器光纤耦合模块，有效克服半导体激光器光纤耦合方案中存在的散热性能不一致、寿命短、调试困难以及耦合效率低等缺点。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种平台式折转反射单管半导体激光器光纤耦合模块，包括承载平台(1)、数组单管半导体激光器(2)、数个快轴准直镜(3)、慢轴准直镜(4)、数个折转反射棱镜(5)、普通反射棱镜(7)、合束棱镜(8)、快慢轴聚焦镜组合(9)和(10)、以及光纤耦合头(12)；每组单管半导体激光器各含数个单管半导体激光器，每个单管半导体激光器(2)对应着一个快轴准直镜(3)、一个慢轴准直镜(4)及一个折转反射棱镜(5)，上述各光学器件均平放在无台阶无基座的承载平台(1)上，各单管半导体激光器的发光处的高度一致，单管半导体激光器发出的光束经快轴准直镜和慢轴准直镜实现准直，经折转反射棱镜和普通反射棱镜实现折转反射，经合束棱镜实现合束，经快慢轴聚焦镜组合实现聚焦后，最终被耦合进光纤耦合头中。

进一步地，所述单管半导体激光器发出的光束到达合束棱镜前的路径为：经折转反射棱镜反射后，再经普通反射棱镜进行一次反射，之后进入合束棱镜；或经折转反射棱镜反射后直接进入合束棱镜。

进一步地，所述的m组单管半导体激光器之间的排列方式可以选择平行排列、垂直排列以及平行排列与垂直排列的组合。

进一步地，所述单管半导体激光器包括激光芯片和热沉两部分。

进一步地，所述折转反射棱镜含两个反射面，两个反射面在相互垂直的两个方向上分别与承载平台平面成45°角，光束进行两次反射后，光的传播方向发生90°偏转，光的慢轴方向从与承载平台平面平行变为与承载平台平面垂直。

进一步地，所述普通反射棱镜是三角反射棱镜，或平面反射镜。

进一步地，所述合束棱镜为偏振合束棱镜，或波长合束棱镜。