一种一体式封装的激光器模块及光纤激光器的制作方法

本申请涉及激光器领域，特别是一种一体式封装的激光器模块及光纤激光器。

背景技术：

1、现有的激光雷达使用的是传统的小型光纤激光器，为实现高峰值功率和高脉冲能量输出，通常采用主振荡功率放大(mopa)结构的光纤激光器，即由脉冲种子源加多级光纤放大组成，包含很多器件模块并由其组装而成。

2、图1是常见的mopa结构光纤激光器的结构示意图，种子源通过外部电路调制驱动产生稳定的光脉冲。输出的较小功率的光脉冲信号经过具有一定耦合比例的耦合器被分成两部分，一部分接入光电探测器(pd)，用于检测脉冲的工作状态，另一部分进入后端的光纤放大器。由于种子光输出功率较小无法实现直接放大，因此在主放大之前加入一级预放大，以保证在进入主放大之前有足够的信号光。预放大部分采用单模掺铒光纤作为增益介质，通过波分复用器将泵浦光耦合进增益介质进行信号光放大。主放大部分采用双包层铒镱共掺光纤作为增益介质，大功率泵浦源通过波长耦合器耦合进入增益介质对预放大的信号光进行二次放大，从而进一步提高信号光能量。种子源、预放大和主放大之间均加入光纤隔离器，防止回返光对前一级系统产生干扰以及对前一级元件造成损坏。整体光学系统采用全光纤链路，各个光纤器件和不同种类光纤之间通过熔接来连接。

3、上述结构分立器件多，组装工艺复杂，整体体积大，而且由于各器件单独封装，成本较高。为此，为了更好地应用于发展迅猛的激光雷达领域，急需提出一种较低的成本、较小的体积、较低的装配难度和/或较高的安全可靠性的高功率的激光器模块及光纤激光器。

技术实现思路

1、鉴于所述问题，提出了本申请以便提供克服所述问题或者至少部分的解决所述问题的一种一体式封装的激光器模块及光纤激光器，包括：

2、一种一体式封装的激光器模块，包括封装外壳、温度调节元件、种子激光器芯片和至少一个泵浦激光器芯片，所述温度调节元件、所述种子激光器芯片和所述泵浦激光器芯片均设于所述封装外壳的内部；

3、所述种子激光器芯片和所述泵浦激光器芯片分别在其发出激光的一侧设有对应的透镜组，并且所述透镜组、所述种子激光器芯片和所述泵浦激光器芯片均设于所述温度调节元件对应的区域。

4、优选地，所述种子激光器芯片和所述泵浦激光器芯片分别与驱动电路连接，所述驱动电路设于所述温度调节元件对应的区域。

5、优选地，所述温度调节元件为热沉或半导体制冷器。

6、一种光纤激光器，包括上述的一体式封装的激光器模块，所述激光器模块包括一个所述泵浦激光器芯片，其中，所述封装外壳外依次连接有第一隔离器、第一耦合器和第一增益介质；

7、当所述种子激光器芯片经其对应的透镜组发出的激光经过所述第一隔离器后，与所述泵浦激光器芯片经其对应的透镜组发出的激光一起进入所述第一耦合器，合光后在所述第一增益介质中进行信号光放大。

8、优选地，所述光纤激光器还包括第二隔离器，所述第二隔离器与所述第一增益介质的输出端连接。

9、优选地，所述第一增益介质为双包层铒镱共掺光纤。

10、一种光纤激光器，包括上述的一体式封装的激光器模块，所述激光器模块包括若干所述泵浦激光器芯片，其中，所述光纤激光器包括主放大模块和至少一个预放大模块，并且所述激光器模块、所述预放大模块和所述主放大模块依次连接，每个所述预放大模块包括依次连接的第三隔离器、波分复用器和第二增益介质；

11、当所述种子激光器芯片经其对应的透镜组发出的激光经过所述第三隔离器后，与第一目标泵浦激光器芯片经其对应的透镜组发出的激光一起进入所述波分复用器，合光后在所述第二增益介质中进行信号光预放大。

12、优选地，所述主放大模块包括依次连接的第四隔离器、第二耦合器和第三增益介质，所述第四隔离器与所述第二增益介质的输出端连接；

13、当预放大后的激光经过所述第四隔离器后，与第二目标泵浦激光器芯片经其对应的透镜组发出的激光一起进入所述第二耦合器，合光后在所述第三增益介质中进行信号光主放大。

