專利名稱：一種多只半導(dǎo)體激光器的光纖耦合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將多只半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束整合并通過(guò)一根光纖耦合輸出的方法， 屬于半導(dǎo)體激光器光束整合技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器由于其特殊的有源區(qū)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，激光輸出能量密度小，要想得到高功率激 光輸出必須要增加半導(dǎo)體激光器的激活區(qū)體積，受激光諧振腔長(zhǎng)及發(fā)光光斑寬度的限制，激 活體積的增加必然會(huì)使光斑長(zhǎng)度增加，輸出光斑成橢圓狀其長(zhǎng)軸遠(yuǎn)大于短軸，激光輸出功率 越大，長(zhǎng)、短軸比率越大，這對(duì)于一般要求圓形光斑的使用者來(lái)說(shuō)多有不便，而且單管的輸 出功率越大，制做成本及難度也越大，因此靠單純?cè)黾訂沃还艿墓β蕘?lái)獲取高功率不現(xiàn)實(shí)。
將多只中等功率的半導(dǎo)體激光管發(fā)出的光疊加在一起，形成高功率的激光束是獲取高功 率激光光源行之有效的方法，它不僅成本低，易于加入同軸指示光束，而且如有損壞的激光 器可以單獨(dú)更換，不必像巴條激光器那樣所有發(fā)光點(diǎn)都集成在一起如有個(gè)別發(fā)光點(diǎn)損壞不能 單獨(dú)更換，要換整塊巴條一起更換。
目前國(guó)內(nèi)外多只半導(dǎo)體激光管合成的方法有兩種， 一種是光纖捆綁式即將單只半導(dǎo)體激 光管首先分別用一根光纖耦合輸出，再將多根光纖捆成一束輸出或再耦合到一根粗光纖中輸 出，顯然此種輸出方法耦合效率低，輸出光纖芯徑較大不易聚焦；另一種方法如圖l所示采 用凹反鏡對(duì)多只半導(dǎo)體激光器光束整合，是將多只半導(dǎo)體激光器4的光束在空間通過(guò)成像技 術(shù)聚集在一起，圖中是通過(guò)45度反射鏡2和凹面反射鏡3成像后聚集，然后通過(guò)一根光纖l 耦合輸出，或通過(guò)光學(xué)整形變成平行光輸出。此種方式由于輸出光纖芯徑較小因此易于聚焦， 光束質(zhì)量明顯優(yōu)于前種方法。受光纖的數(shù)值孔徑的限制及為了使整合后的激光束能夠耦合到 芯徑比較細(xì)的光纖中去，半導(dǎo)體激光器光束與光軸的夾角及光斑的放大倍數(shù)都不易太大，因 此在圖l所示的光束整合方法中受光學(xué)系統(tǒng)的限制半導(dǎo)體激光器的只數(shù)不可能太多， 一般不 超過(guò)6-7只，圖中為5只。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器整合技術(shù)存在的整合數(shù)量少的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種整合只數(shù)多、 光束質(zhì)量好的多只半導(dǎo)體激光器的光纖耦合方法。 本發(fā)明的多只半導(dǎo)體激光器的光纖耦合方法是
在光束整合前首先用柱鏡對(duì)需要整合的所有半導(dǎo)體激光器的快軸發(fā)散角進(jìn)行壓縮，使所 有半導(dǎo)體激光器的快軸發(fā)散角均小于或等于1度，每個(gè)半導(dǎo)體激光器都對(duì)應(yīng)一個(gè)45度反射鏡， 將所有半導(dǎo)體激光器分為數(shù)量相同的兩部分，這兩部分分別放置在一凹面反射鏡聚焦成像點(diǎn) 的兩側(cè)，其中一側(cè)各個(gè)半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點(diǎn)通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的45度反射鏡反射后都集中在凹 