CN116526290A - 体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器及组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器及组件。所述激光器包括半导体激光器芯片、快轴准直透镜、慢轴透镜与光栅一体件、聚焦透镜和光纤。所述快轴准直透镜、慢轴透镜与光栅一体件、聚焦透镜、光纤依次沿着半导体激光器芯片的光线出射方向分布。所述快轴准直透镜为水平设置的柱面镜，所述慢轴透镜与光栅一体件为竖向设置的柱面镜，且所述慢轴透镜与光栅一体件的凸面侧与聚焦透镜相邻，所述述快轴准直透镜的凸面侧与慢轴透镜与光栅一体件的平面侧相邻。本发明有效解决了传统半导体激光器结构中每个光学件需要单独调节带来的存在调节繁琐、不便的问题以及当相邻光学件界面上的镀膜效果差或者污染时容易造成光学件烧坏的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器及组件。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
半导体激光器效率高、体积小、重量轻、寿命长、可靠性高、易于调制及价格低廉等优点，在工业、医疗、通信及军事等领域得到了广泛应用。在20世纪90年代取得了突破性进展，其标志是半导体激光器的输出功率显著增加，国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化，国内样品器件输出已达到600W以上。
半导体激光经激发出光后在X轴/Y轴方向都有一定的大小的发散角，其中X轴发散角大，称为快轴方向，Y轴发散角较小，称为慢轴方向。在实际用途中需要使用透镜将快轴/慢轴方向光斑进行聚集以便于耦合进光纤。
半导体激光器封装常规方法是将半导体激光器芯片发出的光准直聚焦耦合进光纤输出。但随激光器驱动电流的增加，发射光谱谱线会变宽，且随着工作过程中温度的积累，其输出光谱会发生红移，这种输出波长的不稳定性限制了其在固体激光器泵浦、医学仪器等领域的应用，行业内一般通过体布拉格光栅(VBG)与半导体激光器芯片间构成外腔，利用外腔反馈的方法对激光器输出光谱宽度进行压缩，实现温度漂移系数小，输出光谱范围稳定。
上述多个光学件需要单独调节，程序比较复杂；而且每个光学件都拥有两个界面，界面需要单独镀膜处理，镀膜效果差或者污染容易造成光学件烧坏，从而影响整个激光器的性能。例如申请号为201721230434.6的中国专利文献公开了一种波长稳定半导体激光器，该半导体结构中的每个光学件只起一种作用，需要单独调节。综上，目前的半导体激光器存在光学件较多，而且每个光学件需要单独制作、单独调节、单独镀膜，存在调节不方便等方面的不便，以及有因镀膜不均或者污染造成激光器烧坏的风险。
发明内容
本发明提供一种体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器及组件，其有效解决了传统半导体激光器结构中每个光学件需要单独调节带来的存在调节繁琐、不便的问题以及当相邻光学件界面上的镀膜效果差或者污染时容易造成光学件烧坏的问题。为实现上述目的，本发明公开如下所示的技术方案。
首先，本发明公开一种体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器，包括：半导体激光器芯片、快轴准直透镜、慢轴透镜与光栅一体件、聚焦透镜和光纤。其中：所述快轴准直透镜、慢轴透镜与光栅一体件、聚焦透镜、光纤依次沿着半导体激光器芯片的光线出射方向分布，且所述快轴准直透镜为水平设置的柱面镜，所述慢轴透镜与光栅一体件为竖向设置的柱面镜，且所述慢轴透镜与光栅一体件的凸面侧与聚焦透镜相邻，所述述快轴准直透镜的凸面侧与慢轴透镜与光栅一体件的平面侧相邻。
其次，本发明公开一种体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器组件，包括：半导体激光器芯片、快轴准直透镜、慢轴透镜与光栅一体件、聚焦透镜、光纤和反射镜。其中：所述快轴准直透镜、慢轴透镜与光栅一体件依次沿着半导体激光器芯片的光线出射方向分布形成组件。若干组所述组件并列设置，且每组所述组件的慢轴透镜与光栅一体件前端均设置一个所述反射镜。所述快轴准直透镜为水平设置的柱面镜，所述慢轴透镜与光栅一体件为竖向设置的柱面镜，且所述慢轴透镜与光栅一体件的凸面侧与反射镜相邻，所述述快轴准直透镜的凸面侧与慢轴透镜与光栅一体件的平面侧相邻。所述聚焦透镜设置在反射镜的反射光路上，所述光纤设置在聚焦透镜的出射光路上，从而将多组所述半导体激光器芯片的激光同时集中到一根光纤上。
进一步地，所述反射镜与慢轴透镜与光栅一体件射出的光路呈45°。
进一步地，反射镜的两边或者单边镀膜。优选地，该镀膜的反射率大于99％。
进一步地，所述快轴准直透镜的焦距为300～500μm，其主要用于对光束快轴方向的发散角进行准直。
进一步地，所述慢轴透镜与光栅一体件的厚度在2～3mm之间，从而既能满足生产的需要，也能尽量减小厚度，进而减少慢轴透镜与光栅一体件吸热。
可选地，所述慢轴透镜与光栅一体件的材质为玻璃等。
