一种大功率半导体多单管耦合激光器装置的制作方法

本发明涉及一种大功率半导体激光器领域，特别涉及一种可实现光束在快轴方向叠加的、散热效果好、不需要阶梯热忱、制作成本低、重量轻的大功率半导体多单管耦合激光器装置。

背景技术：

半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高等众多优点，广泛应用于工业、军事、医疗等领域。并且单管cos相对于半导体激光巴条来说具有功率稳定、寿命长、价格便宜等优点，常用于半导体光纤耦合模块中。随着半导体激光应用越来越广泛，对半导体功率要求也越来越高，多半导体单管的光纤耦合也就应运而生，国内多单管耦合进光纤获得高功率输出的技术日趋成熟。多单管耦合技术一般采用的是阶梯结构，将单管在快轴方向按照不同高度放置，经快轴准直、慢轴准直、反射镜等实现空间合束，最后经聚焦透镜聚焦耦合进入光纤。这种阶梯结构需要在底板上加工高精度的阶梯差，加工难度大、制作成本高，且每个半导体激光二极管cos要焊接到台阶面上，为保证良好的散热，对台阶面的平整度要求很高，在实际应用中，通常很难达到要求散热所需的平整度要求，散热性能差。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有阶梯热忱散热不良、加工精度难以保证、制作成本高的问题，提供了一种大功率半导体多单管耦合激光器装置，其采用多个半导体激光二极管cos、即单管直接焊接在平面底板热忱上，只倾斜慢轴准直镜sac的方案，可实现各光束的高度差，相对于阶梯热忱实现高度差来说，精度更易保证，制作容易。而且可以适当增加单管的数量，实现大功率的耦合输出，具有体积小，重量轻、耗材少、散热好等优点。

为了实现上述目的，采取了以下技术方案：

一种大功率半导体多单管耦合激光器装置，包括底板热忱、多个半导体激光二极管cos、多个快轴准直镜fac、多个慢轴准直镜sac、多个45°反射镜、非球面聚焦透镜、光纤，所述的快轴准直镜fac直接粘接在所述的半导体激光二极管cos的两端、磨有不同角度的所述的慢轴准直镜sac直接粘接在所述的底板热忱上，所述的多个慢轴准直镜sac都绕x轴倾斜一定的角度，且各倾斜角度不同，以实现准直后光斑沿快轴方向(y方向)的高度差。

所述的多个半导体激光二极管cos直接焊接在所述的平面底板热忱上。

优选的，所述的底板材料具有热导率高的特性，例如铜材料。

优选的，大功率半导体多单管耦合激光器装置还包含多个焊片，所述的多个焊片固定在所述的底板热忱上，每个所述的半导体激光二极管cos安装在一个所述的焊片上，通过加热方式焊接到所述的底板热忱上。

优选的，所述的焊片由热导率高的材料制成。

所述的45°反射镜与准直后光束呈45°放置，实现光路的90度折转，且各所述的45°反射镜高度不同，实现准直后光斑在快轴方向(y方向)的叠加。

所述的大功率半导体多单管耦合激光器装置，其工作过程包含如下步骤：

焊接在所述底板热忱上的所述半导体激光二极管cos发出多条相同高度的光，光经过所述的快轴准直镜fac的准直后，快轴方向(y方向)准直成近似平行光，且分布在一个平面上；

经过所述快轴准直镜fac后的光到达相应的不同角度倾斜放置的所述慢轴准直镜sac上，各光束在慢轴方向(x方向)准直成平行光，由于各所述的慢轴准直镜sac倾斜角度不同，会在快轴方向(y方向)出现一个高度差，只要倾斜角度设计合适，可以保证各光斑之间的高度差相同，使经过不同角度倾斜放置的所述慢轴准直镜sac后的光束形成具有高度差的平行光束；

平行光束经相对应的45°放置的所述45°反射镜的反射后，实现光路的90°折转，且各所述的45°反射镜高度不同，实现光斑在快轴方向(y方向)的叠加，叠加后的光束经所述的非球面聚焦透镜的聚焦后，耦合进入所述的光纤。

与现有技术相比，具有以下优点：

采用多个半导体激光二极管cos直接焊接在平面底板热忱上，只倾斜慢轴准直镜sac的方案，可实现各光束的在快轴方向的高度差，相对于阶梯热忱实现高度差来说，精度更易保证，加工容易，且具有体积小，重量轻、耗材少、散热好等优点，并且可以适当增加单管的数量，实现更大功率的耦合输出。

