一種大功率半導(dǎo)體激光器耦合的光纖固定裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種大功率半導(dǎo)體激光器耦合的光纖固定裝置，大功率半導(dǎo)體激光器的所有襯底、快軸準直鏡FAC、慢軸準直鏡SAC、反射鏡分別固定在底座的不同臺階上，每個激光二極管固定在一個襯底上，多個激光二極管產(chǎn)生多個高低不同光束，經(jīng)過各自快軸準直鏡FAC、慢軸準直鏡SAC后產(chǎn)生高低不同平行光束；經(jīng)過各自反射鏡反射后到達準直透鏡，多個高低不同平行光束經(jīng)過準直透鏡后聚焦在光纖上；在底座上光纖固定位置處設(shè)計一個凸臺，且凸臺和底座為一體，并在凸臺上表面沿著準直透鏡聚焦后的平行光束的方向設(shè)計一個V形槽，將光纖放置于V形槽內(nèi)并用玻璃焊料填充及固定，這種光纖固定方式將包層中的光剝離，避免燒壞光纖。玻璃焊料上的熱量通過底座迅速散出去。
【專利說明】一種大功率半導(dǎo)體激光器耦合的光纖固定裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種大功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合的光纖固定裝置，該裝置具有光纖散熱效果好、可靠性高的特點，屬于半導(dǎo)體激光器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光器由于具有體積小、重量輕、效率高等眾多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、醫(yī)療、通訊等眾多領(lǐng)域。由于自身量子阱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的限制，半導(dǎo)體激光器的輸出光束質(zhì)量與CO2激光器、固體YAG激光器等傳統(tǒng)激光器相比較差，阻礙了其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。近幾年，隨著半導(dǎo)體材料外延生長技術(shù)、半導(dǎo)體激光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、腔面鈍化技術(shù)、高穩(wěn)定性封裝技術(shù)、高效散熱技術(shù)的發(fā)展，特別是在直接半導(dǎo)體激光工業(yè)加工應(yīng)用以及大功率光纖激光器泵浦源的需求推動了具有大功率，高光束質(zhì)量的半導(dǎo)體激光器飛速發(fā)展。
[0003]在我國，使用單管半導(dǎo)體激光器件直接耦合進入光纖獲得激光輸出的技術(shù)已經(jīng)成熟，目前國內(nèi)幾家公司使用單管的出纖功率和國外水平基本相當。然而，隨著半導(dǎo)體激光器應(yīng)用范圍的增加，單芯片的半導(dǎo)體激光器的功率遠遠不能滿足多樣化的需求。多個芯片激光的合束是必然的，這將使半導(dǎo)體激光器的功率成倍的提升。目前，多個芯片的激光合束最直接的是空間合束。由于快軸方向光束質(zhì)量好，可以整形成寬度只有200 μ m-300 μ m的光斑，因此可以將芯片組裝在不同的高度進行合束。
[0004]多管半導(dǎo)體激光器合束的光最終耦合進入光纖中，目前，大多數(shù)多管半導(dǎo)體激光器裝置采用將準直透鏡和光纖點膠固定在一個剛性金屬套筒中，然后將金屬套筒焊接在底座的方式來固定光纖，這種方法簡單，易實現(xiàn)，但是，大功率的光進入光纖后，小部分光進入光纖包層，在包層內(nèi)產(chǎn)生熱量，傳統(tǒng)光纖固定方法缺乏有效散熱通道，散熱效果較差，導(dǎo)致光纖固定金屬套筒和光纖點膠位置的溫度升高，以至膠水老化和高溫產(chǎn)生的應(yīng)力，燒壞光纖，從而導(dǎo)致整個半導(dǎo)體激光器的失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，而提供一種大功率半導(dǎo)體激光器耦合的光纖固定裝置，本實用新型將多個激光二極管發(fā)出的光通過光學(xué)元件耦合到一根光纖后，將光纖上的熱量有效的散發(fā)出去，實現(xiàn)高功率，高可靠性的大功率半導(dǎo)體激光器。