进一步地，所述聚焦透镜包括平凸透镜或者非球面透镜，其主要起对激光光束聚焦的作用。因此，所述聚焦透镜优选为非球面透镜，可以更好的消除边缘光的影响，更好的进行聚焦。
进一步地，所述光纤为多模光纤等中。可选地，所述光纤的芯径为105～400μm。优选地，所述光纤的一端转给有SMA905或者FC输出头。
进一步地，所述半导体激光器芯片、快轴准直透镜、慢轴透镜与光栅一体件、聚焦透镜、光纤的输入端面均具有高透膜。优选地，所述高透膜的反射率大于99％。
进一步地，所述半导体激光器芯片固定于铜镀金的热沉上，以在工作过程中进行良好散热，有利于芯片的稳定和寿命的延长。
与现有技术相比，本发明至少具有以下方面的有益效果：本发明在所述快轴准直透镜和聚焦透镜之间设置了慢轴透镜与光栅一体件，所述快轴准直透镜可以对半导体激光器芯片发出的光进行快轴方向(X方向)准直，使快轴的光尽量保持水平。所述慢轴透镜与光栅一体件不仅可以起到将慢轴发散角进行准直的作用，同时也是一种光敏玻璃，通过紫外光的热加工作用，引起具有一些特殊成分的光敏玻璃(PTR)的折射率的永久性改变，从而在PTR内部形成按一定规律的内部折射率分布，与半导体激光器芯片后腔面共同构成外腔谐振腔，进而利用体布拉格光栅(VBG)中周期性光栅的反射作用，实现输出激光的波长选择性，最终实现窄光谱宽度的稳定波长的激光输出。在快轴和慢轴方向都经过准直后平行光经所述聚焦透镜实现光斑的聚焦，最终光束通过所述光纤输出，有效解决了传统半导体激光器结构中每个光学件需要单独调节带来的存在调节繁琐、不便的问题以及当相邻光学件界面上的镀膜效果差或者污染时容易造成光学件烧坏的问题。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是下列实施例中体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器的结构示意图。
图2是下列另一实施例中体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器组件的结构示意图。
上述图中附图标记分别代表：1-半导体激光器芯片、2-快轴准直透镜、3-慢轴透镜与光栅一体件、4-聚焦透镜、5-光纤、6-反射镜。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
参考图1，示例一种体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器，包括：半导体激光器芯片1、快轴准直透镜2、慢轴透镜与光栅一体件3、聚焦透镜4和光纤5。其中：
所述半导体激光器芯片1固定于铜镀金的热沉上，以在工作过程中进行良好散热，有利于芯片的稳定和寿命的延长。所述快轴准直透镜2、慢轴透镜与光栅一体件3、聚焦透镜4、光纤5沿着半导体激光器芯片1的光线出射方向从左向右依次分布，且所述快轴准直透镜2为水平设置的柱面镜，所述慢轴透镜与光栅一体件3为竖向设置的柱面镜，且所述慢轴透镜与光栅一体件3的凸面侧与聚焦透镜4相邻，所述述快轴准直透镜2的凸面侧与慢轴透镜与光栅一体件3的平面侧相邻。
所述快轴准直透镜2的焦距在300～500μm之间任意可选，如300μm、350μm、400μm、450μm、500μm等，所述快轴准直透镜2可以对半导体激光器芯片1发出的光进行快轴方向(X方向)准直，使快轴的光尽量保持水平。所述慢轴透镜与光栅一体件3的厚度在2～3mm之间任意可选，如2mm、2.5mm、3mm等。
所述慢轴透镜与光栅一体件3不仅可以起到将慢轴发散角进行准直的作用，同时也是一种光敏玻璃，通过紫外光的热加工作用使光敏玻璃(PTR)的折射率的永久性改变，从而在PTR内部形成按一定规律的内部折射率分布，与半导体激光器芯片后腔面共同构成外腔谐振腔，进而利用体布拉格光栅(VBG)中周期性光栅的反射作用，实现输出激光的波长选择性，最终实现窄光谱宽度的稳定波长的激光输出，有效解决了传统半导体激光器结构中每个光学件需要单独调节带来的存在调节繁琐、不便的问题以及当相邻光学件界面上的镀膜效果差或者污染时容易造成光学件烧坏的问题。
所述聚焦透镜4为非球面透镜，可以更好的消除边缘光的影响，更好的进行聚焦。所述光纤5为多模光纤，其芯径在105～400μm之间任意可选，如105μm、200μm、400μm等。在快轴和慢轴方向都经过准直后平行光经所述聚焦透镜4实现光斑的聚焦，最终光束通过所述光纤5输出。
参考图2，示例一种体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器组件，包括：半导体激光器芯片1、快轴准直透镜2、慢轴透镜与光栅一体件3、聚焦透镜4、光纤5和反射镜6。其中：
所述快轴准直透镜2、慢轴透镜与光栅一体件3依次沿着半导体激光器芯片1的光线出射方向分布形成组件。若干组所述组件并列设置，且每组所述组件的慢轴透镜与光栅一体件3前端均设置一个所述反射镜6。
