CN112787220A - 一种高功率半导体激光器 - Google Patents

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汤蒙
胡晖
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Abstract

本发明提供了一种高功率半导体激光器，涉及半导体激光器技术领域；包括第一发光模块、第二发光模块、反射组件、聚焦组件和输出光纤；所述第一发光模块和所述第二发光模块相对设置；所述反射组件设置在所述第二发光模块的出光方向上，所述聚焦组件设置在所述反射组件和所述第一发光模块的共同出光方向上；所述反射组件的高度低于所述第一发光模块的出光高度。本发明所提出的激光器采用双边排高低布局，形成独特光路，取消了现有激光器中的偏振合束器，避免了激光束在经过偏振合束器过程中的功率损失，提高了激光器的输出功率，大幅度减小激光器尺寸，提高了散热效率，提高了激光器的结构强度。

Description

一种高功率半导体激光器
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种高功率半导体激光器。
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单管产生激光，但是单个半导体激光单管功率有限，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，增加输出激光的亮度。
目前的技术方案中，一般将多个激光芯片输出的激光经过偏振合束器合束和聚焦透镜聚焦后输出，而激光束经过偏振合束器的过程中会有功率损失，导致激光器的输出功率下降。
发明内容
为了解决现有激光器采用偏振合束器造成功率损失以及单排长条形布局导致的尺寸偏大、结构强度不高等技术问题，本发明提供了一种高功率半导体激光器，通过独特的光路设计与反射组件配合，取消了传统的激光器中的偏振合束器结构，可以很大程度的减小激光器的功率损耗。
一种高功率半导体激光器，包括第一发光模块、第二发光模块、反射组件、聚焦组件和输出光纤；所述第一发光模块和所述第二发光模块相对设置；所述反射组件设置在所述第二发光模块的出光方向上，所述聚焦组件设置在所述反射组件和所述第一发光模块的共同出光方向上；所述反射组件的高度低于所述第一发光模块的出光高度；所述反射组件包括第三反射镜和第四反射镜；所述第三反射镜设置在所述第二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一发光模块与所述聚焦组件之间，所述第四反射镜上边缘所在位置低于所述第一发光模块的出光高度而不遮挡所述第一发光模块的出光；所述第一发光模块发出的第一激光束越过所述第四反射镜正上方射入所述聚焦组件；所述第二发光模块发射的第二激光束经所述第三反射镜和所述第四反射镜连续反射后进入所述聚焦组件；所述聚焦组件将所述第一激光束和所述第二激光束聚焦后耦合进入所述输出光纤。
进一步地，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；每个所述第一发光单元均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；所述第一快轴准直镜设置在所述第一激光芯片的出光方向上，所述第一慢轴准直镜设置在所述第一快轴准直镜的出光方向上，所述第一反射镜设置在所述第一慢轴准直镜的出光方向上；多个所述第一发光单元发出的激光组成所述第一激光束射入所述聚焦组件。
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；所述滤波片的上边缘高于所述第一发光模块中最高阶梯所对应的第一发光单元中的第一激光芯片的出光高度；所述滤波片设置在所述第一发光模块和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。
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；每个所述第二发光单元均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；所述第二快轴准直镜设置在所述第二激光芯片的出光方向上，所述第二慢轴准直镜设置在所述第二快轴准直镜的出光方向上，所述第二反射镜设置在所述第二慢轴准直镜的出光方向上；多个所述第二激光芯片发出的激光组成所述第二激光束射入所述第三反射镜。
进一步地，所述第三反射镜和所述第四反射镜的高度相同，且所述第四反射镜的上边缘所在位置低于所述第一发光模块中最低阶梯所对应的第一发光单元中的第一激光芯片的出光高度。
进一步地，所述第一激光束和所述第二激光束的波长相同，均为预设的第一波长；所述滤波片透射所述第一波长激光，并反射其他波长激光，以防止其他波长的杂光返回至所述第一发光模块和所述第二发光模块而影响激光器的性能；所述第一激光束越过所述反射组件的上方射入所述快轴聚焦透镜的上部；所述第二激光束经所述反射组件进入所述快轴聚焦透镜的中部和下部；所述快轴聚焦透镜将所述第一激光束和所述第二激光束在快轴方向上聚焦后输出至所述慢轴聚焦透镜，所述慢轴聚焦透镜将所述第一激光束和所述第二激光束在慢轴方向上聚焦后耦合输出至所述输出光纤。
进一步地，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；且两侧的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。
进一步地，所述第一发光模块对应的放置板中最低的台阶面高于所述第二发光模块对应的放置板上最高的台阶面一个阶梯差。
进一步地，所述第一发光模块中各第一发光单元对应的台阶面的高度与对应第一激光芯片发射的激光传输到所述输出光纤入射端面的距离呈正比，距离所述输出光纤入射端面越近的第一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，都能够进入到所述聚焦组件中；所述第二发光模块中各第二发光单元对应的台阶面的高度与所述输出光纤入射端面的距离呈正比，即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，都能够进入到所述反射组件中。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所提出的激光器相较于现有激光器具备以下优点：1)采用双边排高低布局，形成独特光路，取消了现有激光器中的偏振合束器，避免了激光束在经过偏振合束器过程中的功率损失，相较于现有激光器，在激光芯片数量不变的情况下，有效提高了激光器的输出功率；2)采用双边排短条形布局设置，相较于现有的单边排长条形布局设置的激光器，在相同输出功率的条件下，可以大幅度减小激光器尺寸，提高散热效率，提高激光器的结构强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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高功率半导体激光器的俯视图；
