专利名称：光纤放大器种子源模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤放大器种子源模块，特别适用于基于种子光源主振荡功率放 大(M0PA)方式光纤放大器的种子激光光源。
背景技术：
高光束质量、高功率的脉冲激光器在工业加工、精细雕刻、战场干扰、目标指示、激 光测距等军民两用方面有着广阔和重要的应用前景。考虑到激光器的应用环境，要求输出 功率高的同时，做到体积小、寿命长、光束质量好、电光效率高。器件设计和加工时存在的主 要问题是难以兼顾高功率、窄脉冲和高重复频率等多项性能指标。 基于种子光源主振荡功率放大(M0PA)方式的光纤脉冲激光器，可获得较高脉冲 能量和较高平均功率的激光输出，其具有斜率效率高、输出脉冲特性可通过种子光源控制 等优点。选择一定重复频率和脉冲宽度的种子光源作为主振荡器，通过功率放大可获得高 能量脉冲激光输出。注入锁定技术是获得高质量、高功率激光输出的一种简单有效的方法， 可以有效地控制激光的时间特性、空间特性和方向性等。在主振荡功率放大技术中，由于种 子光源的特性决定了最终输出光束的特性，因此一个性能稳定、光束质量好、成本低的脉冲 种子激光光源模块是非常重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光纤放大器种子源模块，它能将半导体激光器输出的
连续激光转换成窄脉宽的脉冲激光序列，脉冲宽度和重复频率可以自由地改变。该模块输
出激光性能稳定，光束质量好，结构紧凑，使用方便，容易实现与光纤放大器的耦合连接。 为实现上述目的，本发明提供一种光纤放大器种子源模块，包括 —激光器封装盒，为空心矩形，在其底面开有多个螺孔，在矩形长方向的两个端面
分别开有用于固定其他部件的孔洞； —盒盖，盖合于激光器封装盒的开口处； —光纤输出半导体激光器，为矩形盒状，其沿长度方向的一侧面内有两个电极，用 于接入电源，在同一面内有一尾纤连接端； —泵浦耦合系统，为圆柱体，内部装有耦合透镜组；圆柱体的一端沿柱体的中心有 一尾纤连接端，用于连接光纤输出半导体激光器的尾纤连接端；该泵浦耦合系统固定在激 光器封装盒端面的孔洞内； —热沉，为矩形体，该热沉包括上端部与下端部，在该上下端部相对的端面中心分 别开有一个V形凹槽，两个V形凹槽拼合成一个正方形凹槽，该正方形凹槽用于放置激光晶 体；在下端部与V形凹槽垂直方向的中部开有一个贯通的螺孔，用于连接水管；该热沉固定 在激光器封装盒内的底部靠近泵浦耦合系统的一侧； —声光调Q开关，为矩形体，该声光调Q开关固定在一热沉上，该热沉固定在激光 器封装盒内底部的中间；该热沉的侧面中部开有贯通的螺孔，用于连接水管；该声光调Q开关的中部开有贯通的槽口 ，为通光孔径； —调谐架，该调谐架为一 L型，在调谐架上分别安装有调谐旋钮，在该调谐架的一 侧固定有一镜片架；该调谐架固定在激光器封装盒内底部，靠近声光调Q开关的另一侧；
—光纤耦合器，为椭圆盘状，在其中心有一圆孔，圆孔上安装一耦合透镜，在耦合 透镜的外侧安装一调整盘，该调整盘的中心固定一光纤连接端，该光纤耦合器固定在激光 器封装盒另一端面的孔洞内。 其中激光器封装盒一端的侧壁上安装有两个水管转接部，通过水管与贯通的螺孔 连接。 其中热沉的上端部与下端部采用红铜材料制成。 其中声光调Q开关下面的热沉采用红铜材料制成。 其中激光器封装盒、调谐架采用铝合金材料制成。 其中激光器封装盒、调谐架的表面采用阳极氧化发黑处理。
