[实用新型]大功率半导体激光器光学整形系统

说明书

技术领域

本实用新型属于激光器制造领域，具体涉及一种大功率半导体激光器光学整形系统。

背景技术

半导体激光器又称激光二极管(LD)。进入八十年代，人们吸收了半导体物理发展的最新成果，采用了量子阱(QW)和应变量子阱(SL-QW)等新颖性结构，引进了折射率调制Bragg发射器以及增强调制Bragg发射器最新技术，同时还发展了MBE、MOCVD及CBE等晶体生长技术新工艺，使得新的外延生长工艺能够精确地控制晶体生长，达到原子层厚度的精度，生长出优质量子阱以及应变量子阱材料。于是，制作出的LD，其阈值电流显著下降，转换效率大幅度提高，输出功率成倍增长，使用寿命也明显加长。

半导体激光器及其光纤耦合系统在工业、医疗、军事等领域得到越来越广泛的应用。在众多应用中，体积小，重量轻，成本低的半导体激光器的耦合模块成为市场的关注重点和各国研究的焦点。

由于半导体激光器的出射光束的发散角在快慢轴上各不相同并且相差很大，对于单管半导体激光器而言，两者的BPP参数相差约20倍，这就造成了后续光学整形的难题，目前对半导体激光器进行光学整形，通常是在半导体激光器(LD)前端加相应的光束整形系统，如对光束进行切割，旋转，重排等，将激光束压缩至需要的光斑输出(牛岗，樊仲维，王培峰等，“大功率半导体激光列阵单光纤耦合技术”，半导体学报，2007，28(10)：1607-1610)，这样使得耦合模块体积大，结构和工艺复杂，成本高。国内外相关产品很多，但多为两种芯片基础上开发出的产品，都存在一定的缺点：

(1)单管(Single Emitter)产品，该产品只有一个发光点，可以做到808nm，50μm，5W的激光输出，尽管光纤芯径很小，但由于功率的限制，亮度并不是很高。

(2)单Bar产品，该产品的发光点一般为19个或19个以上(如47个，62个)，针对这种Bar条，多使用切割、翻转、重排、聚焦的光束整形方式来实现光纤耦合输出，这类产品可以达到很高的功率，但由于采用了复杂的光学系统，成本很高，而且输出光纤芯径也不能做到很小，较难达到高亮度输出的目的。

(3)多Bar条产品，这类产品在功率方面具有绝对的优势，但很难使激光耦合进小芯径的光纤内，这就决定了该类产品的亮度不高。

综上所述，传统的半导体激光器光学整形方案中，激光芯片一般采用单管(Single Emitter)或者单Bar，而光学整形系统(主要是Bar条类)则往往需要进行复杂的光学切割、旋转、重排。传统技术具有以下缺点：

(1)基于Bar条的光纤耦合产品成本高，要求的驱动电流大。由于加入了复杂的光学系统，使得整个产品成本提高，降低了该类产品的市场竞争力，同时该类产品往往需要很高的驱动电流，这严重限制了产品的应用。

(2)功率和亮度偏低。对于单管光纤耦合产品，由于其功率的限制，很难做出大功率、高亮度的激光器产品。而对于Bar条光纤耦合产品，由于很难将光束耦合进小芯径的光纤中，所以亮度也不高。

(3)工艺复杂。常见的Bar条光纤耦合产品通常采用复杂的光学系统，以达到小芯径光纤耦合输出的目的，这种光学系统包含了复杂的光束整形透镜，在实际生产中，每增加一个透镜，工艺难度大大增加，同时也带来功率的损失。

(4)结构复杂。传统技术中，为了得到好的光束质量，无论是单管类还是Bar条类产品，均采用了复杂的光学整形系统，因此使得耦合模块的结构复杂，体积庞大。

实用新型内容

本实用新型提供一种大功率半导体激光器光学整形系统，以解决现有半导体激光器聚焦系统聚焦能量密度不高，无法将激光输出耦合入更小芯径的光纤内，从而导致输出亮度有限的技术问题。

本实用新型的原理是：半导体激光器激光光源作为激光产生装置，其出射光束的发散角在快慢轴上各不相同并且相差很大，本实用新型利用梯度聚焦对半导体激光器的出射光束进行光学整形其中，梯度聚焦的作用在于当激光光束通过它以后，激光光束进行梯度聚焦，输出的光束耦合进50um的光纤之中。

本实用新型的技术方案如下：

大功率半导体激光器光学整形的设计方法，包括以下步骤：

(1)对半导体激光光源进行快轴压缩或者慢轴压缩或者先后进行快轴、慢轴压缩；

(2)对压缩后的激光光源进行梯度聚焦。

上述步骤(2)所述梯度聚焦是通过具有梯度聚焦性质的光学元件/组件实现，该光学元件/组件在径向上按照由中间向两端折射率依次减小的方式进行梯度聚焦。