图2是本发明实施例中一种高功率半导体激光器的立体图；
图3是图2的激光器的壳体被部分切除后的立体图。
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、完整地描述，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。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本实施例提供了一种高功率半导体激光器。请参阅图1和图2，分别是本发明实施例中一种高功率半导体激光器的俯视图和立体图；本发明实施例提出的一种半导体激光器包括：第一发光模块1、第二发光模块2、反射组件3、聚焦组件4和输出光纤5；所述第一发光模块1和所述第二发光模块2相对设置；所述反射组件3设置在所述第二发光模块2的出光方向上，所述聚焦组件4设置在所述反射组件3和所述第一发光模块1的共同出光方向上；所述反射组件3的高度低于所述第一发光模块1的出光高度；所述第一发光模块1发出的第一激光束越过所述反射组件3上方射入所述聚焦组件4；所述第二发光模块2发射的第二激光束经所述反射组件3反射后进入所述聚焦组件4；所述聚焦组件4将所述第一激光束和所述第二激光束聚焦后耦合进入所述输出光纤5。
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；每个所述第一发光单元11均包括第一激光芯片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；所述第一快轴准直镜112设置在所述第一激光芯片111的出光方向上，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，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；多个所述第一发光单元11发出的激光组成所述第一激光束射入所述聚焦组件4。
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；每个所述第二发光单元21均包括第二激光芯片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；所述第二快轴准直镜212设置在所述第二激光芯片211的出光方向上，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，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；多个所述第二激光芯片211发出的激光组成所述第二激光束射入所述反射组件3。
所述反射组件3包括第三反射镜31和第四反射镜32；所述第三反射镜31设置在所述第二发光模块2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；所述第二激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聚焦组件4；所述第三反射镜31和所述第四反射镜32的高度相同，且低于所述第一发光模块1中最低阶梯所对应的第一发光单元11中的第一激光芯片111的出光高度。
所述聚焦组件4包括滤波片41、快轴聚焦透镜42和慢轴聚焦透镜43；所述滤波片41的上边缘高于所述第一发光模块1中最高阶梯所对应的第一发光单元11中的第一激光芯片111的出光高度；所述滤波片41设置在所述第一发光模块1和所述反射组件3的共同出光方向上，所述快轴聚焦透镜42设置在所述滤波片41的出光方向上，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。
所述第一激光束和所述第二激光束的波长相同，均为预设的第一波长；所述滤波片41透射所述第一波长激光，并反射其他波长激光，以防止其他波长的杂光返回至所述第一发光模块1和所述第二发光模块2而影响激光器的性能；所述第一激光束越过所述反射组件3的上方(具体为所述第四反射镜32的正上方)进入所述快轴聚焦透镜42的上部；所述第二激光束经所述反射组件3进入所述快轴聚焦透镜42的中部和下部；所述快轴聚焦透镜42将所述第一激光束和所述第二激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将所述第一激光束和所述第二激光束在慢轴方向上聚焦后耦合输出至所述输出光纤5。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；激光芯片发射第一波长的激光通过光路传输至输出光纤，由于光路设置误差等原因可能导致少量激光射到输出光纤5入射端面的纤芯以外的其它部分，激发出其它波长的杂光，杂光的波长大于第一波长的激光，若沿光路返回至激光芯片中很有可能会损伤激光芯片，因此设置滤波片41将其它波长的杂光过滤掉，防止其回返至激光芯片影响激光器性能。
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相对设置在所述壳体6内部的两侧。
请参阅图3，图3是图2的激光器的壳体被部分切除后的立体图；所述壳体6内部两侧均设置有放置板；两侧的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的第二发光单元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。
所述第一发光模块1中各第一发光单元11对应的台阶面的高度与对应第一激光芯片111发射的激光传输至所述输出光纤5入射端面的距离呈正比，即距离所述输出光纤5入射端面越近的第一发光单元11所在的台阶面高度越低，距离所述输出光纤5入射端面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，都能够进入到所述聚焦组件4中。
