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CN112909736A - 一种半导体激光器 - Google Patents

一种半导体激光器 Download PDF

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CN112909736A
CN112909736A CN202110161097.4A CN202110161097A CN112909736A CN 112909736 A CN112909736 A CN 112909736A CN 202110161097 A CN202110161097 A CN 202110161097A CN 112909736 A CN112909736 A CN 112909736A
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CN
China
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light
emitting
reflector
emitting module
laser
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CN202110161097.4A
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Inventor
周少丰
汤蒙
胡晖
崔泽林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Xinghan Laser Technology Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Xinghan Laser Technology Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种半导体激光器,包括第一发光模块、第二发光模块、反射镜组件、聚焦组件和输出光纤;所述反射镜组件设置在所述第一发光模块的出光方向上,所述聚焦组件设置在所述反射镜组件和所述第二发光模块的共同出光方向上,所述输出光纤设置在所述聚焦组件的出光方向上;所述反射镜组件包括相互平行设置的第三反射镜和第四反射镜;所述第三反射镜设置在所述第一发光模块的出光方向上,所述第四反射镜设置在所述第三反射镜的出光方向上。本发明提出的激光器采用相互平行的两个反射镜及高低设置的双排发光模块形成独特的光路,使激光器内部的光学元器件布局更加紧密,减小了激光器的整体尺寸,提高了激光器的输出功率。

Description

一种半导体激光器
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域,尤其涉及一种半导体激光器。
背景技术
激光器是一种能够用于发射激光的装置,通过设置在其中的半导体激光芯片产生激光,但是单个半导体激光芯片产生的激光功率有限,且产生的激光亮度不能满足实际要求,所以需要多个半导体激光单管进行叠加,增加输出激光的总体功率和亮度。现有的激光器中,通常将多个激光芯片呈单排长条形排列或者双排排列后配合偏振合束器进行合束,这两种布局方式都有缺点,单排长条形的布局会导致激光器的长度过长,结构强度下降,散热效率不高等问题;双排排列后配合偏振合束器的方式会造成功率损失,且现有的双排形式的激光器中两排芯片个数通常相同,然后将偏振合束器和聚焦透镜单独布置,这样就无法最大程度的利用壳体空间。
另外,若通过多排并排设置的激光芯片发射的横向平行光束,及增大聚焦透镜的入光面的面积来将多束横向平行光束进行聚焦,则会导致输出光斑的功率密度不高,会导致部分功率损失,如图4所示为两个横向平行光束在聚焦组件上形成的光斑,由于输出光纤的纤芯的入光端面为圆形(图中圆形虚线),因此这种方式很容易导致光斑无法完全聚焦到纤芯中而造成功率损失,本申请的多束激光在竖直方向上形成的光斑如图5所示,可见本申请的方法形成的光斑分布更加合理,聚焦也更容易。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的技术问题,而提出的一种半导体激光器。采用相互平行的两个反射镜及高低设置的双排发光模块形成独特的光路,使激光器内部的光学元器件布局更加紧密,有效利用壳体空间,减小了激光器的整体尺寸。
