CN202837616U - 耦合两个半导体激光器光束的结构 - Google Patents
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Abstract
耦合两个半导体激光器光束的结构，将两个半导体激光器发出的光耦合进一根光纤。结平面垂直于底板放置的两个半导体激光器芯片所发出的光分别经各自的快轴准直柱透镜在快轴方向准直后，一个激光器的光束直接照射透镜-光纤组件，另一个激光器的光束经过一个反射镜反射后照射到透镜-光纤组件，两个光束紧密排列，经聚焦后耦合到单一光纤输出。透镜-光纤组件被焊料直接焊到封装管壳的管口中。用本结构可将两个激光器的光从一根光纤输出，可应用在工业和医学等广泛的领域中，尤其适合以非可见光作为工作光源而需要可见光作为指示光的场合。
Description
所属技术领域
本实用新型提供了一种耦合两个半导体激光器光束的结构，通过该结构可以将两个半导体激光器的输出光耦合到一根光纤中，属于应用激光和半导体激光领域。
背景技术
在工业、医学和科研领域中广泛地使用808nm、980nm、1064nm等红外激光作为工作光源。这些光属于不可见光，但在应用当中很多情况下需要知道这些工作光的传播路径和照射位置，这就需要可见波长的光来作指示、导引。
传统技术方案是在光路中使用对一个波长反射对另一波长透射的双色片，对两束激光进行合束，并通过聚焦耦合透镜耦合到光纤内，实现从一根光纤获得了两个波长的输出，例如200820180756.9号专利。但是如果两个波长比较靠近时，要求双色片的反射率曲线的边缘非常陡直，这样的镀膜设计和制作的难度非常大，反射率和透射率都不会太高，导致合束功率损失大。进一步，对相同波长的两束光，就不可能用双色片的方法来获得合束的目的。需要更好的方案来改进。
发明内容
本实用新型解决了将两个半导体激光器的输出耦合到单一光纤的问题。原理和完整结构分别见图1和图3。
激光器1和激光器2是发射不同波长或相同波长的半导体激光器。二者都已经被分别装在热沉3.1和热沉3.2上，两个热沉安装在底板4上，安装方式为激光器的PN结平面垂直于底板。
两个激光器芯片发出的光束首先被在各自前方分别安装的快轴准直柱透镜5.1和5.2在快轴方向进行准直，准直后的光束16.1和16.2以扇形出射。激光器1与透镜-光纤组件6光轴平行放置，其经快轴准直的光束16.1直接照向透镜-光纤组件6并且光轴与之平行。激光器2与激光器1成一定角度放置，它的经快轴准直的光束经过一个反射镜7的反射照向透镜-光纤组件6，并且反射后的光束光轴与透镜-光纤组件6的光轴平行。
用来反射激光器2光束16.2的反射镜7安装在激光器1和透镜-光纤组件6之间，反射镜的一个边紧靠但是不遮挡激光器1的扇形光束16.1，经反射镜7反射后的激光器2的光束16.22紧靠第一个激光器的光束16.1而且与其平行。两束并列的光束16.22和16.1通过透镜-光纤组件6耦合到光纤。
激光器2到透镜8的光程应当和激光器1到透镜8的光程相同或仅有微小差异。
透镜-光纤组件6其外部为一个圆形的套筒9，透镜8固定在套筒9内的一端，光纤插针10从另一端***套筒9，光纤插针10与透镜8之间的距离用一个定位环11来固定。见图1 和2。透镜-光纤组件6可以作为一个调节单元，通过多维的位置、角度调整，两个激光器的并列光束被透镜聚焦耦合到光纤里。透镜8和光纤插针10通过套筒和定位环来实现同轴和定位。
光纤12安装在圆柱形光纤插针10的中心，端面磨平、抛光，并镀对两个激光器波长都增透的增透膜。
透镜8可以是球面、非球面或自聚焦透镜，也可以是这些透镜的组合。
套筒9为截面形状是圆形的圆筒，或筒壁沿轴向开通槽的截面呈“C”形的开口圆筒，由金属或陶瓷材料制成。
管壳的侧壁13上制作一个用于引出光纤的圆形光纤引出管14，管的上方有一个开口15。透镜-光纤组件6***管14内进行耦合位置调整。管14内径大于套筒9的外径，使套筒9在管14内有充分的调整空间。调整到最佳耦合状态后，通过开口15将焊料注入管内将透镜-光纤组件6焊装固定在光纤引出管14内，或用胶从开口注入将透镜-光纤组件6固定在管14内。这样的固定方式，不需要额外的支撑元件，工艺简单可靠。见图3。
当需要一个工作激光，一个指示光时，可以将工作激光放在激光器1的位置，指示光激光通常是几mW功率量级的，可以放到激光器2的位置。
附图说明
图1为将两个半导体激光的光束耦合进光纤的原理示意图。
图2为透镜-光纤组件剖视图，透镜和套筒之间有定位环。
图3为激光器和透镜-光纤组件全部安装到位的侧视图，显示了光纤引出的方式和透镜-光纤组件的固定方式。
具体实施方式
