专利名称：高功率半导体激光偏振合束传导冷却光纤耦合模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高功率半导体激光偏振合束传导冷却光纤耦合模块，作为一
种实用光学部件，能够稳定、方便地以光纤输出的方式提供高功率半导体激光，属于半导体 激光器技术领域。
背景技术：
半导体激光器与光纤耦合可大幅度改善光束质量，主要应用于在泵浦(固体激 光、光纤激光和光纤放大器)、塑料材料焊接、医疗、打标、夜视和制导等领域，而且，光纤芯 径更小、激光输出功率更大是这些领域的研究目标。由于单管半导体激光器输出功率较小， 所以现有10W以上光纤耦合高功率半导体激光器通常属于厘米条激光器。而在厘米条激光 器中，激光束与光纤耦合时需要使用复杂的准直、整形微光学系统，耦合中调整、定位工艺 难度较大，致使耦合入单根小芯径光纤的效率很难达到较高水平。同时，由于在厘米条激光 器中多个半导体激光器密集排列，热源非常集中，使得散热压力较大，所采用的微通道水冷 散热方式给实际应用带来诸多不便。 偏振分束器(polarization beam splitters,PBS)能将非偏振光分成两束正交的 线偏振光。另外，半导体激光具有线偏振度高的特性。
实用新型内容为了获得一种光纤耦合半导体激光器，并且具有高功率输出，结构简单，装配简 便，工作稳定，我们设计了一种高功率半导体激光偏振合束传导冷却光纤耦合模块。 本实用新型其结构是这样的，见图1、图2所示，弯板式基座由水平基板1和垂直基 板2组成，半导体激光器3安装在过渡热沉4上，构成半导体激光单元， 一个半导体激光单 元以及偏振分束棱镜5、聚焦透镜6在横光轴上依次排列并安装在水平基板1上，另一个半 导体激光单元与半波片7在纵光轴上依次排列并安装于水平基板1上，两光轴垂直且相交 于偏振分束棱镜5，位于横光轴上与聚焦透镜6相对的输出光纤8安装在垂直基板2上。 上述方案的技术效果在于，使用两只相同的半导体激光器3，所发射的半导体激光 具有高线偏振度，半波片7将其中一束半导体激光的偏振方向旋转90° ，这样就形成了两 束偏振方向正交的光束，利用偏振分束器的逆光路，通过偏振分束棱镜5将两束光合成为 一束，之后经聚焦透镜6压縮后耦合进入输出光纤8。该方案能够实现10W以上的半导体 激光输出。按照本实用新型之设计，在制造、安装过程中，由于弯板式基座的使用，完全可以 精确预定每一个零件的位置，从而使得装配变得十分简单。与现有厘米条技术相比，没有复 杂的准直、整形微光学系统，但仍能提高小芯径光纤耦合半导体激光器的输出光功率密度。 两只半导体激光器3分散排布以及过渡热沉4的使用，使得冷却系统大为简化，并且，过渡 热沉4与半导体激光器3自身热沉、弯板式基座共同起着散热作用，完全能够实现良好散 热，有利于提高装置的寿命、可靠性和最大可用功率，同时有助于降低装配难度，提高量产 能力。采用芯径200i！ m、数值孔径0. 22的输出光纤8，该装置总的耦合效率高于85%。
图l是本实用新型结构主视示意图。图2是本实用新型结构俯视示意图，该图兼 作为摘要附图。图3是本实用新型所采用的半导体激光器光束准直结构示意图。图4是本 实用新型结构立体示意图。