本发明提出的一种半导体激光器,包括第一发光模块、第二发光模块、反射镜组件、聚焦组件和输出光纤;所述反射镜组件设置在所述第一发光模块的出光方向上,所述聚焦组件设置在所述反射镜组件和所述第二发光模块的共同出光方向上,所述输出光纤设置在所述聚焦组件的出光方向上;所述反射镜组件包括相互平行设置的第三反射镜和第四反射镜;所述第三反射镜设置在所述第一发光模块的出光方向上,所述第四反射镜设置在所述第三反射镜的出光方向上,且所述第四反射镜设置在所述第二发光模块与所述聚焦组件之间,所述反射镜组件的上边缘低于所述第二发光模块的出光高度而不遮挡所述第二发光模块的出光;所述聚焦组件设置在所述第四反射镜与所述第二发光模块的共同出光方向上,所述第一发光模块的出光高度低于所述第二发光模块的出光高度,所述第一发光模块发射的第一光束经所述反射镜组件转向后入射至所述聚焦组件,所述第二发光模块发射的第二光束越过所述第四反射镜正上方进入所述聚焦组件;所述第二发光模块、所述第四反射镜和所述聚焦组件设置在一条直线上,且所述第四反射镜设置在所述第二发光模块与所述聚焦组件组成的光路的正下方,使得所述第一光束经所述反射镜组件转向后的传播方向位于所述第二光束的传播方向的正下方,以提高输出光斑的功率密度和亮度。
进一步地,所述第二发光模块包括多个呈阶梯状排列的第二发光单元;所述第四反射镜的上边缘低于所述第二发光模块中最低阶梯对应的第二发光单元的出光高度;所述第一发光模块包括多个呈阶梯状排列的第一发光单元,所述第二发光单元的个数少于所述第一发光单元的个数,所述第四反射镜与所述聚焦组件设置在所述第二发光单元的排列方向上,使多个第二发光单元、第四反射镜与聚焦组件的总长度相较于多个第一发光单元与第三反射镜排列的总长度相同或者更短,以缩短激光器中光学元器件布局所需要的长度,减小激光器的整体尺寸。
进一步地,所述第一发光单元包括第一激光芯片及对应的第一快轴准直镜、第一慢轴准直镜和第一反射镜;所述第二发光单元包括第二激光芯片及对应的第二快轴准直镜、第二慢轴准直镜和第二反射镜;多个所述第二反射镜、所述第四反射镜、所述聚焦组件在俯视方向上排列在一条直线上。
所述半导体激光器还包括壳体,所述第一发光模块、所述第二发光模块、所述反射镜组件、所述聚焦组件和所述输出光纤均封装在所述壳体内部;所述第一发光模块和所述第二发光模块相对地设置在所述壳体内部的两侧。
进一步地,所述壳体内部两侧均设置有放置板;且每个放置板上均设置有至少一个台阶面,一侧的放置板的每一台阶面用于放置所述第一发光模块的一个第一发光单元,另一侧的放置板的每一台阶面用于放置所述第二发光模块的一个第二发光单元,且第一发光单元对应的放置板中最高台阶面的高度低于所述第二发光单元对应的放置板中最低台阶面的高度。
进一步地,第一发光模块中,距离所述第三反射镜入射面越近的第一发光单元所在的台阶面高度越低,距离所述第三反射镜越远的第一发光单元所在的台阶面高度越高,从而使得每个所述第一发光单元所在光路输出的光斑相互之间不会叠加在一起,都能够进入到所述第三反射镜中。
进一步地,第二发光模块中,距离所述输出光纤入射端面越近的第二发光单元所在的台阶面高度越低,距离所述输出光纤入射端面越远的第二发光单元所在的台阶面高度越高,从而使得每个所述第二发光单元所在光路输出的光斑相互之间不会叠加在一起,都能够进入到所述输出光纤中。
进一步地,所述聚焦组件包括滤波片、快轴聚焦透镜和慢轴聚焦透镜;所述滤波片设置在所述第二发光模块与所述第四反射镜的共同出光方向上,所述快轴聚焦透镜设置在所述滤波片的出光方向上,所述慢轴聚焦透镜设置在所述快轴聚焦透镜的出光方向上,所述第四反射镜设置在所述滤波片与第二发光模块中最低阶梯对应的第二发光单元之间。
进一步地,所述第一发光模块发射第一光束,所述第二发光模块发射第二光束,所述第一光束和所述第二光束的波长相同,均为预设的第一波长;所述滤波片透射所述第一波长的激光,并过滤其它波长激光,以防止其它波长的回返光进入所述第一发光单元和所述第二发光单元而影响激光器性能。
本发明提出的激光器不需要偏振合束器对两束激光进行合束,避免激光经过偏振合束器时的功率损失,提高了激光器的输出功率同时也最大程度的利用了壳体空间,减小了激光器尺寸,减小功率损失,提高了光斑功率和亮度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中地技术方案,下面将对实施例或者现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中地附图是本发明地一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是本发明实施例中一种半导体激光器的俯视图;
