CN104300359A - 基于阵列芯片式cos的尾纤输出半导体激光器及耦合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于阵列芯片式COS的尾纤输出半导体激光器及耦合方法。该半导体激光器采用阵列芯片式COS，单个阵列芯片式COS包含4个激光二极管组成的阵列，将阵列芯片式COS固定在底座上，对阵列芯片式COS出光先统一通过快轴准直透镜FAC进行快轴整形，通过慢轴准直透镜SAC阵列，对阵列芯片式COS的各个芯片发出的光进行慢轴整形，经过慢轴准直透镜SAC再做一次慢轴整形，最后阵列芯片式COS的各芯片并排的光束合束经过准直透镜，将光聚焦进入光纤。本发明中4个激光二极管发出的光，能够以最简洁的方式实现合束。本发明省去了反射镜的耦合工序，整体工艺难度及制作时间大大降低。并且大大节省封装空间，形成紧凑的封装。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于阵列芯片式COS的尾纤输出半导体激光器及耦合方法，属于半导体激光器技术领域。
背景技术
半导体激光器由于具有体积小、重量轻、效率高等众多优点，广泛应用于工业、军事、医疗、通讯等众多领域。由于自身量子阱波导结构的限制，半导体激光器的输出光束质量与CO2激光器、固体YAG激光器等传统激光器相比较差，阻碍了其应用领域的拓展。近几年，随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术的发展，特别是在直接半导体激光工业加工应用以及大功率光纤激光器泵浦源的需求推动了具有大功率，高光束质量的半导体激光器飞速发展。
由于单芯片的半导体激光器的功率远远不能满足多样化的需求，多个芯片激光的合束是必然的，这才能使半导体激光器的功率成倍的提升。
发明内容
本发明的目的为了克服上述现有技术存在的问题，而提供一种基于阵列芯片式COS的尾纤输出半导体激光器及耦合方法，本发明将4个激光二极管制作在1个底座上，本发明的耦合方法就是用于完成这4个激光二极管的合束封装，实现半导体激光器带尾纤输出。
本发明是通过下述技术方案实现的。
一种基于阵列芯片式COS的尾纤输出半导体激光器，包括底板、阵列芯片式COS、快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC阵列、慢轴准直镜SAC、准直透镜、光纤；其特征在于：
阵列芯片式COS与快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC阵列、慢轴准直镜SAC、准直透镜都固定在底板上且分布成一条直线；
快轴准直镜FAC的光轴对准阵列芯片式COS的每个激光二极管的发光面；
慢轴准直镜SAC阵列的每个慢轴准直镜的光轴一一对准阵列芯片式COS的激光二极管的发光面，并与快轴准直镜FAC的光轴重合；
慢轴准直镜SAC的光轴对准阵列芯片式COS的每个相对应的激光二极管的发光面，并与快轴准直镜FAC的光轴重合；
阵列芯片式COS出光先统一通过快轴准直透镜FAC进行快轴整形，通过慢轴准直透镜SAC阵列，对阵列芯片式COS的各个芯片发出的光进行慢轴整形，经过慢轴准直透镜SAC再做一次慢轴整形，最后阵列芯片式COS的各芯片并排的光束合束经过准直透镜，将光聚焦进入光纤。
所述的阵列芯片式COS包括底座、4块金属散热块、4个激光二极管、若干金线；底座和4块金属散热块都带有预成型焊料，每个激光二极管通过共晶焊沿着金属散热块焊料前端平齐的方向焊接于一块金属散热块上，每个金属散热块再通过共晶焊沿着底座焊料前端平齐的方向分别焊接于底座上；4块金属散热块通过若干金线与底座串联连接，加电实现激光的输出。
所述的金属散热块是用热导率高的材料制作而成。
所述的底座是由热导率高的镀金陶瓷材料制作而成。
一种基于阵列芯片式COS的尾纤输出半导体激光器的耦合方法，其特征在于按以下步骤进行：
1)阵列芯片式COS的4个激光二极管发出的光经过快轴准直镜FAC的准直后，光在垂直于芯片方向变为平行光；
2)阵列芯片式COS的4个激光二极管发出的光经过快轴准直镜FAC准直后的光到达慢轴准直镜SAC阵列，该阵列每一个SAC对应一个激光二极管，对其慢轴方向进行一次压缩；
3)经过快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC阵列后，四束光经过慢轴准直镜SAC再次进行慢轴整形，得到4个激光二极管合束后的平行光；
4)合束后的平行光经过准直透镜，最后聚焦在光纤上。
本发明对比已有技术具有以下创新点：
本发明中4个激光二极管发出的光，能够以最简洁的方式实现合束。因为光学元件中快轴准直镜FAC成本最高、制作难度最大，本发明减少了快轴准直镜FAC的使用量；同时，相比常规的利用台阶及反射镜的空间合束技术，该技术省去了反射镜的耦合工序，整体工艺难度及制作时间大大降低。并且大大节省封装空间，形成紧凑的封装。
附图说明
图1为本发明的阵列芯片式COS结构示意图；