[0006]本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0007]—種大功率半導(dǎo)體激光器耦合的光纖固定裝置，大功率半導(dǎo)體激光器包括多個管激光二極管、多個快軸準直鏡FAC、多個慢軸準直鏡SAC、多個反射鏡、準直透鏡、光纖、底座、襯底、玻璃焊料；多個襯底、多個快軸準直鏡FAC、多個慢軸準直鏡SAC、多個反射鏡分別固定在底座的不同臺階上，每個激光二極管固定在一個襯底上，多個激光二極管產(chǎn)生多個高低不同的光束，經(jīng)過各自的快軸準直鏡FAC、慢軸準直鏡SAC后產(chǎn)生高低不同的平行光束；經(jīng)過各自反射鏡的反射后到達共同的準直透鏡，多個高低不同的平行光束經(jīng)過共同的準直透鏡后聚焦在光纖上；
[0008]其特征在于:在底座上光纖固定位置處設(shè)計一個凸臺，且凸臺和底座為一體，并在凸臺上表面沿著準直透鏡聚焦后的平行光束的方向設(shè)計一個V形槽，將光纖放置于V形槽內(nèi)并用玻璃焊料填充及固定。
[0009]所述的底座是由熱導(dǎo)率高的材料制作而成，其他元件都在底座上，元件熱擴散均衡?？梢詫⒌鬃潭ㄔ谥评溲b置上(水冷、氣冷)。
[0010]所述的玻璃焊料材料的折射率比光纖包層的折射率大，大功率的光進入光纖后，少部分光從包層漏出，漏出的光能進入玻璃焊料中，有效剝離了包層光并能將包層光吸收產(chǎn)生的熱量通過底座迅速散發(fā)出去。
[0011]本實用新型對比已有技術(shù)具有以下有益效果:
[0012]本實用新型提出了一種新型的光纖固定裝置，使得大功率激光進入光纖后，光纖上的包層光被有效剝離，包層光吸收產(chǎn)生的熱量能迅速散發(fā)出去，保護了光纖和其他器件。有助于實現(xiàn)高功率，高可靠性的半導(dǎo)體激光器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型應(yīng)用在多管半導(dǎo)體激光器裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本實用新型光纖固定裝置示意圖；
[0015]標號說明:
[0016]1.1 - 1.3分別為-激光器二極管，2.1 — 2.3分別為快軸準直透鏡FAC，3.1 —
3.3分別為慢軸準直透鏡SAC，4.1 - 4.3分別為反射鏡，5-準直透鏡，6-光纖，7-底座，8.1 - 8.3分別為襯底，9-玻璃焊料。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0018]如圖1所示，一種大功率半導(dǎo)體激光器耦合的光纖固定裝置，大功率半導(dǎo)體激光器包括三個管激光二極管(1.1 - 1.3)、三個快軸準直鏡FAC (2.1 - 2.3)、三個慢軸準直鏡SAC (3.1 - 3.3)、三個反射鏡(4.1 一 4.3)、準直透鏡5、光纖6、底座7、襯底(8.1 一
8.3)、玻璃焊料9 ;三個襯底(8.1 - 8.3)、三個快軸準直鏡FAC(2.1 一 2.3)、三個慢軸準直鏡SAC (3.1 - 3.3)、三個反射鏡(4.1-4.3)分別固定在底座7的不同臺階上，每個激光二極管固定在一個襯底上，三個激光二極管產(chǎn)生三個高低不同的光束，經(jīng)過各自的快軸準直鏡FAC、慢軸準直鏡SAC后產(chǎn)生高低不同的平行光束；經(jīng)過各自反射鏡的反射后到達共同的準直透鏡5，三個高低不同的平行光束經(jīng)過共同的準直透鏡5后聚焦在光纖6上；在底座7上光纖固定位置處設(shè)計一個凸臺，且凸臺和底座為一體，并在凸臺上表面沿著準直透鏡聚焦后的平行光束的方向(也就是X軸)設(shè)計一個V形槽，將光纖放置于V形槽內(nèi)并用玻璃焊料9填充及固定；所述的底座是由熱導(dǎo)率高的材料制作而成，其他元件都在底座上，元件熱擴散均衡。可以將底座固定在制冷裝置上(水冷、氣冷)。所述的玻璃焊料材料的折射率比光纖包層的折射率大，大功率的光進入光纖后，少部分光從包層漏出，漏出的光能進入玻璃焊料中，有效剝離了包層光并能將包層光吸收產(chǎn)生的熱量通過底座迅速散發(fā)出去。