图2是本发明实施例中一种半导体激光器的立体图;
图3是图2的激光器切除部分壳体后的侧视图;
图4是横向并排激光芯片输出地光斑示意图;
图5是本发明实施例中输出光斑示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述地实施例是本发明一部分实施例,而不是全部地实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例提供了一种半导体激光器。请参考图1和图2,分别是本发明实施例中一种半导体激光器的俯视图和立体图,本实施例提出的激光器包括第一发光模块1、第二发光模块2、反射镜组件3、聚焦组件4和输出光纤5;所述反射镜组件3设置在所述第一发光模块1的出光方向上,所述聚焦组件4设置在所述反射镜组件3和所述第二发光模块2的共同出光方向上,所述输出光纤5设置在所述聚焦组件4的出光方向上。所述第二发光模块2的出光高度高于所述第一发光模块1的出光高度,所述第一发光模块1发射的第一光束经所述反射镜组件3反射后进入所述聚焦组件4,所述第二发光模块2发射的第二光束越过所述反射镜组件3上方直接进入所述聚焦组件4,所述聚焦组件4将接收的所述第一光束与所述第二光束聚焦后耦合输出至所述输出光纤5。
所述反射镜组件3包括相互平行设置的第三反射镜31和第四反射镜32;所述第三反射镜31设置在所述第一发光模块1的出光方向上,所述第四反射镜32设置在所述第三反射镜31的出光方向上,且所述第四反射镜32设置在所述聚焦组件4与所述第二发光模块2之间。
所述第二发光模块2、所述第四反射镜32和所述聚焦组件4设置在一条直线上,且所述第四反射镜32设置在所述第二发光模块2与所述聚焦组件4组成的光路的正下方,使得所述第一光束经所述反射镜组件3转向后的传播方向位于所述第二光束的传播方向的正下方,以将第一光束和第二光束进行上下空间合束,即所述第一光束和所述第二光束在所述聚焦组件4上的入射位置在竖直方向上处于同一直线上(输出的光斑示意图如图5所示),相对于通过增大聚焦组件4的受光面积来接收横向平行的不同光束的方式,本申请的技术方案能够显著提高输出光斑的功率密度和亮度,减小功率损失。
请参阅图3,图3是图2的激光器切除部分壳体后的侧视图;所述第二发光模块2包括多个呈阶梯状排列的第二发光单元21;所述第四反射镜32的上边缘低于所述第二发光模块2中最低阶梯对应的第二发光单元21的出光高度,使得所述第二发光模块2中所有的所述第二发光单元21所在光路发射的激光形成的光斑均能够越过所述第四反射镜32上边缘进入所述聚焦组件4中。
所述第一发光模块1包括多个呈阶梯状排列的第一发光单元11,所述第二发光单元21的个数少于所述第一发光单元11的个数,本领域技术人员在具体试试过程中可根据实际需求对第一发光单元11合第二发光单元21的个数进行设置;在本实施例中,所述第一发光单元11有4个,所述第二发光单元21有两个,且所述第二发光模块2与所述第四反射镜32和所述聚焦组件4在直线排列方向上的总长度小于或者等于所述第一发光模块1与所述第三反射镜31在直线方向上的总长度。即将所述第四反射镜32与所述聚焦组件4设置在所述第二发光单元21的排列方向上,使多个第二发光单元21、第四反射镜32与聚焦组件4的总长度相较于多个第一发光单元11与第三反射镜31排列的总长度相同或者更短,以缩短激光器中光学元器件布局所需要的长度,减小激光器的整体尺寸。
所述聚焦组件4包括依次设置的滤波片41、快轴聚焦透镜42和慢轴聚焦透镜43;所述滤波片41设置在所述第二发光模块2与所述第四反射镜32的共同出光方向上,且所述第四反射镜32设置在所述滤波片41与所述第二发光模块2中最低阶梯对应的第二发光单元21之间;所述快轴聚焦透镜42设置在所述滤波片41的出光方向上,用于将所述第一光束和所述第二光束在快轴方向上进行聚焦;所述慢轴聚焦透镜43设置在所述快轴聚焦透镜42的出光方向上,用于将所述第一光束和所述第二光束在慢轴方向上进行聚焦。
