CN214899327U - 一种多管半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多管半导体激光器，包括面对面设置的两发光模块，每一发光模块均列队排布的设有多个发光单元，每一所述发光单元均包括激光芯片和位于对应激光芯片出光方向的慢轴准直镜，一激光芯片的出光面中点和另一发光模块中与之斜对的第一个激光芯片的出光面中点之间的连线穿过该激光芯片对应的慢轴准直镜。通过加宽慢轴准直镜的宽度，使慢轴准直镜能有效避免边缘杂光射向对面的激光芯片。且因采用面对面的阵列排布，故众激光芯片的密集度低，能够有效降低芯片死亡的概率，延长芯片的寿命。

Description

一种多管半导体激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，尤其涉及一种多管半导体激光器。

背景技术

激光器是一种能发射激光的装置，其常见的半导体激光器由于具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优势在工业加工、军事、医疗、安防等领域中得到广泛地应用。随着光纤激光器的蓬勃发展，大功率、高光束质量的半导体激光器的需求日益增长，目前市场上主要存在两种半导体激光器，即单管半导体激光器和多单管半导体激光器，其中，大功率场合常采用多单管半导体激光器，如24管芯高功率激光器。

然而，现有的多管半导体激光器主要采用双排成对设计，且为面对面隔空列队排布，为了确保输出激光的质量，每组激光发光模块中均依次包含激光芯片、快轴准直器和慢轴准直器，然而通常由于激光芯片的出射光在慢轴方向具有一定的边缘杂光，而慢轴准直器与激光芯片之间的距离为慢轴准直器的工作距离，该距离不能随意改变，从而导致上述边缘杂光超出了慢轴准直器的入射范围而直接射向对面的激光发光模块中激光芯片，进而影响对面与之斜对的激光芯片的工作和寿命。

目前主要采用两种方式来解决该问题：1、采用背对背隔空列队排布代替面对面隔空列队排，如申请号为201810724714.5的专利文件所示的技术方案，但是这种结构特征使激光芯片太过密集，从而容易导致热量密集，极易发生芯片死亡事件，业内高功率激光器通常不使用；2、拉开每一排中任意相邻两激光芯片之间的距离，使每一激光芯片均处于对面激光芯片输出光的照射范围外，然而该布局需要更大的空间，从而导致激光器的体积较大，或者因为激光芯片之间的间距较大导致在同样的空间中只能布置数量较少的激光芯片，导致激光芯片少，激光器的功率低。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种多管半导体激光器，能够有效防止边缘杂光对激光芯片的伤害。

本实用新型提供一种多管半导体激光器，包括面对面设置的两发光模块，每一所述发光模块均列队排布的设有多个发光单元，每一所述发光单元均包括激光芯片和位于对应激光芯片出光方向的慢轴准直镜，一激光芯片的出光面中点和对面的与之斜对的第一个激光芯片的出光面中点之间的连线穿过与该激光芯片对应的慢轴准直镜。

进一步地，每一所述激光芯片的出光面前均设有快轴准直镜，所述慢轴准直镜为平面凸柱结构，包括具有入射面的矩形体和具有准直出射面的凸柱结构，激光芯片发出的穿过所述快轴准直镜的出射光在宽度方向均射入与之对应的所述入射面内。

进一步地，两所述发光模块在纵向相对，所述入射面的宽度为A，A﹥2DL/H，D为一激光芯片和对面的与之斜对的第一个激光芯片之间的横向距离，H为该激光芯片和对面的与之斜对且其距离最近的激光芯片之间的纵向距离，L为该激光芯片和与之对应的入射面之间的距离。

进一步地，穿过所述快轴准直镜的出射光包括准直光和边缘杂光，透过所述慢轴准直镜并从所述准直出射面出射的光为准直光，射入所述入射面但从所述矩形体的侧壁射出的光为边缘杂光，边缘杂光和对面的激光芯片的出光面均错开。

进一步地，每一所述发光单元还包括位于所述准直出射面出光方向的第一反射镜，所述激光器还包括台阶和输出光纤，两所述发光模块中相互对应的发光单元设于同一台阶的相对两端，且距离所述输出光纤越远的发光单元所在的台阶越高，被所述第一反射镜反射的光最终均入射所述输出光纤。进一步地，所述激光器还包括偏振合束器、聚焦透镜和第二反射镜，一所述发光模块的出射光经第二反射镜后与另一发光模块的出射光在所述偏振合束器中偏振合束，偏振合束光通过所述聚焦透镜射入所述输出光纤。