[0019]三個激光器二極管(1.1-1.3)由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其遠場光束嚴重不對稱。Z軸方向的光軸為快軸，光在快軸的發(fā)散角較大；x軸方向的光軸為慢軸，光在慢軸的發(fā)散角較小。
[0020]其中襯底(8.1-8.3)是由導(dǎo)熱效果好且絕緣效果好的材料制成，三個激光器二極管(1.1 — 1.3)分別安裝在三個襯底(8.1 一 8.3)上,組成CoS (chip-on-submount)。
[0021]底座7是由較高導(dǎo)熱率的材料制成，底座上的螺紋孔可以將整個裝置固定在制冷設(shè)備上。平行于XY平面的底座7上表面上加工有多個臺階，臺階在X軸的寬度大于等于襯底的寬度，在Z軸的高度大于等于單個激光二極管經(jīng)過快軸準直鏡FAC、慢軸準直鏡SAC整形后的平行光束在Z軸上的寬度。襯底分散固定在底座7的臺階上，使得每個激光二極管發(fā)出的光沿著Y軸方向傳播。
[0022]快軸準直鏡FAC是一個柱透鏡，在Z軸方向上對激光器二極管發(fā)出的光進行整形，整形后的光束在Z軸方向變?yōu)槠叫泄狻？燧S準直鏡FAC用膠固定在襯底上。
[0023]慢軸準直鏡SAC也是一個柱透鏡，在X軸方向上對經(jīng)過快軸準直鏡FAC準直后的光進行整形，整形后的光束在X軸方向變?yōu)槠叫泄?。慢軸準直鏡SAC用膠固定在底座7上。
[0024]經(jīng)過快軸準直鏡FAC、慢軸準直鏡SAC準直后的平行光束在垂直于傳播方向上光的橫截面如圖3中A所示，光束為扁平狀，光束在慢軸方向的長度較長，在慢軸方向的長度較短。
[0025]反射鏡與X軸和Y軸的夾角都為45°光經(jīng)過反射鏡后方向改變了 90°。光束經(jīng)過反射鏡之前沿著Y軸前進，經(jīng)過反射鏡后沿著X軸前進。
[0026]光經(jīng)過反射鏡的反射后多個光束在X、Y軸方向重疊在一起，在Z軸方向上高低不同，形成光束堆。多個平行光束形成的光束堆經(jīng)過準直透鏡5后，光聚焦在準直透鏡5的焦點上。
[0027]光纖6的端面對準準直透鏡5的焦點,且光纖端面垂直于光軸。
[0028]底座7在光纖6固定的位置加工有一個凸臺，這個凸臺的上表面沿著X軸加工有一個V形槽，V形槽的深度h和角度Θ有下列關(guān)系:
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種大功率半導(dǎo)體激光器耦合的光纖固定裝置，大功率半導(dǎo)體激光器包括多個管激光二極管、多個快軸準直鏡FAC、多個慢軸準直鏡SAC、多個反射鏡、準直透鏡、光纖、底座、襯底、玻璃焊料；多個襯底、多個快軸準直鏡FAC、多個慢軸準直鏡SAC、多個反射鏡分別固定在底座的不同臺階上，每個激光二極管固定在一個襯底上，多個激光二極管產(chǎn)生多個高低不同的光束，經(jīng)過各自的快軸準直鏡FAC、慢軸準直鏡SAC后產(chǎn)生高低不同的平行光束；經(jīng)過各自反射鏡的反射后到達共同的準直透鏡，多個高低不同的平行光束經(jīng)過共同的準直透鏡后聚焦在光纖上； 其特征在于:在底座上光纖固定位置處設(shè)計一個凸臺，且凸臺和底座為一體，并在凸臺上表面沿著準直透鏡聚焦后的平行光束的方向設(shè)計一個V形槽，將光纖放置于V形槽內(nèi)并用玻璃焊料填充及固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率半導(dǎo)體激光器耦合的光纖固定裝置，其特征在于:所述的底座是由熱導(dǎo)率高的材料制作而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率半導(dǎo)體激光器耦合的光纖固定裝置，其特征在于:所述的玻璃焊料的折射率比光纖包層的折射率大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率半導(dǎo)體激光器耦合的光纖固定裝置，其特征在于:所述V形槽的深度h和角度Θ有下列關(guān)系:
【文檔編號】G02B6/42GK203387049SQ201320455911
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月29日
【發(fā)明者】盧昆忠, 胡慧璇, 王文娟, 費華 申請人:武漢銳科光纖激光器技術(shù)有限責任公司