图2为本发明示结构意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示。所述阵列芯片式COS包括底座4、四块金属散热块(2.1，2.2，2.3，2.4)、四个激光二极管(1.1，1.2，1.3，1.4)、若干金线(3.1，3.2，3.3，3.4)；所述的底座4是由热导率高的镀金陶瓷材料制作而成，所述的金属散热块是用热导率高的材料制作而成，镀金陶瓷底座4和四块金属散热块(2.1，2.2，2.3，2.4)都带有预成型焊料，每个激光二极管通过共晶焊沿着金属散热块焊料前端平齐的方向焊接于一块金属散热块上，每个金属散热块再通过共晶焊沿着底座焊料前端平齐的方向分别焊接于底座上；四块金属散热块通过若干金线(3.1，3.2，3.3，3.4)与底座4串联连接，加电实现激光的输出。所述的金属散热块是用热导率高的材料制作而成。所述的底座是由热导率高的镀金陶瓷材料制作而成。
如图2所示，基于阵列芯片式COS的尾纤输出半导体激光器，包括底板10、阵列芯片式COS 5、快轴准直镜FAC 6、慢轴准直镜SAC阵列7、慢轴准直镜SAC 8、准直透镜9、光纤11；
阵列芯片式COS 5与快轴准直镜FAC 6、慢轴准直镜SAC阵列7、慢轴准直镜SAC 8、准直透镜9都固定在底板10上且分布成一条直线；
快轴准直镜FAC 6的光轴对准阵列芯片式COS 5的每个激光二极管的发光面；
慢轴准直镜SAC阵列7的每个慢轴准直镜的光轴一一对准阵列芯片式COS 5的激光二极管的发光面，并与快轴准直镜FAC 6的光轴重合；
慢轴准直镜SAC 8的光轴对准阵列芯片式COS 5的每个相对应的激光二极管的发光面，并与快轴准直镜FAC 6的光轴重合；
阵列芯片式COS 5出光先统一通过快轴准直透镜FAC 6进行快轴整形，通过慢轴准直透镜SAC阵列7，对阵列芯片式COS 5的4个激光二极管发出的光进行慢轴整形，经过慢轴准直透镜SAC 7再做一次慢轴整形，最后阵列芯片式COS 5的4个激光二极管并排的光束合束经过准直透镜9，将光聚焦进入光纤11。
首先组装好阵列芯片式COS 5，然后组装一个快轴准直镜FAC 6，在垂直于阵列芯片式COS 5方向上对激光器二极管发出的光进行整形，整形后的光束在垂直于阵列芯片式COS 5方向变为平行光。
慢轴准直镜SAC阵列7是一组柱透镜，在平行于阵列芯片式COS 5方向上，每个激光二极管发出的光各自经过一个对应的慢轴准直镜SAC阵列7的慢轴准直镜SAC，在平行于阵列芯片式COS 5方向实现压缩；
慢轴准直镜SAC 8是一个柱透镜，在平行于阵列芯片式COS 5方向上对经过慢轴准直镜SAC 8压缩后的光再次进行整形，整形后的光束在平行于阵列芯片式COS 5方向变为平行光；
阵列芯片式COS 5的四个激光二极管发出的四束光成为平行光，合为一束光，到达准直器9，最后聚焦由尾部的光纤11输出。
Claims (5)
1.一种基于阵列芯片式COS的尾纤输出半导体激光器，包括底板、阵列芯片式COS、快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC阵列、慢轴准直镜SAC、准直透镜、光纤；其特征在于：
阵列芯片式COS与快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC阵列、慢轴准直镜SAC、准直透镜都固定在底板上且分布成一条直线；
快轴准直镜FAC的光轴对准阵列芯片式COS的每个激光二极管的发光面；
慢轴准直镜SAC阵列的每个慢轴准直镜的光轴一一对准阵列芯片式COS的激光二极管的发光面，并与快轴准直镜FAC的光轴重合；
慢轴准直镜SAC的光轴对准阵列芯片式COS的每个相对应的激光二极管的发光面，并与快轴准直镜FAC的光轴重合；
阵列芯片式COS出光先统一通过快轴准直透镜FAC进行快轴整形，通过慢轴准直透镜SAC阵列，对阵列芯片式COS的各个芯片发出的光进行慢轴整形，经过慢轴准直透镜SAC再做一次慢轴整形，最后阵列芯片式COS的各芯片并排的光束合束经过准直透镜，将光聚焦进入光纤。
2.根据权利要求1所述的一种基于阵列芯片式COS的尾纤输出半导体激光器，其特征在于：所述的阵列芯片式COS包括底座、4块金属散热块、4个激光二极管、若干金线；底座和4块金属散热块都带有预成型焊料，每个激光二极管通过共晶焊沿着金属散热块焊料前端平齐的方向焊接于一块金属散热块上，每个金属散热块再通过共晶焊沿着底座焊料前端平齐的方向分别焊接于底座上；4块金属散热块通过若干金线与底座串联连接，加电实现激光的输出。
3.根据权利要求2所述的一种基于阵列芯片式COS的尾纤输出半导体激光器，其特征在于：所述的金属散热块是用热导率高的材料制作而成。
4.根据权利要求2所述的一种基于阵列芯片式COS的尾纤输出半导体激光器，其特征在于：所述的底座是由热导率高的镀金陶瓷材料制作而成。
5.利用权利要求1－4之一所述的一种基于阵列芯片式COS的尾纤输出半导体激光器的耦合方法，其特征在于按以下步骤进行：
1)阵列芯片式COS的4个激光二极管发出的光经过快轴准直镜FAC的准直后，光在垂直于芯片方向变为平行光；
2)阵列芯片式COS的4个激光二极管发出的光经过快轴准直镜FAC准直后的光到达慢轴准直镜SAC阵列，该阵列每一个SAC对应一个激光二极管，对其慢轴方向进行一次压缩；
3)经过快轴准直镜FAC、慢轴准直镜SAC阵列后，四束光经过慢轴准直镜SAC再次进行慢轴整形，得到4个激光二极管合束后的平行光；
4)合束后的平行光经过准直透镜，最后聚焦在光纤上。
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