以下通过结合附图对具体实施例的详细描述，进一步说明本发明的结构、特点和 技术内容，其中 图1为本发明光纤放大器种子源模块中光纤输出半导体激光器的结构示意图。
图2为本发明模块中泵浦耦合系统的结构示意图。 图3为本发明模块中热沉的结构示意图。 图4为本发明模块中声光调Q开关的结构示意图。 图5为本发明模块中调谐架的结构示意图。 图6为本发明模块中光纤耦合器的结构示意图。 图7为本发明模块中激光器封装盒的结构示意图。 图8为本发明模块的整体装配和封装方法。
具体实施例方式
请参阅图8，结合参阅图1-图7所示，本发明提供一种光纤放大器种子源模块，包 括 —激光器封装盒7 (参阅图7)，为空心矩形，在其底部和两个端面分别开有多个螺 孔和孔洞，用于安放各部件，包括泵浦耦合系统2、热沉3、声光调Q开关4、调谐架5、光纤耦 合器6。其中激光器封装盒底7—端侧壁上有开孔724用于安装泵浦耦合系统2 ;在同一平 面内，在开孔724两侧开有两个螺孔725，用于安装水管转接部81 、82，通过水管与贯通的螺 孔321 、421连接；激光器封装盒7内的底部开有对称的螺孔726，用于安装热沉3，螺孔727 用于安装声光调Q开关4，螺孔728用于安装调谐架5。另一端侧壁上开有螺孔729用于安 装光纤耦合器6。激光器封装盒7在两端的边缘处开有固定螺孔723，用于整个模块的固定。 该激光器封装盒7采用铝合金材料制成，其表面采用阳极氧化发黑处理。
上述的激光器封装盒7底部的螺孔726、727、728分别要与热沉3下端部中的螺孔 322，声光调Q开关4热沉42中的螺孔422，调谐架5中的螺孔523对应；激光器封装盒7 的两端侧壁分别开有螺孔724、729分别与泵浦耦合系统2中的圆柱体23，光纤耦合器6对应。 —盒盖71，盖合于激光器封装盒7的开口处，通过靠近四个边缘位置的螺孔711、 712，与激光器封装盒7四个侧壁上的螺孔721、722对应。 —光纤输出半导体激光器l(参阅图l)，为矩形盒状，其沿长度方向的一侧面内有 两个电极ll，用于接入电源，控制连续激光器输入的电流和电压信号；在同一面内有一尾 纤连接端12输出半导体激光器产生的激光，作为种子源的泵浦光源。尾纤输出式激光可以 改善半导体激光器的泵浦光束质量，便于得到高光束质量激光输出。在边沿处有固定螺孔 13。 —泵浦耦合系统2 (参阅图2)，为圆柱体，内部装有耦合透镜组，耦合泵浦光到激 光器中，聚焦到激光增益介质上，提高泵浦效率；圆柱体23的一端沿柱体的中心有一尾纤 连接端22，用于连接光纤输出半导体激光器1的尾纤连接端12，导入光纤中的光信号；该泵 浦耦合系统2固定在激光器封装盒7端面的孔洞724内(参阅图8);
—热沉3 (参阅图3)，为矩形体，该热沉3包括上端部31与下端部32，在该上下端 部31、32相对的端面中心分别开有一个V形凹槽，两个V形凹槽拼合成一个正方形凹槽33， 该正方形凹槽33用于放置激光晶体，产生所需波长的激光，激光晶体的一个端面镀高反射 介质膜，作为谐振腔面。激光晶体的侧面包铟箔，既保护晶体，又便于光路调整和安装。在 V形凹槽的顶点处，开有小圆槽，可以避免因安装或工作时产生的应力导致晶体受力不均而 破裂。在下端部32与V形凹槽垂直方向的中部开有一个贯通的螺孔321，用于连接水管传 导激光晶体产生的热量，保证正常工作。该热沉3的上下端部31、32通过螺孔311装配和 固定。