所述第一光束和所述第二光束的波长相同,均为预设的第一波长;所述滤波片41透射所述第一波长的激光,并过滤其它波长激光,以防止其它波长的杂光沿原路返回至所述第一发光单元11和所述第二发光单元21而影响烧毁激光芯片;所述第一光束经所述第三反射镜31和所述第四反射镜32连续反射后进入所述滤波片41的中部和下部;所述第二光束越过所述第四反射镜32后进入所述滤波片41的上部;所述快轴聚焦透镜42将所述第一光束和所述第二光束在快轴方向上聚焦后输出至所述慢轴聚焦透镜43,所述慢轴聚焦透镜43将所述第一光束和所述第二光束在慢轴方向上聚焦后耦合输出至所述输出光纤5中。本实施例中,所述第一波长的范围为900nm-990nm,所述其它波长的范围为1040nm-1200nm;在作为泵浦光纤激光器应用时,光纤激光器的有源纤会产生比较强的激光沿光纤返回,这类回返光由于光能量较大(波长的范围为1040nm-1200nm),沿着光路返回到激光芯片上会灼烧激光芯片,影响激光器的使用寿命,因此设置滤波片41将其它波长的杂光过滤掉,防止其作为回返光返回至激光单元而影响激光器性能。
所述第一发光单元11包括第一激光芯片111及对应的第一快轴准直镜112、第一慢轴准直镜113和第一反射镜114;所述第一激光芯片111发射第一波长的激光,所述第一快轴准直镜112设置在所述第一激光芯片111的出光方向上,以对第一激光芯片111发射的激光在快轴方向上进行准直,所述第一慢轴准直镜113设置在所述第一快轴准直镜112的出光方向上,以对第一激光芯片111发射的激光在慢轴方向上进行准直后输出至所述第一反射镜114;所述第一反射镜114设置在所述第一慢轴准直镜113的出光方向上,用于将经过快慢轴准直后的激光反射至所述第三反射镜31。
所述第二发光单元21包括第二激光芯片211及对应的第二快轴准直镜212、第二慢轴准直镜213和第二反射镜214;所述第二激光芯片211发射第一波长的激光,所述第二快轴准直镜212设置在所述第二激光芯片211的出光方向上,以对第二激光芯片211发射的激光在快轴方向上进行准直,所述第二慢轴准直镜213设置在所述第二快轴准直镜212的出光方向上,以对第二激光芯片211发射的激光在慢轴方向上进行准直,所述第二反射镜214设置在所述第二慢轴准直镜213的出光方向上,用于将经过快慢轴准直后的激光反射至所述滤波片41。
本实施例中,多个所述第二反射镜214、所述第四反射镜32、所述滤波片41、所述快轴聚焦透镜42与所述慢轴聚焦透镜43在俯视方向上排列在一条直线上。
所述半导体激光器还包括壳体6,所述第一发光模块1、所述第二发光模块2、所述反射镜组件3、所述聚焦组件4和所述输出光纤5均封装在所述壳体6内部;所述第一发光模块1和所述第二发光模块2相对地设置在所述壳体6内部的两侧。
所述壳体6内部相对地两侧均设置有放置板;且每个放置板上均设置有至少一个台阶面,一侧的放置板的每一台阶面用于放置所述第一发光模块1的一个第一发光单元11对应的第一激光芯片111、第一快轴准直镜112、第一慢轴准直镜113和第一反射镜114,另一侧的放置板的每一台阶面用于放置所述第二发光模块2中的一个第二发光单元21对应的第二激光芯片211、第二快轴准直镜212、第二慢轴准直镜213和第二反射镜214。
第一发光模块1中,距离所述第三反射镜31入射面越近的第一发光单元11所在的台阶面高度越低,距离所述第三反射镜31越远的第一发光单元11所在的台阶面高度越高,从而使得每个所述第一发光单元11所在光路输出的光斑相互之间不会叠加在一起,都能够进入到所述第三反射镜31中。
第二发光模块2中,距离所述输出光纤5入射端面越近的第二发光单元21所在的台阶面高度越低,距离所述输出光纤5入射端面越远的第二发光单元21所在的台阶面高度越高,从而使得每个所述第二发光单元21所在光路输出的光斑相互之间不会叠加在一起,都能够进入到所述输出光纤5中。
本发明的有益效果是:本发明提出的激光器采用相互平行的两个反射镜及高低设置的双排发光模块形成独特的光路,使激光器内部的光学元器件布局更加紧密,有效利用壳体空间,减小了激光器的整体尺寸,另外,本发明提出的激光器不需要偏振合束器对两束激光进行合束,避免激光经过偏振合束器时的功率损失,提高了激光器的输出功率。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或者之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触,也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例,并不用来限制本发明,例如可以将本申请中相互平行的两个反射镜替换为特制的潜望镜等其它光学器件,以起到与相互平行的两个反射镜相同的技术作用,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种半导体激光器,包括第一发光模块、第二发光模块、反射镜组件、聚焦组件和输出光纤;所述反射镜组件设置在所述第一发光模块的出光方向上,所述聚焦组件设置在所述反射镜组件和所述第二发光模块的共同出光方向上,所述输出光纤设置在所述聚焦组件的出光方向上;其特征在于:
