專利名稱：高功率半導體激光偏振合束傳導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體激光偏振合束傳導冷卻光纖耦合模塊，作為一
種實用光學部件，能夠穩(wěn)定、方便地以光纖輸出的方式提供高功率半導體激光，屬于半導體 激光器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
半導體激光器與光纖耦合可大幅度改善光束質(zhì)量，主要應用于在泵浦(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、夜視和制導等領(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。由于單管半導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雜的準直、整形微光學系統(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到較高水平。同時，由于在厘米條激光 器中多個半導體激光器密集排列，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體激光偏振合束傳導冷卻光纖耦合模塊。 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，半導體激光器3安裝在過渡熱沉4上，構(gòu)成半導體激光單元， 一個半導體激光單 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體激光器3，所發(fā)射的半導體激光 具有高線偏振度，半波片7將其中一束半導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壓縮后耦合進入輸出光纖8。該方案能夠?qū)崿F(xiàn)10W以上的半導體 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 雜的準直、整形微光學系統(tǒng)，但仍能提高小芯徑光纖耦合半導體激光器的輸出光功率密度。 兩只半導體激光器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體激光器光束準直結(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。半導體激光器3安裝在過渡熱沉4上，構(gòu)成半 導體激光單元，過渡熱沉4采用金屬材料制作，如鋁、銅等。半導體激光器3采用C-M0UNT封 裝單管半導體激光器。由于半導體激光束的快軸發(fā)散角較大，在40 60。范圍內(nèi)，需要準 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封裝單管半導體激光器熱沉上，準直效率達到98%以上。在半導體激光器3管殼 與過渡熱沉4之間填充有相熱變材料，進一步減小熱阻。采用熱應力釋放能力強的軟焊料 (10 20 ii m厚)將單面金屬化的高導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熱接觸的同時，實現(xiàn)二者電絕緣。 一個半導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體激光偏振合束傳導冷卻光纖耦合模塊，其特征在于，彎板式基座由水平基板(1)和垂直基板(2)組成，半導體激光器(3)安裝在過渡熱沉(4)上，構(gòu)成半導體激光單元，一個半導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所述的高功率半導體激光偏振合束傳導冷卻光纖耦合模塊，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所述的高功率半導體激光偏振合束傳導冷卻光纖耦合模塊，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所述的高功率半導體激光偏振合束傳導冷卻光纖耦合模塊，其特征 在于，半導體激光器(3)采用C-MOUNT封裝單管半導體激光器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率半導體激光偏振合束傳導冷卻光纖耦合模塊，其特征 在于，在半導體激光器(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所述的高功率半導體激光偏振合束傳導冷卻光纖耦合模塊，其特征 在于，在過渡熱沉(4)底部燒接有高導熱陶瓷片。
專利摘要高功率半導體激光偏振合束傳導冷卻光纖耦合模塊屬于半導體激光器技術(shù)領(lǐng)域。現(xiàn)有厘米條激光器結(jié)構(gòu)復雜，調(diào)整、定位工藝難度較大，耦合效率低。多個半導體激光器密集排列，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，半導體激光器安裝在過渡熱沉上，構(gòu)成半導體激光單元，一個半導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。主要應用于在泵浦、塑料材料焊接、醫(yī)療、打標、夜視和制導等領(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)有限責任公司