该热沉3的下端部32通过螺孔322装配和固定在激光器封装盒7内的底部靠近泵 浦耦合系统2的一侧(参阅图8)。所述热沉3的上端部31与下端部32采用红铜材料制 成。 —声光调Q开关4 (参阅图4)，为矩形体，声光调Q开关4放置在激光器谐振腔内， 通过声光衍射效应，实现连续激光到脉冲激光的转换。声光调Q开关通过驱动电源控制，可 以调节脉冲重复频率、脉冲宽度等参数。该声光调Q开关4的中部开有贯通的槽口 43，为 通光孔径。该声光调Q开关4固定在一热沉42上，该热沉42通过固定螺孔422固定在激 光器封装盒7内底部的中间(参阅图8);声光调Q开关41与热沉42通过螺孔411连接固 定。该热沉42的侧面中部开有贯通的螺孔421，用于连接水管，传导声光调Q开关41产生 的热量，保证正常工作。所述声光调Q开关4下面的热沉42采用红铜材料制成。
—调谐架5 (参阅图5)，该调谐架5为一 L型，在该调谐架5的一侧固定有一镜片架 51 ，在其靠近一个直角的位置，开有圆孔53，用于放置激光器谐振腔镜。该镜片为平面镜，可 以与晶体的高反射面构成谐振腔，实现激光的选模和正反馈作用。此外该谐振腔镜具有一 定的透过率，也是激光的输出面。镜片架51的另外三个直角处分别开有三个小圆孔，中间 装有连接管，与调谐架5上的三个调谐旋钮521配合。调谐架5两臂长度相同，转角处的调 谐旋钮521用于实现谐振腔镜片距离的调节，两臂端上的两个调谐旋钮521用来实现谐振 腔镜的旋转角度和俯仰角度的调节。三个调谐旋钮521也起到了支撑谐振腔镜的作用。该 调谐架5通过螺孔523固定在激光器封装盒7内底部，靠近声光调Q开关4的另一侧(参 阅图8)。该调谐架5采用铝合金材料制成，表面采用阳极氧化发黑处理。
—光纤耦合器6 (参阅图6)，为椭圆盘状，在其中心有一圆孔，圆孔上安装一耦合透镜，将激光器产生的激光耦合进光纤连接端61中，实现尾纤式种子激光输出，便于实现 与光纤放大器的连接。在耦合透镜的外侧安装一调整盘62，该调整盘62通过调节螺丝621 可以调节光纤的角度，使得输出激光与光纤纤芯尽可能的对准，提高激光的耦合效率。该调 整盘62的中心固定一光纤连接端61，该光纤耦合器6通过螺孔641固定在激光器封装盒7 另一端面的孔洞729内(参阅图8)。 如图8所示，首先将激光器封装盒7放到一个平台上，沿中心通光孔方向，在模块 外面放置氦氖激光器，通过氦氖激光器调节使得光路准直。当激光器的光路方向与氦氖激 光器的光路方向一致时，通过激光器封装盒7中的螺孔723固定底座。组合热沉3，声光调Q 开关4，调谐架5。将热沉3通过螺孔322固定到封装盒底面的螺孔726，并保证晶体在光路 中心，两个前后表面的反射光斑重合。然后引入调谐架5，采用同样方法进行光路准直。将 泵浦耦合系统2通过螺孔724进行安装，使得泵浦光聚焦在激光晶体中心。此时在输出端 有连续激光输出。在谐振腔内加入声光调Q开关4，并通过驱动电源设置脉冲调制频率和脉 宽。在激光器封装盒7另一端面安装光纤耦合器6。然后对激光器的各项性能指标进行检 测，包括波长、重复频率、脉冲宽度、平均功率、峰值功率、效率、光斑尺寸、光束质量因子等， 在符合要求的情况下，将盒盖71的螺孔711、712与激光器封装盒7中的721、722用螺丝固 定，完成整个模块的封装。 在所述的光纤放大器种子源模块中，所有部件都是通过螺丝固定(或粘接固定)， 安全可靠；且热沉采用红铜材料制成，导热性能好，保证了模块工作的稳定性；封装材料采 用表面氧化处理的铝合金材料，结实耐用。模块整体结构紧凑，体积小，使用方便。现已参照 附图对本发明的实施方式进行了说明，应该理解本发明并不局限于这一具体结构激光器， 对于本领域技术人员来说，其各种变化和改进都不脱离由权利要求书所限定的保护范围。