附图说明

图1是本发明所述的大功率半导体多单管耦合激光器装置结构示意图。

图2是所述的慢轴准直镜sac结构示意图。

图3是光束经过所述慢轴准直镜sac后光束传播示意图。

图4是光束经45°反射镜合束后在快轴方向光斑叠加示意图。

具体实施方式

下面结合附图1至附图4作进一步说明：

如图1所示，本发明提出的大功率半导体多单管耦合激光器装置包括底板热忱1、多个半导体激光二极管cos2，3，4，5、多个快轴准直镜fac6、多个慢轴准直镜sac7、多个45°反射镜8、非球面聚焦透镜9、带端冒光纤10。

半导体激光二极管cos2，3，4，5通过焊片焊接到平面底板热忱1上，各单管发出多条高度相同的光，光经过快轴准直镜fac6的准直后，快轴方向(y方向)准直成近似平行光，并且分布在一个平面上。

所述的多个慢轴准直镜sac7都绕x轴倾斜一定的角度，并且各倾斜角度不同，经过快轴准直镜fac6后的光到达相应的不同角度倾斜放置的慢轴准直镜sac7上，各光束在慢轴方向(x方向)准直成平行光，并且由于各慢轴准直镜sac7倾斜角度不同，会在快轴方向(y方向)出现一个高度差，只要倾斜角度设计合适，可以保证各光斑之间的高度差相同，使经过不同角度倾斜放置的慢轴准直镜sac7后的光束形成具有高度差的平行光束。

所述的45°反射镜8与准直后光束呈45°放置，各平行光经相对应的45°反射镜8的反射后，实现光路的90度折转，且各45°反射镜8高度不同，可实现准直后光斑在快轴方向(y方向)的叠加，叠加后的光束经非球面聚焦透镜9的聚焦后，耦合进入光纤10。

相对于传统的用阶梯热忱实现高度差来说，此种结构对加工件精度要求低、可降低制造难度，减少元器件，且结构简单，重量轻，可实现大功率激光的耦合，半导体激光二极管cos2，3，4，5直接焊接在平面底板热忱1上，可实现良好散热。

如图2为带有一定倾斜角度的慢轴准直镜sac7结构示意图，慢轴准直镜sac7曲面部分使光束慢轴方向(x方向)得到准直，慢轴准直镜sac7有相同的厚度，但各自倾斜角度不同，对应相应的半导体激光二极管cos2，3，4，5，慢轴准直镜sac7沿x轴逆时针角度依次增大，各半导体激光二极管cos2，3，4，5对应的光相对于慢轴准直镜sac7来说具有不同的入射角度，从而使每个光束经过慢轴准直镜sac7后，光束慢轴方向(x方向)发散角被压缩，但由于慢轴准直镜sac7对于快轴方向(y方向)的光束来说只相当于平行平板的作用，且各半导体激光二极管cos2，3，4，5发出的光是相互平行的，经不同倾斜角的慢轴准直镜sac7后，出射光束相互平行，只是在快轴方向(y方向)上具有了不同的高度，通过适当设计慢轴准直镜sac7的倾斜角度，可以保证相邻光束产生相同的高度差。光束经带有倾斜角度的慢轴准直镜sac7之后，产生一个上下平行的偏移量δz，如图3所示，图3是光束经过所述慢轴准直镜sac7后光束传播示意图，光束经慢轴准直镜sac7后产生偏移量，由于慢轴准直镜sac7的倾斜角度不同，各光束经慢轴准直镜sac7后产生高度差δz：

式中，d为慢轴准直镜sac7的厚度，此设计中d为一定值；

α为慢轴准直镜sac7的倾斜角度，是个变值；

n为慢轴准直镜sac7的折射率。

具体推导过程，

s＝dcos(90°-α)＝dsinα

m＝s/cosβ

sin(90°-α)＝nsinβ

δz＝msin(90°-α-β)＝scos(α+β)＝dsinαcos(α+β)

图4是光束经45°反射镜8合束后在快轴方向(y方向)光斑叠加示意图。通过改变慢轴准直镜sac7的倾斜角度，使经过慢轴准直镜sac7的光束产生一个沿快轴方向(y方向)的偏移，从而产生合适的高度差，再通过不同高度放置的45°反射镜8实现沿快轴方向(y方向)的光斑叠加。