所述快轴准直透镜2为水平设置的柱面镜，所述慢轴透镜与光栅一体件3为竖向设置的柱面镜，且所述慢轴透镜与光栅一体件3的凸面侧与反射镜6相邻，所述述快轴准直透镜2的凸面侧与慢轴透镜与光栅一体件3的平面侧相邻。所述聚焦透镜4设置在反射镜6的反射光路上，所述光纤5设置在聚焦透镜4的出射光路上，从而将多组所述半导体激光器芯片1的激光同时集中到一根光纤5中。本实施例的半导体激光器芯片1、快轴准直透镜2、慢轴透镜与光栅一体件3、聚焦透镜4、光纤5与上一实施例中各部件的规格等相同，区别在于本实施例通过利用所述反射镜6将若干组激光最终集中在了一根光纤5中，从而实现大功率的激光输出。为此，所述反射镜6与慢轴透镜与光栅一体件3射出的光路之间的夹角选择为45°。
在另一实施例中，上述实施例中的所述反射镜6的两边或者单边镀膜，该镀膜的反射率大于99％。所述镀膜的材质可以选自金、银、铝、铬等。
在另一实施方式中，上述实施例中的所述聚焦透镜4为平凸透镜，所述光纤5的一端转给有SMA905或者FC输出头。
在另一实施方式中，上述实施例中的所述半导体激光器芯片1、快轴准直透镜2、慢轴透镜与光栅一体件3、聚焦透镜4、光纤5的输入端面均具有高透膜，所述高透膜的反射率大于99％，所述高透膜的材质可以选自氧化镁、氧化锆、二氧化硅等。
最后，需要说明的是，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器，其特征在于，包括：半导体激光器芯片、快轴准直透镜、慢轴透镜与光栅一体件、聚焦透镜和光纤；其中：所述快轴准直透镜、慢轴透镜与光栅一体件、聚焦透镜、光纤依次沿着半导体激光器芯片的光线出射方向分布，且所述快轴准直透镜为水平设置的柱面镜，所述慢轴透镜与光栅一体件为竖向设置的柱面镜，且所述慢轴透镜与光栅一体件的凸面侧与聚焦透镜相邻，所述述快轴准直透镜的凸面侧与慢轴透镜与光栅一体件的平面侧相邻。
2.体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器组件，其特征在于，包括：半导体激光器芯片、快轴准直透镜、慢轴透镜与光栅一体件、聚焦透镜、光纤和反射镜；其中：所述快轴准直透镜、慢轴透镜与光栅一体件依次沿着半导体激光器芯片的光线出射方向分布形成组件；若干组所述组件并列设置，且每组所述组件的慢轴透镜与光栅一体件前端均设置一个所述反射镜；所述快轴准直透镜为水平设置的柱面镜，所述慢轴透镜与光栅一体件为竖向设置的柱面镜，且所述慢轴透镜与光栅一体件的凸面侧与反射镜相邻，所述述快轴准直透镜的凸面侧与慢轴透镜与光栅一体件的平面侧相邻；所述聚焦透镜设置在反射镜的反射光路上，所述光纤设置在聚焦透镜的出射光路上。
3.根据权利要求2所述的体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器组件，其特征在于，所述反射镜与慢轴透镜与光栅一体件射出的光路呈45°；
优选地，所述反射镜的两边或者单边镀膜；优选地，该镀膜的反射率大于99％；可选地，所述镀膜的材质包括金、银、铝、铬中的任意一种。
4.根据权利要求1或2所述的体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器或激光器组件，其特征在于，所述快轴准直透镜的焦距为300～500μm。
5.根据权利要求1或2所述的体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器或激光器组件，其特征在于，所述慢轴透镜与光栅一体件的厚度在2～3mm之间。
6.根据权利要求1或2所述的体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器或激光器组件，其特征在于，所述慢轴透镜与光栅一体件的材质为玻璃。
7.根据权利要求1或2所述的体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器或激光器组件，其特征在于，所述聚焦透镜包括平凸透镜或者非球面透镜；所述聚焦透镜优选为非球面透镜。
8.根据权利要求1或2所述的体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器或激光器组件，其特征在于，所述光纤为多模光纤；可选地，所述光纤的芯径为105～400μm；优选地，所述光纤的一端转给有SMA905或者FC输出头。
9.根据权利要求1或2所述的体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器或激光器组件，其特征在于，所述半导体激光器芯片、快轴准直透镜、慢轴透镜与光栅一体件、聚焦透镜、光纤的输入端面均具有高透膜；优选地，所述高透膜的反射率大于99％；可选地，所述高透膜的材质包括氧化镁、氧化锆、二氧化硅中的任意一种。
10.根据权利要求1或2所述的体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器或激光器组件，其特征在于，所述半导体激光器芯片固定于铜镀金的热沉上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310337530.4A CN116526290A (zh) | 2023-03-31 | 2023-03-31 | 体布拉格光栅与慢轴准直透镜一体化半导体激光器及组件 |
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