所述第二发光模块2中各第二发光单元21对应的台阶面的高度与对应第二激光芯片211发射的激光传输至所述输出光纤5的入射端面的距离呈正比，即距离所述输出光纤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，都能够进入到所述反射组件3中。
所述第一发光模块1对应的放置板中最低的台阶面高于所述第二发光模块2对应的放置板中最高的台阶面一个阶梯差(即第一发光模块1中相邻两个第一发光单元11所在台阶面的阶梯差)，则第二发光模块2中所有第二发光单元21的台阶面均低于所述第一发光模块1；本发明实施例中，两个放置板上的相邻两个台阶面之间的阶梯差相同。
本发明的有益效果是：本发明所提出的激光器相较于现有激光器具备以下优点：1)采用双边排高低布局，形成独特光路，取消了现有激光器中的偏振合束器，避免了激光束在经过偏振合束器过程中的功率损失，相较于现有激光器，在激光芯片数量不变的情况下，有效提高了激光器的输出功率；2)采用双边排短条形布局设置，相较于现有的单边排长条形布局设置的激光器，在相同输出功率的条件下，可以大幅度减小激光器尺寸，提高散热效率，提高激光器的结构强度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制：尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高功率半导体激光器，其特征在于：包括：第一发光模块、第二发光模块、反射组件、聚焦组件和输出光纤；
所述第一发光模块和所述第二发光模块相对设置；所述反射组件设置在所述第二发光模块的出光方向上，所述聚焦组件设置在所述反射组件和所述第一发光模块的共同出光方向上；所述反射组件的高度低于所述第一发光模块的出光高度；
所述反射组件包括第三反射镜和第四反射镜；所述第三反射镜设置在所述第二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一发光模块与所述聚焦组件之间，所述第四反射镜上边缘所在位置低于所述第一发光模块的出光高度而不遮挡所述第一发光模块的出光；
所述第一发光模块发出的第一激光束越过所述第四反射镜正上方射入所述聚焦组件；所述第二发光模块发射的第二激光束经所述第三反射镜和所述第四反射镜连续反射后进入所述聚焦组件；所述聚焦组件将所述第一激光束和所述第二激光束聚焦后耦合进入所述输出光纤。
2.如权利要求1所述的一种高功率半导体激光器，其特征在于：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；每个所述第一发光单元均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；所述第一快轴准直镜设置在所述第一激光芯片的出光方向上，所述第一慢轴准直镜设置在所述第一快轴准直镜的出光方向上，所述第一反射镜设置在所述第一慢轴准直镜的出光方向上；多个所述第一发光单元发出的激光组成所述第一激光束射入所述聚焦组件。
3.如权利要求2所述的一种高功率半导体激光器，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；所述滤波片的上边缘高于所述第一发光模块中最高阶梯所对应的第一发光单元中的第一激光芯片的出光高度；所述滤波片设置在所述第一发光模块和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。
4.如权利要求2所述的一种高功率半导体激光器，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；每个所述第二发光单元均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；所述第二快轴准直镜设置在所述第二激光芯片的出光方向上，所述第二慢轴准直镜设置在所述第二快轴准直镜的出光方向上，所述第二反射镜设置在所述第二慢轴准直镜的出光方向上；多个所述第二激光芯片发出的激光组成所述第二激光束射入所述第三反射镜。
5.如权利要求4所述的一种高功率半导体激光器，其特征在于：所述第三反射镜和所述第四反射镜的高度相同，且所述第四反射镜的上边缘所在位置低于所述第一发光模块中最低阶梯所对应的第一发光单元中的第一激光芯片的出光高度。
6.如权利要求3所述的一种高功率半导体激光器，其特征在于：所述第一激光束和所述第二激光束的波长相同，均为预设的第一波长；所述滤波片透射所述第一波长激光，并反射其他波长激光，以防止其他波长的杂光返回至所述第一发光模块和所述第二发光模块而影响激光器的性能；所述第一激光束越过所述反射组件的上方射入所述快轴聚焦透镜的上部；所述第二激光束经所述反射组件进入所述快轴聚焦透镜的中部和下部；所述快轴聚焦透镜将所述第一激光束和所述第二激光束在快轴方向上聚焦后输出至所述慢轴聚焦透镜，所述慢轴聚焦透镜将所述第一激光束和所述第二激光束在慢轴方向上聚焦后耦合输出至所述输出光纤。
7.如权利要求5所述的一种高功率半导体激光器，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设置在所述壳体内部的两侧。
8.如权利要求7所述的一种高功率半导体激光器，其特征在于：所述壳体内部两侧均设置有放置板；且两侧的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。
9.如权利要求8所述的一种高功率半导体激光器，其特征在于：所述第一发光模块对应的放置板中最低的台阶面高于所述第二发光模块对应的放置板上最高的台阶面一个阶梯差。
10.如权利要求8所述的一种高功率半导体激光器，其特征在于：所述第一发光模块中各第一发光单元对应的台阶面的高度与对应第一激光芯片发射的激光传输到所述输出光纤入射端面的距离呈正比，距离所述输出光纤入射端面越近的第一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，都能够进入到所述聚焦组件中；
所述第二发光模块中各第二发光单元对应的台阶面的高度与所述输出光纤入射端面的距离呈正比，即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，都能够进入到所述反射组件中。
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