权利要求
一种光纤放大器种子源模块，包括一激光器封装盒，为空心矩形，在其底面开有多个螺孔，在矩形长方向的两个端面分别开有用于固定其他部件的孔洞；一盒盖，盖合于激光器封装盒的开口处；一光纤输出半导体激光器，为矩形盒状，其沿长度方向的一侧面内有两个电极，用于接入电源，在同一面内有一尾纤连接端；一泵浦耦合系统，为圆柱体，内部装有耦合透镜组；圆柱体的一端沿柱体的中心有一尾纤连接端，用于连接光纤输出半导体激光器的尾纤连接端；该泵浦耦合系统固定在激光器封装盒端面的孔洞内；一热沉，为矩形体，该热沉包括上端部与下端部，在该上下端部相对的端面中心分别开有一个V形凹槽，两个V形凹槽拼合成一个正方形凹槽，该正方形凹槽用于放置激光晶体；在下端部与V形凹槽垂直方向的中部开有一个贯通的螺孔，用于连接水管；该热沉固定在激光器封装盒内的底部靠近泵浦耦合系统的一侧；一声光调Q开关，为矩形体，该声光调Q开关固定在一热沉上，该热沉固定在激光器封装盒内底部的中间；该热沉的侧面中部开有贯通的螺孔，用于连接水管；该声光调Q开关的中部开有贯通的槽口，为通光孔径；一调谐架，该调谐架为一L型，在调谐架上分别安装有调谐旋钮，在该调谐架的一侧固定有一镜片架；该调谐架固定在激光器封装盒内底部，靠近声光调Q开关的另一侧；一光纤耦合器，为椭圆盘状，在其中心有一圆孔，圆孔上安装一耦合透镜，在耦合透镜的外侧安装一调整盘，该调整盘的中心固定一光纤连接端，该光纤耦合器固定在激光器封装盒另一端面的孔洞内。
2. 根据权利要求1所述的光纤放大器种子源模块，其中激光器封装盒一端的侧壁上安 装有两个水管转接部，通过水管与贯通的螺孔连接。
3. 根据权利要求1所述的光纤放大器种子源模块，其中热沉的上端部与下端部采用红 铜材料制成。
4. 根据权利要求1所述的光纤放大器种子源模块，其中声光调Q开关下面的热沉采用 红铜材料制成。
5. 根据权利要求1所述的光纤放大器种子源模块，其中激光器封装盒、调谐架采用铝 合金材料制成。
6. 根据权利要求1或5所述的光纤放大器种子源模块，其中激光器封装盒、调谐架的表 面采用阳极氧化发黑处理。
全文摘要
一种光纤放大器种子源模块，包括一激光器封装盒，一盒盖，盖合于激光器封装盒的开口处；一光纤输出半导体激光器，沿长度方向的一侧面内有两个电极，用于接入电源；一泵浦耦合系统，为圆柱体，该泵浦耦合系统固定在激光器封装盒端面的孔洞内；一热沉，为矩形体，该热沉固定在激光器封装盒内的底部靠近泵浦耦合系统的一侧；一声光调Q开关，为矩形体，该声光调Q开关固定在一热沉上，该热沉固定在激光器封装盒内底部的中间；一调谐架，该调谐架为一L型，该调谐架固定在激光器封装盒内底部，靠近声光调Q开关的另一侧；一光纤耦合器，为椭圆盘状，该光纤耦合器固定在激光器封装盒另一端面的孔洞内。
文档编号H01S3/067GK101783478SQ20101010676
公开日2010年7月21日 申请日期2010年2月3日 优先权日2010年2月3日
发明者刘素平, 朱晶, 李全宁, 熊聪, 马骁宇 申请人:中国科学院半导体研究所