專利名稱：高功率半導(dǎo)體激光偏振合束傳導(dǎo)冷卻光纖耦合模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高功率半導(dǎo)體激光偏振合束傳導(dǎo)冷卻光纖耦合模塊，作為一
種實用光學(xué)部件，能夠穩(wěn)定、方便地以光纖輸出的方式提供高功率半導(dǎo)體激光，屬于半導(dǎo)體 激光器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器與光纖耦合可大幅度改善光束質(zhì)量，主要應(yīng)用于在泵浦(固體激 光、光纖激光和光纖放大器)、塑料材料焊接、醫(yī)療、打標(biāo)、夜視和制導(dǎo)等領(lǐng)域，而且，光纖芯 徑更小、激光輸出功率更大是這些領(lǐng)域的研究目標(biāo)。由于單管半導(dǎo)體激光器輸出功率較小， 所以現(xiàn)有10W以上光纖耦合高功率半導(dǎo)體激光器通常屬于厘米條激光器。而在厘米條激光 器中，激光束與光纖耦合時需要使用復(fù)雜的準(zhǔn)直、整形微光學(xué)系統(tǒng)，耦合中調(diào)整、定位工藝 難度較大，致使耦合入單根小芯徑光纖的效率很難達(dá)到較高水平。同時，由于在厘米條激光 器中多個半導(dǎo)體激光器密集排列，熱源非常集中，使得散熱壓力較大，所采用的微通道水冷 散熱方式給實際應(yīng)用帶來諸多不便。 偏振分束器(polarization beam splitters,PBS)能將非偏振光分成兩束正交的 線偏振光。另外，半導(dǎo)體激光具有線偏振度高的特性。

實用新型內(nèi)容為了獲得一種光纖耦合半導(dǎo)體激光器，并且具有高功率輸出，結(jié)構(gòu)簡單，裝配簡 便，工作穩(wěn)定，我們設(shè)計了一種高功率半導(dǎo)體激光偏振合束傳導(dǎo)冷卻光纖耦合模塊。 本實用新型其結(jié)構(gòu)是這樣的，見圖1、圖2所示，彎板式基座由水平基板1和垂直基 板2組成，半導(dǎo)體激光器3安裝在過渡熱沉4上，構(gòu)成半導(dǎo)體激光單元， 一個半導(dǎo)體激光單 元以及偏振分束棱鏡5、聚焦透鏡6在橫光軸上依次排列并安裝在水平基板1上，另一個半 導(dǎo)體激光單元與半波片7在縱光軸上依次排列并安裝于水平基板1上，兩光軸垂直且相交 于偏振分束棱鏡5，位于橫光軸上與聚焦透鏡6相對的輸出光纖8安裝在垂直基板2上。 上述方案的技術(shù)效果在于，使用兩只相同的半導(dǎo)體激光器3，所發(fā)射的半導(dǎo)體激光 具有高線偏振度，半波片7將其中一束半導(dǎo)體激光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90° ，這樣就形成了兩 束偏振方向正交的光束，利用偏振分束器的逆光路，通過偏振分束棱鏡5將兩束光合成為 一束，之后經(jīng)聚焦透鏡6壓縮后耦合進(jìn)入輸出光纖8。該方案能夠?qū)崿F(xiàn)10W以上的半導(dǎo)體 激光輸出。按照本實用新型之設(shè)計，在制造、安裝過程中，由于彎板式基座的使用，完全可以 精確預(yù)定每一個零件的位置，從而使得裝配變得十分簡單。與現(xiàn)有厘米條技術(shù)相比，沒有復(fù) 雜的準(zhǔn)直、整形微光學(xué)系統(tǒng)，但仍能提高小芯徑光纖耦合半導(dǎo)體激光器的輸出光功率密度。 兩只半導(dǎo)體激光器3分散排布以及過渡熱沉4的使用，使得冷卻系統(tǒng)大為簡化，并且，過渡 熱沉4與半導(dǎo)體激光器3自身熱沉、彎板式基座共同起著散熱作用，完全能夠?qū)崿F(xiàn)良好散 熱，有利于提高裝置的壽命、可靠性和最大可用功率，同時有助于降低裝配難度，提高量產(chǎn) 能力。采用芯徑200i！ m、數(shù)值孔徑0. 22的輸出光纖8，該裝置總的耦合效率高于85%。
圖l是本實用新型結(jié)構(gòu)主視示意圖。圖2是本實用新型結(jié)構(gòu)俯視示意圖，該圖兼 作為摘要附圖。圖3是本實用新型所采用的半導(dǎo)體激光器光束準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本 實用新型結(jié)構(gòu)立體示意圖。
