[发明专利]一种外腔合束半导体激光光纤耦合模块

说明书

技术领域

本发明涉及单管半导体激光器技术领域，特别涉及一种外腔合束半导体激光光纤耦合模块。

背景技术

由于单管半导体激光器具有高光束质量，散热特性好，寿命长等优点，因此采用单管合束技术制成的光纤耦合模块在激光医疗、光纤激光器泵浦、激光监控、激光加工等方面都有着广泛的应用。但是近年来随着半导体激光器技术应用的发展，实际应用中对光纤耦合模块的输出功率和光束质量都有了更高的要求。国际上大多数对单管半导体激光器合束都采用传统的空间合束的方法，由于空间合束只是使光束在空间上将多个一维或者二维阵列以边对边形式紧密叠加起来，增加功率的同时也使光束质量变差。这里将多个单管半导体激光器通过弧形的排列，利用衍射光栅实现外腔合束，并以单只激光器的光束质量输出，光束质量相对于普通的空间合束制成的光纤耦合模块有大幅度的提高。

图4是一种采用空间合束方法进行单管合束的光纤耦合模块的示意图，这是现在国际上主要的单管合束技术（100 W / 100 μm passively cooled, fiber coupled diode laser at 976 nm based on multiple 100 μm single emitters，Marcel Werner, Christian Wessling, Stefan Hengesbach, Proc. of SPIE Vol. 7198 71980P-1）。图4所示的装置是将多个单管半导体激光器11固定在阶梯形金属热沉12的每一个台阶上，每一个阶梯台阶形状都一致。每个激光器发出的光通过快轴准直镜13和慢轴准直镜14进行光束准直，然后通过反射镜15使光束反射，所有激光器发出的光反射后在快轴方向进行空间合束，然后通过聚焦镜16进行聚焦。合束后的光斑如图5所示，这种空间合束的方法是在功率增大的同时也使得整个合束的光斑变大，光束质量变差，难以获得高光束质量的激光输出。

发明内容

为了解决现有单管半导体激光器合束技术中的合束模块输出亮度低，光束质量差等问题，本发明提供一种可以实现高亮度、高光束质量输出的外腔合束半导体激光光纤耦合模块。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种外腔合束半导体激光光纤耦合模块，包括多个同一波长的单管半导体激光器；每个所述单管半导体激光器固定在过渡热沉上，所述过渡热沉固定在弧形热沉上；多个单管半导体激光器发出的多条光束经过不同倾角入射到衍射光栅上，光斑在衍射光栅上发生重叠，然后以相同的衍射角衍射至外腔镜；多条光束被外腔镜反馈后沿原光路返回，使每个单管半导体激光器收到自身的输出反馈；经过输出反馈的多列光束经过衍射光栅后合成为一束，通过聚焦镜耦合进入多模光纤。

在上述技术方案中，每个所述的单管半导体激光器（2）前腔面镀有透过率在99%以上的增透膜。

在上述技术方案中，每个所述单管半导体激光器前还分别安装有用来减小激光器快慢轴发散角的快轴准直镜和慢轴准直镜；所述快轴准直镜为柱面微透镜或球面微透镜；所述慢轴准直镜为柱面微透镜或球面微透镜。

在上述技术方案中，所述弧形热沉上的所述单管半导体激光器的数目为至少两个。

在上述技术方案中，所述衍射光栅为透射型衍射光栅或者反射型衍射光栅。

在上述技术方案中，所述外腔镜为具有一定反射率的平行平板，反射率值从1%到50%。

在上述技术方案中，所述外腔镜的摆放方向与衍射光束的方向严格垂直。

在上述技术方案中，所述聚焦镜为球面透镜、非球面透镜或者两个分离的柱面镜。

在上述技术方案中，所述单管半导体激光器的波长从400nm～2000nm。

在上述技术方案中，所述多模光纤纤芯直径范围为50μm～600μm，数值孔径范围为0.1到0.3，光功率输出为1W～200W。

本发明的外腔合束半导体激光光纤耦合模块具有以下的优点：

本发明的外腔合束半导体激光光纤耦合模块，在单管合束中使用了衍射光栅，通过衍射光栅的分光作用和外腔镜的反馈作用下，每只单管半导体激光器发出的光束在由激光器的后腔面和外腔镜构成的谐振腔内实现外腔反馈和波长锁定，并由衍射光栅将多路光束合成一束从而实现外腔合束，最后通过聚焦镜耦合进入多模光纤。

这种方法可以将多只单管半导体激光器发出的光束进行合束并以单只激光器的光束质量输出，可以实现光纤耦合模块的细芯径、大功率、高光束质量激光输出。