[发明专利]一种轴对称型半导体激光巴条合束技术及模组

说明书

本发明公开了一种采用轴对称型结构的半导体激光巴条封装技术和合束模组，若干个半导体激光巴条轴对称型的固定均匀分布于光纤耦合器的周围，共用同一套轴对称型夹具：合束模组采用内、外齿轮装夹半导体激光巴条的圆柱型对称结构的合束模组，齿数为奇数Q个，相套同心，半导体激光巴条均匀分布装夹于内、外齿轮的相互咬合齿之间，发光面与内、外齿轮的内表面位于同一柱面；所述光纤耦合器由裸光纤包层外表面垂直于光纤光轴刻蚀有衍射结构的光纤制成，激光在裸光纤表面被衍射进入光纤；扇形的装夹结构，巴条的发光面一端夹持更紧，有利于热传导，装夹具的热胀冷缩形变转换为内、外齿轮围绕圆心轴的角位移，不改变激光对光纤的照射，压应力得到缓解。

技术领域

本发明涉及高功率激光技术，主要涉及一种半导体激光巴条封装技术及模组，尤其是涉及一种基于轴对称型的内、外齿轮齿合装夹半导体激光巴条的衍射合束技术及模组，合束激光光纤输出高的激光功率光束质量比，有利于准直成小束散角，可对大量半导体激光巴条输出激光进行合束，高功率密度重复频率脉冲激光进行光束整形和光束指向稳定的合束技术。

背景技术

半导体激光巴条是已经工程化商用激光器件，对半导体激光巴条输出光束的进一步合束集成通常采用平面堆叠串联结构；这种积木式合束结构中，半导体激光巴条与装夹金属结构一维的间隔排布熔融焊接固连，半导体激光巴条与装夹金属器件的热胀冷缩系数不同，且半导体激光巴条在工作时有将近一半的电功率以热能的形式输出，导致模组内半导体激光巴条处局部温度梯度大，模组冷却热管理水平受空间因素、热传导速度的限制。

这种固连的设计理念，存在着热聚集导致的结构应力，使半导体器件内部应力进一步加剧，导致半导体激光巴条的寿命远远短于单颗封装半导体激光器件，且大量集成后激光巴条输出激光功率光束质量比及波长的稳定性有限，无法满足远距离激光能量传输的小束散角和波长稳定性需求，无法获得高的激光功率密度。

这种串联的电路模式，在半导体激光巴条中单颗发光点器件失效后，总电流将分流到该半导体激光巴条上的其他发光点上，导致单颗发光点器件上承载电流增加，对整个模组系统的可靠性存在一定风险。

专利申请号202010728798.7一种半导体激光合束技术，公开了一种半导体激光衍射合束技术，在裸光纤的侧壁上，垂直于光纤光轴刻蚀与激光波长相当宽度的衍射光栅，激光经衍射光栅耦合到裸光纤纤芯，从裸光纤的两端输出。

发明内容

本发明的目的是克服目前半导体激光巴条平面堆叠串联合束技术的局限，提高合束激光能量及其性能参数稳定性。

本发明要解决的第一个技术问题是，为克服现有装夹结构的应力不均对输出激光稳定性的影响，提供一种采用轴对称型结构的半导体激光巴条封装技术，若干个半导体激光巴条轴对称型的固定均匀分布于光纤耦合器的周围，每个半导体激光巴条共用同一套轴对称型夹具，发射激光照射光纤耦合器，光纤耦合器由裸光纤包层外表面垂直于光纤光轴刻蚀有衍射结构的光纤制成，激光在裸光纤表面被衍射进入光纤，偏向光纤轴向的激光耦合进入纤芯传输，偏向光纤径向的激光经过多次反射与衍射逐渐转向光纤轴向耦合进入纤芯传输，直到全部进入纤芯由端面输出。