具体实施方式本实用新型其具体结构是这样的，见图1 4所示，弯板式基座由水平基板1和垂 直基板2组成，由金属材料制作，如铝、铜等。半导体激光器3安装在过渡热沉4上，构成半 导体激光单元，过渡热沉4采用金属材料制作，如铝、铜等。半导体激光器3采用C-M0UNT封 装单管半导体激光器。由于半导体激光束的快轴发散角较大，在40 60。范围内，需要准 直后方能与输出光纤8良好耦合。因此，采用表面均匀镀制激光增透膜、直径100 200ym 的光纤圆柱透镜9准直快轴光束，光纤圆柱透镜9横置在管芯10前，用紫外胶将其固定在 C-MOUNT封装单管半导体激光器热沉上，准直效率达到98%以上。在半导体激光器3管壳 与过渡热沉4之间填充有相热变材料，进一步减小热阻。采用热应力释放能力强的软焊料 (10 20 ii m厚)将单面金属化的高导热陶瓷片如氮化铝陶瓷烧接在过渡热沉4底部，在保 证与弯板式基座有效导热接触的同时，实现二者电绝缘。 一个半导体激光单元以及偏振分 束棱镜5、聚焦透镜6在横光轴上依次排列并安装在水平基板1上。聚焦透镜6装配在透镜 架11中，再一同安装在水平基板1上。另一个半导体激光单元与半波片7在纵光轴上依次 排列并安装于水平基板1上，两光轴垂直且相交于偏振分束棱镜5，位于横光轴上与聚焦透 镜6相对的输出光纤8安装在垂直基板2上。
权利要求一种高功率半导体激光偏振合束传导冷却光纤耦合模块，其特征在于，弯板式基座由水平基板(1)和垂直基板(2)组成，半导体激光器(3)安装在过渡热沉(4)上，构成半导体激光单元，一个半导体激光单元以及偏振分束棱镜(5)、聚焦透镜(6)在横光轴上依次排列并安装在水平基板(1)上，另一个半导体激光单元与半波片(7)在纵光轴上依次排列并安装于水平基板(1)上，两光轴垂直且相交于偏振分束棱镜(5)，位于横光轴上与聚焦透镜(6)相对的输出光纤(8)安装在垂直基板(2)上。
2. 根据权利要求1所述的高功率半导体激光偏振合束传导冷却光纤耦合模块，其特征 在于，弯板式基座由金属材料制作，包括铝或者铜。
3. 根据权利要求1所述的高功率半导体激光偏振合束传导冷却光纤耦合模块，其特征 在于，过渡热沉(4)采用金属材料制作，包括铝或者铜。
4. 根据权利要求1所述的高功率半导体激光偏振合束传导冷却光纤耦合模块，其特征 在于，半导体激光器(3)采用C-MOUNT封装单管半导体激光器。
5. 根据权利要求1所述的高功率半导体激光偏振合束传导冷却光纤耦合模块，其特征 在于，在半导体激光器(3)管壳与过渡热沉(4)之间填充有相热变材料。
6. 根据权利要求1所述的高功率半导体激光偏振合束传导冷却光纤耦合模块，其特征 在于，在过渡热沉(4)底部烧接有高导热陶瓷片。
专利摘要高功率半导体激光偏振合束传导冷却光纤耦合模块属于半导体激光器技术领域。现有厘米条激光器结构复杂，调整、定位工艺难度较大，耦合效率低。多个半导体激光器密集排列，热源集中，散热压力大，其水冷散热方式给实际使用带来不便。本实用新型结构为，弯板式基座由水平基板和垂直基板组成，半导体激光器安装在过渡热沉上，构成半导体激光单元，一个半导体激光单元以及偏振分束棱镜、聚焦透镜在横光轴上依次排列并安装在水平基板上，另一个半导体激光单元与半波片在纵光轴上依次排列并安装于水平基板上，两光轴垂直且相交于偏振分束棱镜，位于横光轴上与聚焦透镜相对的输出光纤安装在垂直基板上。主要应用于在泵浦、塑料材料焊接、医疗、打标、夜视和制导等领域。
文档编号H01S5/02GK201466466SQ200920094189
公开日2010年5月12日 申请日期2009年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者徐东昕, 李娜, 王兴彦, 马继红 申请人:长春师凯科技产业有限责任公司