[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。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。 

目前此种方法多采用阶梯热沉方式排列激光光束，例如专利US2007/0116071A1、US2010/0226405A1，半导体激光器的安装方式为PN结结平面与散热底板平行，如附图1、图2所示。此种安装方式虽然有利于半导体激光器的散热，但是用户在安装使用时，散热底板与热沉的变形会严重影响半导体激光器的性能，从而使输出光功率下降。 

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，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、极高功率密度且性能稳定的激光器组件。 

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，包括多路分立半导体激光器，所述半导体激光器通过热沉安装于散热底板上，其特征在于每一半导体激光器的PN结结平面均与所述散热底板垂直。 

进一步的，所述耦合系统包括一耦合光纤，一慢轴准直透镜，一聚焦镜，一防反镜，每一所述半导体激光器前设有一快轴准直透镜；其中，所述耦合光纤的光轴为基准光轴，与耦合光纤同轴放置的一半导体激光器为基准轴激光器，其余放置在基准光轴的同侧或两侧的各路激光器为旁路激光器； 

每一所述旁路激光器前设有一使该旁路激光器输出光轴方向与所述基准光轴平行、且反射到所述慢轴准直透镜入射端的反射镜，每一旁路激光器光束输出端到所述慢轴准直透镜入射端的光程与所述基准轴激光器光束输出端到所述慢轴准直透镜入射端的光程相等；所述慢轴准直透镜输出端后面依次设有与其同轴放置的所述聚集透镜、防反镜、耦合光纤。 

进一步的，所述激光器相对于所述散热底板等高。 

进一步的，所述激光器垂直安装于所述散热底板上。 

进一步的，所述激光器直接烧结在所述热沉上或通过过渡热沉安装在所述热沉上。 

进一步的，所述旁路激光器的输出光轴与所述基准光轴垂直放置或倾斜放置。 

进一步的，各所述激光器电极为并联或串联。 

进一步的，所述聚焦镜为球面镜，或非球面镜，或自聚焦透镜，或多个球面、非球面构成的镜组。 

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；所述慢轴准直透镜为一柱面镜。 

进一步的，所述防反镜为一平板玻璃，对通过耦合光纤反射回来的泵浦光等截止，防止反射光损毁半导体激光器。所述防反镜的一个表面或两个表面镀膜，所述膜层对所述半导体激光器的波长增透，对泵浦光波长反射。