本实用新型提供的多管半导体激光器具有以下有益效果：通过加宽慢轴准直镜的宽度，在避免边缘杂光射向激光芯片进而影响激光芯片的工作和寿命的同时，因各发光单元采用面对面的阵列排布，故众激光芯片不会因为背靠背而过度密集，不会增加激光器的散热负担，能够有效降低死亡的概率，且无需拉大同一排中相邻两激光芯片之间的距离，可以增加在单位体积中激光芯片的数量，有助于提高激光器的功率。

附图说明

图1为本实用新型提供的多管半导体激光器的俯向示意图；

图2为实用新型提供的多管半导体激光器中慢轴准直镜具有最小理论宽度时的示意图；

图3为本实用新型中激光芯片得到出射光射入和射出慢轴准直镜的示意图；

图中：

1、1＇发光模块；11、11＇发光单元；111、111＇激光芯片；112、112＇快轴准直镜；

113、113＇慢轴准直镜；1131、矩形体；1131a、入射面；1132、凸柱结构；1132a、准直出射面；114、114＇第一反射镜；2、台阶；3、输出光纤；4、第二反射镜；5、聚焦透镜；b、连线；7、准直光；8、边缘杂光；9、偏振合束器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地描述。

请参照图1和图2，本实用新型提供一种多管半导体激光器，包括面对面设置的两发光模块1、1＇，每一所述发光模块1、1＇均列队排布的设有多个发光单元11、11＇，每一所述发光单元11、11＇均包括激光芯片111、111＇和位于对应激光芯片111、111＇出光方向的慢轴准直镜(SAC)113、113＇，如图2所示，通过使一发光模块1＇中的任一激光芯片111＇的出光面中点和对面发光模块1中与该激光芯片111＇斜对的第一个激光芯片111的出光面中点之间的连线b穿过该激光芯片111＇对应的慢轴准直镜113＇，使同排设置且相邻的任意两激光芯片111之间可以具有更小的间距。发光模块1＇与发光模块1轴对称设置，故同理，同排设置且相邻的任意两激光芯片111＇之间亦可以具有更小的间距。

请参照图1，为了确保所述的激光器的激光质量，每一所述激光芯片111、111＇的出光面前还均设有快轴准直镜112、112＇，所述的慢轴准直镜113、113＇为平面凸柱结构，包括具有入射面1131a的矩形体1131和具有准直出射面1132a的凸柱结构1132，通常穿过所述快轴准直镜112、112＇的出射光中包括准直光7和边缘杂光8。

请参照图3，本实用新型中，透过所述慢轴准直镜113、113＇并从所述准直出射面1132a出射的光为准直光7，准直光7能够汇入主光路构成激光器的输出激光，射入所述入射面1131a但从所述矩形体1131的侧壁射出的光为边缘杂光8，边缘杂光8因不能汇入主光路而不能构成激光器的输出激光。

请参照图2，定义两所述发光模块1、1＇相对的方向为纵向，同时定义所述入射面1131a的宽度为A，则A﹥2DL/H，D位于同一排中相邻两激光芯片111、111＇之间的横向距离，H为该激光芯片111＇和对面的与之斜对的第一个激光芯片111之间的纵向距离，L为该激光芯片111＇和与之对应的入射面1131a之间的距离，亦或者称L为该慢轴准直镜113＇的工作距离，该工作距离＝慢轴准直镜113＇的焦距+激光芯片111＇与快轴准直镜112＇之间的距离+快轴准直镜的厚度，为固定值，不能随意变更。

请参照图2，A﹥2DL/H的推导过程大致为：(1)当一激光芯片(为了清楚表述，称其为第一激光芯片111＇)的出光面中点和与之斜对的第一个激光芯片(为了清楚表述，称其为第二激光芯片111)的出光面中点之间的连线b，正好擦过与该激光芯片(第一激光芯片111＇)对应的慢轴准直镜113＇入射面1131a的边沿时，慢轴准直镜113＇的宽度处于其宽度的临界最小值，(2)由于激光芯片111＇和与之对应的慢轴准直镜113＇共轴线，激光芯片111＇与对面的激光芯片111一一正对，根据相似三角形的原理：0.5A/D＝L/H，变换等式即可得到A＝2DL/H，(3)由于通过使激光芯片111＇发出的出射光在宽度方向均射入与之对应的所述入射面1131a内，来使激光芯片111＇发出的激光不会射入与之斜对的激光芯片111的出光面，所以所述入射面1131a的实际宽度A大于宽度的临界最小值，故A﹥2DL/H。

