[发明专利]多个二极管激光模块的构造及其操作方法

说明书

公开一种具有基部的激光模块，所述基部包括阶梯状平台，所述阶梯状平台相对于邻近平台偏移，每个阶梯状平台容纳激光源。模块至少具有第一多个阶梯状平台和第二多个阶梯状平台。每个平台容纳作为多个激光源的一部分的一激光源。所述多个激光源设置在单平面中以使每个激光源在垂直于所述平面的相同方向上发射激光辐射。通过与所述第一多个平台关联的激光源产生的激光辐射被结合成第一结合的射束且通过与所述第二多个平台关联的激光源产生的激光辐射被结合成第二结合的射束。第一和第二结合的射束通过光学结合器结合且耦合到光纤中。

相关申请的交叉引用

本申请要求在2015年1月22日提交的美国申请14/602,418的优先权且是它的延伸，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明总体涉及具有可选集成冷却系统的多发射器激光模块。

背景技术

单半导体激光器或发射器是紧凑的且在范围广泛的应用中广泛使用。在一些应用中，需要显著大于单发射器的输出的光学输出功率。一种解决方案是生成具有多个单发射器的模块且将各个单发射器的光学输出结合成结合的光学输出。术语单发射器在此使用。单发射器的示例有例如来自捷迪讯光电公司(JDS Uniphase Corporation)的L4二极管激光模块。然而，激光辐射源也能够是一堆或一列或一条半导体激光器或多个激光二极管。激光条的示例是来自TRUMPF公司的TruDiode301。除非特别不同地指出，否则作为单激光二极管的单发射器、和一堆或一条激光二极管或多个激光二极管两者将在此被考虑为单激光源。

多个激光源通常能够组装在模块中，以使得单个源的各个射束光学地堆叠在一个轴中以产生这样的单激光辐射射束，所述单激光辐射射束具有比来自单激光源明显更高的光学功率等级。除了光学堆叠之外，偏振和波长结合被经常使用以进一步增加光学功率和亮度。存在不同的已知方式以将各个激光源定位在模块中且将各个输出结合成更强的结合光学输出。参见例如美国专利No.7,801,190和8,611,389。

边缘发射式激光二极管在现有技术中已知。为了示意目的，这种激光二极管100的示意图在图1中提供，二极管含有包括P层和N层以及辐射层101的多个层，大致具有长的本体和较小的正面侧。所述层101的可识别孔或面是激光二极管100受关注的辐射部分。大致上，激光二极管的发射孔口的形状是矩形的，其中长维度具有通常几十到几百微米的尺寸，而短维度的尺寸通常是一至两微米。衍射效应引起出现的辐射发散，发散角与孔口的尺寸成反比。孔口的短维度与大约一微米的典型激光二极管波长相当：衍射效应导致在这个快轴方向上的大射束发散，这可以高达七十五度。发散角的尺寸被已知为数值孔口(NA)，射束在沿着条纹方向上比垂直于条纹具有较低数值孔口。条纹的长维度被已知为激光二极管的慢轴。

准直透镜被应用以将沿快轴和慢轴方向的辐射发散进行校正。概括而言，快轴准直器正对或靠近于激光的输出定位，且可以是柱形或环形形状。在比快轴准直器更远的距离处，慢轴准直器被应用到每个激光源。据此，各个激光源的输出射束通常在被结合之前都被校准。校准的各个源的射束继而必须利用光学结合器结合成单输出射束，例如通过光学多路复用器或通过偏振器结合。

为了能够适当地校准各个射束且适当地对齐射束以实现结合，各个激光源必须通过光学器件设置且对齐，以在结合步骤之前保持各个射束分离且限制各个射束的串扰和干扰。

相关领域提供数种方法以在利用单发射器的激光模块中生成结合的激光射束。在2013年5月7日发布的Du等人的且其全部内容通过引用结合于此的美国专利No.8,437,086示出数种方法、和光学器件及装置的载体构型、集成和布局。所述专利也证实所采用方法固有的一些问题。含有各个单发射器且将它们结合成单光学输出的设备将被称为多个激光模块或仅仅被称为模块。

据此，需要具有符合成本效益的架构和壳体的改进且新颖的多单激光发射器模块。

发明内容