一种实施方式的整体结构见图3。下面详述整个结构的制作流程。
先在激光器1和2的出光方向上安装快轴准直柱面镜，将光束压缩成为扇形并垂直激光器腔面出射，如16.1和16.2所示。
将激光器1和2分别安装在热沉3.1和3.2上，再将热沉3.1和3.2焊装到底板4上。安装的时候要让两个激光器的PN结平面垂直于底板。热沉3.1和3.2安装到底板上时，两个激光器的高度要与外壳侧壁13上的圆形光纤引出管14的轴线基本等高，并且激光器1要正对光纤引出管14安装，尽量让光轴与光纤引出管14的轴线平行。热沉3.2的位置和与3.1之间的角度，要经过计算确定，激光器2的位置和角度要大致和激光器1在即将安装的反射镜7的镜像位置一致，也就是说激光器1和2到耦合透镜的光程要大致相等。
将光纤12装在光纤插针10中，用胶固定，并对其端面进行研磨、抛光，并镀对激光器1和2的波长的增透膜。套筒9采用磷青铜开口套筒，其横截面为“C”形。将直径与套筒9的内径相同的非球面透镜8直接安装在套筒内，将直径与套筒9内径同样相同的定位环11和和光纤插针10先后从套筒9另一端***，顶紧透镜8。这样就完成了透镜-光纤组件6的组装，在透镜-光纤组件6中透镜和光纤由于与套筒9的紧密配合而保持同轴。这个结构见图1中的剖视图。
如果透镜8的外径与套筒9的内径不同，则如图2所示，需要一个适配环16，作为透镜8与套筒9之间的中介，适配环16的加工精度必须保证能使透镜8与光纤插针同轴。图2也显示了透镜8采用自聚焦透镜的情况。
安装反射镜7。将反射镜7连接一个5维精密调节装置进行调节。调节时给激光器1和2加电流，在光纤引出管14口外20～30厘米处放一屏，通过观察光束16.1和反射光束16.22打在屏上的光斑，调整反射镜的位置和角度，使光束16.22与光束16.1平行并且贴近。将反射镜7用胶固定在底板4上。
耦合调节。将外壳底板4安装在微调装置上，同时将插针10的尾端也夹持在微调装置上，透镜-光纤组件6通过管壳侧壁上的光纤引出管14伸入壳内，对准激光器1，光纤另一端对准光功率计。给激光器1加电流，测量从光纤输出的光功率，反复进行调节，使光纤输出的光功率最大。再给激光器2加电流，在保持激光器1的电流和输出功率不变的情况下使激光器2的光纤输出光功率最大。
将融化的焊料从开口15注入光纤引出管14内，将套筒9在管内焊牢，或用胶注入开口将套筒9粘牢。光纤引出管14内径要比套筒9的外径稍大一点，不能太小也不能太大，否则焊料会难以填满二者之间的缝隙，出现空洞，对焊接强度和长期稳定工作带来负面影响。
Claims (7)
1.耦合两个半导体激光器光束的结构，其特征为：两个半导体激光器芯片安装在各自的热沉上，热沉以激光器PN结平面垂直于底面的方向安装在底板上；第一个激光器与透镜-光纤组件光轴平行放置，第二个激光器与第一个激光器成一定角度放置，第二个激光器的光束通过一个反射镜后其光轴与透镜-光纤组件光轴平行，两个激光器的光束通过透镜-光纤组件耦合到光纤；透镜-光纤组件通过焊装或胶固定在管壳侧壁上的管口内。
2.根据权利要求1所述的耦合两个半导体激光器光束的结构，其特征为：两个激光器都安装了快轴准直透镜。
3.根据权利要求1所述的耦合两个半导体激光器光束的结构，其特征为：反射镜的一边紧靠但不遮挡第一个激光器的光束，经反射镜反射后的第二个激光器的光束紧靠第一个激光器的光束而且与其平行。
4.根据权利要求1所述的耦合两个半导体激光器光束的结构，其特征为：透镜-光纤组件的外部为一个圆形的套筒，透镜固定在套筒的一端，光纤插针从另一端***套筒，光纤插针与透镜之间的距离用一个定位环固定。
5.根据权利要求1所述的耦合两个半导体激光器光束的结构，其特征为：透镜-光纤组件中的透镜为球面、非球面或自聚焦透镜，或这些透镜的组合。
6.根据权利要求1所述的耦合两个半导体激光器光束的结构，其特征为：透镜-光纤组件中的套筒为截面形状是圆形的圆筒，或筒壁沿轴向开通槽的截面呈“C”形的开口圆筒，由金属或陶瓷材料制成。
7.根据权利要求1所述的耦合两个半导体激光器光束的结构，其特征为：管壳壁上有光纤引出管，管上部开口，套筒被焊装固定在管口内，或用胶将套筒固定在管口内。
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| CN108092130A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-05-29 | 北京凯普林光电科技股份有限公司 | 一种半导体激光器封装结构 |
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