本实用新型中，激光芯片111、111＇发出的出射光穿过所述快轴准直镜112、112＇后在宽度方向上均射入与之对应的所述入射面1131a内，即通过加宽所述慢轴准直镜113、113＇的宽度A，使宽度A﹥2DL/H，从而可以使上述准直光7和边缘杂光8在宽度方向上均能射入所述入射面1131a。而自所述快轴准直镜112、112＇出射的出射光中的边缘杂光8在穿过所述慢轴准直镜113、113＇后会发生折射，折射后的光路会内敛式向内偏折，结合图2和图3所示，从而使边缘杂光8射向对面的激光芯片111、111＇之间的区域而与对面的激光芯片111、111＇的出光面均错开，于是，本实用新型所述的激光芯片不会被所述的边缘杂光8影响和伤害。

每一所述发光单元11、11＇还包括位于所述准直出射面1132a出光方向的第一反射镜114、114＇，所述激光器还包括台阶2和输出光纤3，两所述发光模块1、1＇中的发光单元11、11＇一一对应，且相互对应的发光单元11、11＇位于同一台阶2上，距离所述输出光纤3越远的发光单元11、11＇所在的台阶2越高，从而射入所述第一反射镜114、114＇的准直光7在被所述第一反射镜114、114＇反射转向后射入下一光学元件前，均不会被同队列的其他第一反射镜114、114＇遮挡，从而被所述第一反射镜反射114、114＇的光最终均能入射所述输出光纤3。

被所述第一反射镜114、114＇反射的准直光7可以通过偏振合束的方式射入所述输出光纤3：所述激光器还包括偏振合束器9、聚焦透镜5和第二反射镜4，一所述发光模块1的出射光经第二反射镜4后与另一发光模块1＇的出射光在所述偏振合束器9中偏振合束，偏振合束光通过所述聚焦透镜5聚焦射入所述输出光纤3，该中入射方式可增加输出激光的亮度。根据实际需要，还可以选择其他的入射所述输出光纤3的方式，在此不做限定。

采用本实用新型的技术方案，在避免边缘杂光8射向激光芯片111、111＇进而影响激光芯片111、111＇的工作和寿命的同时，因各发光单元11、11＇采用面对面的阵列排布，故众激光芯片111、111＇不会因为背靠背而过度密集，不会增加激光器的散热负担，能够有效降低烧芯的概率，且无需拉大同一排中相邻两激光芯片111、111＇之间的距离，可以增加在单位体积中激光芯片111、111＇的数量，有助于提高激光器的功率。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多管半导体激光器，其特征在于：包括面对面设置的两发光模块，每一所述发光模块均列队排布的设有多个发光单元，每一所述发光单元均包括激光芯片和位于对应激光芯片出光方向的慢轴准直镜，一激光芯片的出光面中点和对面的与之斜对的第一个激光芯片的出光面中点之间的连线穿过与该激光芯片对应的慢轴准直镜。

2.如权利要求1所述的多管半导体激光器，其特征在于：每一所述激光芯片的出光面前均设有快轴准直镜，所述慢轴准直镜为平面凸柱结构，包括具有入射面的矩形体和具有准直出射面的凸柱结构，激光芯片发出的穿过所述快轴准直镜的出射光在宽度方向均射入与之对应的所述入射面内。

3.如权利要求2所述的多管半导体激光器，其特征在于：两所述发光模块在纵向相对，所述入射面的宽度为A，A﹥2DL/H，D为一激光芯片和对面的与之斜对的第一个激光芯片之间的横向距离，H为该激光芯片和对面的与之斜对的第一个激光芯片之间的纵向距离，L为该激光芯片和与之对应的入射面之间的距离。

4.如权利要求2所述的多管半导体激光器，其特征在于：穿过所述快轴准直镜的出射光包括准直光和边缘杂光，透过所述慢轴准直镜并从所述准直出射面出射的光为准直光，射入所述入射面但从所述矩形体的侧壁射出的光为边缘杂光，边缘杂光和对面的激光芯片的出光面均错开。

5.如权利要求2所述的多管半导体激光器，其特征在于：每一所述发光单元还包括位于所述准直出射面出光方向的第一反射镜，所述激光器还包括台阶和输出光纤，两所述发光模块中相互对应的发光单元设于同一台阶的相对两端，且距离所述输出光纤越远的发光单元所在的台阶越高，被所述第一反射镜反射的光最终均入射所述输出光纤。

6.如权利要求5所述的多管半导体激光器，其特征在于：所述激光器还包括偏振合束器、聚焦透镜和第二反射镜，一所述发光模块的出射光经第二反射镜后与另一发光模块的出射光在所述偏振合束器中偏振合束，偏振合束光通过所述聚焦透镜射入所述输出光纤。

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