14、优选地，所述主放大模块还包括第五隔离器，所述五隔离器与所述第三增益介质的输出端连接。

15、优选地，所述第二增益介质为单模掺铒光纤，所述第三增益介质为双包层铒镱共掺光纤。

16、本申请具有以下优点：

17、在本申请的实施例中，相对于现有技术中激光器组装复杂、体积大和成本高的问题，本申请提供了将激光器的种子源和泵浦源全部集成在同一个壳体内的解决方案，具体为：包括封装外壳、温度调节元件、种子激光器芯片和至少一个泵浦激光器芯片，所述温度调节元件、所述种子激光器芯片和所述泵浦激光器芯片均设于所述封装外壳的内部；所述种子激光器芯片和所述泵浦激光器芯片分别在其发出激光的一侧设有对应的透镜组，并且所述透镜组、所述种子激光器芯片和所述泵浦激光器芯片均设于所述温度调节元件对应的区域。通过将占激光器总成本的80％以上的种子源和泵浦源全部集成在同一个壳体内，在大大减小了系统体积的同时，还能使系统的可靠性也大大提升，大幅降低激光器的物料成本和体积。

技术特征：

1.一种一体式封装的激光器模块，其特征在于，包括封装外壳、温度调节元件、种子激光器芯片和至少一个泵浦激光器芯片，所述温度调节元件、所述种子激光器芯片和所述泵浦激光器芯片均设于所述封装外壳的内部；

2.根据权利要求1所述的一体式封装的激光器模块，其特征在于，所述种子激光器芯片和所述泵浦激光器芯片分别与驱动电路连接，所述驱动电路设于所述温度调节元件对应的区域。

3.根据权利要求1所述的一体式封装的激光器模块，其特征在于，所述温度调节元件为热沉或半导体制冷器。

4.一种光纤激光器，包括如权利要求1-3中任一项所述的一体式封装的激光器模块，其特征在于，所述激光器模块包括一个所述泵浦激光器芯片，其中，所述封装外壳外依次连接有第一隔离器、第一耦合器和第一增益介质；

5.根据权利要求4所述的光纤激光器，其特征在于，所述光纤激光器还包括第二隔离器，所述第二隔离器与所述第一增益介质的输出端连接。

6.根据权利要求4所述的光纤激光器，其特征在于，所述第一增益介质为双包层铒镱共掺光纤。

7.一种光纤激光器，包括如权利要求1-3中任一项所述的一体式封装的激光器模块，其特征在于，所述激光器模块包括若干所述泵浦激光器芯片，其中，所述光纤激光器包括主放大模块和至少一个预放大模块，并且所述激光器模块、所述预放大模块和所述主放大模块依次连接，每个所述预放大模块包括依次连接的第三隔离器、波分复用器和第二增益介质；

8.根据权利要求7所述的光纤激光器，其特征在于，所述主放大模块包括依次连接的第四隔离器、第二耦合器和第三增益介质，所述第四隔离器与所述第二增益介质的输出端连接；

9.根据权利要求8所述的光纤激光器，其特征在于，所述主放大模块还包括第五隔离器，所述五隔离器与所述第三增益介质的输出端连接。

10.根据权利要求8所述的光纤激光器，其特征在于，所述第二增益介质为单模掺铒光纤，所述第三增益介质为双包层铒镱共掺光纤。

技术总结
本申请提供了一种一体式封装的激光器模块及光纤激光器，包括封装外壳、温度调节元件、种子激光器芯片和至少一个泵浦激光器芯片，所述温度调节元件、所述种子激光器芯片和所述泵浦激光器芯片均设于所述封装外壳的内部；所述种子激光器芯片和所述泵浦激光器芯片分别在其发出激光的一侧设有对应的透镜组，并且所述透镜组、所述种子激光器芯片和所述泵浦激光器芯片均设于所述温度调节元件对应的区域。通过将占激光器总成本的80％以上的种子源和泵浦源全部集成在同一个壳体内，在大大减小了系统体积的同时，还能使系统的可靠性也大大提升，大幅降低激光器的物料成本和体积。

技术研发人员：余彦武,闫雪亮
受保护的技术使用者：深圳光秒传感科技有限公司
技术研发日：20230213
技术公布日：2024/1/12