所述反射镜组件包括相互平行设置的第三反射镜和第四反射镜;所述第三反射镜设置在所述第一发光模块的出光方向上,所述第四反射镜设置在所述第三反射镜的出光方向上,且所述第四反射镜设置在所述第二发光模块与所述聚焦组件之间,所述反射镜组件的上边缘低于所述第二发光模块的出光高度而不遮挡所述第二发光模块的出光;
所述聚焦组件设置在所述第四反射镜与所述第二发光模块的共同出光方向上,所述第一发光模块的出光高度低于所述第二发光模块的出光高度,所述第一发光模块发射的第一光束经所述反射镜组件转向后入射至所述聚焦组件,所述第二发光模块发射的第二光束越过所述第四反射镜正上方进入所述聚焦组件;
所述第二发光模块、所述第四反射镜和所述聚焦组件设置在一条直线上,且所述第四反射镜设置在所述第二发光模块与所述聚焦组件组成的光路的正下方,使得所述第一光束经所述反射镜组件转向后的传播方向位于所述第二光束的传播方向的正下方,以提高输出光斑的功率密度和亮度。
2.如权利要求1所述的一种半导体激光器,其特征在于:所述第二发光模块包括多个呈阶梯状排列的第二发光单元;所述第四反射镜的上边缘低于所述第二发光模块中最低阶梯对应的第二发光单元的出光高度;
所述第一发光模块包括多个呈阶梯状排列的第一发光单元,所述第二发光单元的个数少于所述第一发光单元的个数,所述第四反射镜与所述聚焦组件设置在所述第二发光单元的排列方向上,使多个第二发光单元、第四反射镜与聚焦组件的总长度相较于多个第一发光单元与第三反射镜排列的总长度相同或者更短,以缩短激光器中光学元器件布局所需要的长度,减小激光器的整体尺寸。
3.如权利要求2所述的一种半导体激光器,其特征在于:所述第一发光单元包括第一激光芯片及对应的第一快轴准直镜、第一慢轴准直镜和第一反射镜;所述第二发光单元包括第二激光芯片及对应的第二快轴准直镜、第二慢轴准直镜和第二反射镜;多个所述第二反射镜、所述第四反射镜、所述聚焦组件在俯视方向上排列在一条直线上。
4.如权利要求2所述的一种半导体激光器,其特征在于:所述半导体激光器还包括壳体,所述第一发光模块、所述第二发光模块、所述反射镜组件、所述聚焦组件和所述输出光纤均封装在所述壳体内部;所述第一发光模块和所述第二发光模块相对地设置在所述壳体内部的两侧。
5.如权利要求4所述的一种半导体激光器,其特征在于:所述壳体内部两侧均设置有放置板;且每个放置板上均设置有至少一个台阶面,一侧的放置板的每一台阶面用于放置所述第一发光模块的一个第一发光单元,另一侧的放置板的每一台阶面用于放置所述第二发光模块的一个第二发光单元,且第一发光单元对应的放置板中最高台阶面的高度低于所述第二发光单元对应的放置板中最低台阶面的高度。
6.如权利要求5所述的一种半导体激光器,其特征在于:第一发光模块中,距离所述第三反射镜入射面越近的第一发光单元所在的台阶面高度越低,距离所述第三反射镜越远的第一发光单元所在的台阶面高度越高,从而使得每个所述第一发光单元所在光路输出的光斑相互之间不会叠加在一起,都能够进入到所述第三反射镜中。
7.如权利要求5所述的一种半导体激光器,其特征在于:第二发光模块中,距离所述输出光纤入射端面越近的第二发光单元所在的台阶面高度越低,距离所述输出光纤入射端面越远的第二发光单元所在的台阶面高度越高,从而使得每个所述第二发光单元所在光路输出的光斑相互之间不会叠加在一起,都能够进入到所述输出光纤中。
8.如权利要求2所述的一种半导体激光器,其特征在于:所述聚焦组件包括滤波片、快轴聚焦透镜和慢轴聚焦透镜;所述滤波片设置在所述第二发光模块与所述第四反射镜的共同出光方向上,所述快轴聚焦透镜设置在所述滤波片的出光方向上,所述慢轴聚焦透镜设置在所述快轴聚焦透镜的出光方向上,所述第四反射镜设置在所述滤波片与第二发光模块中最低阶梯对应的第二发光单元之间。
9.如权利要求8所述的一种半导体激光器,其特征在于:所述第一发光模块发射第一光束,所述第二发光模块发射第二光束,所述第一光束和所述第二光束的波长相同,均为预设的第一波长;所述滤波片透射所述第一波长的激光,并过滤其它波长激光,以防止其它波长的回返光进入所述第一发光单元和所述第二发光单元而影响激光器性能。
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