[实用新型]一种将多路分立半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统

说明书

技术领域

本实用新型属于激光技术领域，涉及一种将多路分立半导体激光器发出的光束经过整形和重新排列后合并耦合进入单根光纤的耦合系统。

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，都需要具有良好的光束质量、高功率密度并且使用灵活的激光光源。将半导体激光器耦合入单根光纤再输出，可以满足这种需求。实现高功率密度光纤输出激光的方法有两种：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芯片输出的光组合后输出。

第一种方法的成功取决于半导体激光器芯片材料的生长、设备水平的提升和制作工艺水平的进步，目前实现难度较大。第二种方法主要依赖于耦合技术的改进，实现上相对简单，是目前获得大功率和超大功率激光输出的主要途径。对于前述第二种方法，其实现方式有两种：一种是采用列阵组件，就是将半导体激光器在芯片一级制作成单片阵列形式，使其并联工作，通过整形光学系统将阵列中每个激光器的输出光重新排列组合为一束集成光束输出；另一种方法是采用多只分立的半导体激光器芯片以并联或串联方式排列，将所有芯片单独输出的光，经过整形合并到一起组成集成光束输出。上述两种方式各有优劣，但是分立激光器可以在耦合前进行筛选，并且可以采用单独制冷，因此多只激光器组合后的组件其可靠性、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。其一，将每个独立的激光器芯片或列阵中单个激光器单元的输出光各自耦合进入一根光纤，再将多根光纤捆绑成一束输出。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，也不能得到特定的光束模式。其二，采用特殊光学系统将所有激光器芯片或列阵中各单元的输出光重新排列并耦合入一根光纤，从而得到较高的功率密度，而且能得到需要的特定光束模式。

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，合并光束体积较大，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大小，必须采取一定的措施。已有一些方案通过采取各种特殊措施将多个分立半导体激光器输出的光束进行重新排列，使组合光束的空间体积足够小，再通过透镜组耦合进入光纤；这些处理一般安装调试比较复杂，不易于实现。如Polaroid公司的美国专利6324230号，Nlight Corporation的美国专利US 2007/0116071A1等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种将多路分立半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，通过这一系统结构可获得具有微小体积、超高功率、极高功率密度的激光器组件。

本实用新型的技术方案为：

一种将多路分立半导体激光耦合入单根光纤的耦合系统，其特征在于包括多路激光器，一阶梯热沉，一聚焦透镜，一耦合光纤；所述激光器通过过渡热沉安装于所述阶梯热沉的阶梯平面上，每一所述激光器前依次设有与激光器输出光束同轴的一快轴准直透镜、一使激光器输出光束以同一方向反射至所述聚集透镜入射面的反射棱镜；每一所述激光器输出端到其对应反射棱镜出射面的光程相等；所述聚集透镜出射面后设有与其同轴的所述耦合光纤；其中，所述反射棱镜为一全反射棱镜，所述全反射棱镜的入射面或出射面为一对所述激光器输出光束进行慢轴准直的柱面。

进一步的，所述激光器所在的阶梯平面之间为相互平行且等间距的。

进一步的，所述阶梯平面与激光器PN结结平面平行。

进一步的，所述间距最小值为激光器输出光束经快轴准直后照射到所述反射棱镜上的快轴方向的光束宽度。

进一步的，各所述激光器电极为并联或串联。

进一步的，每一所述反射棱镜的反射面均相互平行且与其对应的激光器输出光轴成一定角度。

进一步的，所述角度为45°。

进一步的，所述激光器为相同波长或不同波长的激光器。

进一步的，所述快轴准直透镜为微柱透镜或柱面镜。

本实用新型的结构如图1所示，