具體實施方式本實用新型其具體結(jié)構(gòu)是這樣的，見圖1 4所示，彎板式基座由水平基板1和垂 直基板2組成，由金屬材料制作，如鋁、銅等。半導(dǎo)體激光器3安裝在過渡熱沉4上，構(gòu)成半 導(dǎo)體激光單元，過渡熱沉4采用金屬材料制作，如鋁、銅等。半導(dǎo)體激光器3采用C-M0UNT封 裝單管半導(dǎo)體激光器。由于半導(dǎo)體激光束的快軸發(fā)散角較大，在40 60。范圍內(nèi)，需要準(zhǔn) 直后方能與輸出光纖8良好耦合。因此，采用表面均勻鍍制激光增透膜、直徑100 200ym 的光纖圓柱透鏡9準(zhǔn)直快軸光束，光纖圓柱透鏡9橫置在管芯10前，用紫外膠將其固定在 C-MOUNT封裝單管半導(dǎo)體激光器熱沉上，準(zhǔn)直效率達(dá)到98%以上。在半導(dǎo)體激光器3管殼 與過渡熱沉4之間填充有相熱變材料，進(jìn)一步減小熱阻。采用熱應(yīng)力釋放能力強的軟焊料 (10 20 ii m厚)將單面金屬化的高導(dǎo)熱陶瓷片如氮化鋁陶瓷燒接在過渡熱沉4底部，在保 證與彎板式基座有效導(dǎo)熱接觸的同時，實現(xiàn)二者電絕緣。 一個半導(dǎo)體激光單元以及偏振分 束棱鏡5、聚焦透鏡6在橫光軸上依次排列并安裝在水平基板1上。聚焦透鏡6裝配在透鏡 架11中，再一同安裝在水平基板1上。另一個半導(dǎo)體激光單元與半波片7在縱光軸上依次 排列并安裝于水平基板1上，兩光軸垂直且相交于偏振分束棱鏡5，位于橫光軸上與聚焦透 鏡6相對的輸出光纖8安裝在垂直基板2上。
權(quán)利要求一種高功率半導(dǎo)體激光偏振合束傳導(dǎo)冷卻光纖耦合模塊，其特征在于，彎板式基座由水平基板(1)和垂直基板(2)組成，半導(dǎo)體激光器(3)安裝在過渡熱沉(4)上，構(gòu)成半導(dǎo)體激光單元，一個半導(dǎo)體激光單元以及偏振分束棱鏡(5)、聚焦透鏡(6)在橫光軸上依次排列并安裝在水平基板(1)上，另一個半導(dǎo)體激光單元與半波片(7)在縱光軸上依次排列并安裝于水平基板(1)上，兩光軸垂直且相交于偏振分束棱鏡(5)，位于橫光軸上與聚焦透鏡(6)相對的輸出光纖(8)安裝在垂直基板(2)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率半導(dǎo)體激光偏振合束傳導(dǎo)冷卻光纖耦合模塊，其特征 在于，彎板式基座由金屬材料制作，包括鋁或者銅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率半導(dǎo)體激光偏振合束傳導(dǎo)冷卻光纖耦合模塊，其特征 在于，過渡熱沉(4)采用金屬材料制作，包括鋁或者銅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率半導(dǎo)體激光偏振合束傳導(dǎo)冷卻光纖耦合模塊，其特征 在于，半導(dǎo)體激光器(3)采用C-MOUNT封裝單管半導(dǎo)體激光器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率半導(dǎo)體激光偏振合束傳導(dǎo)冷卻光纖耦合模塊，其特征 在于，在半導(dǎo)體激光器(3)管殼與過渡熱沉(4)之間填充有相熱變材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率半導(dǎo)體激光偏振合束傳導(dǎo)冷卻光纖耦合模塊，其特征 在于，在過渡熱沉(4)底部燒接有高導(dǎo)熱陶瓷片。
專利摘要高功率半導(dǎo)體激光偏振合束傳導(dǎo)冷卻光纖耦合模塊屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有厘米條激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整、定位工藝難度較大，耦合效率低。多個半導(dǎo)體激光器密集排列，熱源集中，散熱壓力大，其水冷散熱方式給實際使用帶來不便。本實用新型結(jié)構(gòu)為，彎板式基座由水平基板和垂直基板組成，半導(dǎo)體激光器安裝在過渡熱沉上，構(gòu)成半導(dǎo)體激光單元，一個半導(dǎo)體激光單元以及偏振分束棱鏡、聚焦透鏡在橫光軸上依次排列并安裝在水平基板上，另一個半導(dǎo)體激光單元與半波片在縱光軸上依次排列并安裝于水平基板上，兩光軸垂直且相交于偏振分束棱鏡，位于橫光軸上與聚焦透鏡相對的輸出光纖安裝在垂直基板上。主要應(yīng)用于在泵浦、塑料材料焊接、醫(yī)療、打標(biāo)、夜視和制導(dǎo)等領(lǐng)域。
文檔編號H01S5/02GK201466466SQ200920094189
公開日2010年5月12日 申請日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月17日
發(fā)明者徐東昕, 李娜, 王興彥, 馬繼紅 申請人:長春師凱科技產(chǎn)業(yè)有限責(zé)任公司