面反射鏡聚焦成像的點(diǎn)上，另一側(cè)的各半導(dǎo)體激光器發(fā)光點(diǎn)通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的45度反射鏡反射 后的虛像點(diǎn)都集中在凹面反射鏡聚焦成像的點(diǎn)上，然后再通過(guò)一個(gè)復(fù)合透鏡將所有半導(dǎo)體激 光器的光束匯聚到一點(diǎn)，并通過(guò)一根光纖耦合輸出或通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)將光束整成準(zhǔn)平行光束輸 出。
復(fù)合透鏡是兩種不同折射率材料的凸凹透鏡組合或膠合，也叫作膠合透鏡?？紤]到不同角度的光束通過(guò)單一凸透鏡匯聚時(shí)會(huì)產(chǎn)生球差，使聚焦光斑變大影響光纖的耦合效率，所以 采用一個(gè)復(fù)合透鏡代替單一的凸透鏡，可使耦合到光纖中的激光能量增加40%以上。復(fù)合透 鏡的采用在同樣光纖耦合能量的條件下，可使光纖的芯徑大大縮小，有效地提高了光纖輸出 的光束質(zhì)量。
上述方法使多只半導(dǎo)體激光器所發(fā)光束通過(guò)不同的45度反射鏡反射組成兩束同心光束， 一部分半導(dǎo)體激光器所發(fā)光束經(jīng)不同的45度反射鏡將光束等效成在同一點(diǎn)發(fā)射的同心光束， 并通過(guò)凹面反射鏡匯聚在一點(diǎn)，另一部分半導(dǎo)體激光器發(fā)光點(diǎn)所發(fā)光束分別通過(guò)其它45度反 射鏡反射，將其虛像點(diǎn)成像在上述凹面反射鏡光束會(huì)聚點(diǎn)上，這樣一束同心光束通過(guò)凹面反 射鏡反射聚焦到另一同心光束的虛像點(diǎn)上，整合成更大的同心光束。最終所有光束通過(guò)復(fù)合 透鏡耦合到光纖中去或通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)將光束整成準(zhǔn)平行光束輸出。
本發(fā)明通過(guò)光束折疊使多個(gè)半導(dǎo)體激光器的光束進(jìn)行有效整合，并通過(guò)一根光纖耦合輸 出，能量疊加輸出，用多只低功率半導(dǎo)體激光器達(dá)到單一高功率半導(dǎo)體激光器輸出的效果， 與現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器整合技術(shù)相比，半導(dǎo)體激光器的整合數(shù)量提高一倍。


圖1是現(xiàn)有采用凹反鏡對(duì)多只半導(dǎo)體激光器光束整合的示意圖。 圖2是本發(fā)明方法的原理示意圖。
其中1、光纖，2、 45度反射鏡，3、凹面反射鏡，4、半導(dǎo)體激光器，5、復(fù)合透鏡，6、 激光器座。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的多只半導(dǎo)體激光器的光纖耦合方法是在圖1所示采用凹反鏡對(duì)多只半導(dǎo)體激光 器光束整合技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其原理如圖2所示
將用柱透鏡壓縮過(guò)發(fā)散角(發(fā)散角小于或等于l度)的各個(gè)C-mount封裝形式的半導(dǎo)體 激光器4固定在激光器座6的左右兩側(cè)，兩側(cè)的半導(dǎo)體激光器數(shù)量相同，每一側(cè)的各個(gè)半導(dǎo) 體激光器都對(duì)應(yīng)一個(gè)45度反射鏡2，每個(gè)半導(dǎo)體激光器的光束都通過(guò)45度反射鏡2反射。
調(diào)整左側(cè)各個(gè)半導(dǎo)體激光器4對(duì)應(yīng)的45度反射鏡，使激光器座6上左側(cè)的各個(gè)激光器的 激光束通過(guò)45度反射鏡反射后再由復(fù)合透鏡5匯聚到光纖1上，每個(gè)45度反射鏡調(diào)整好后 用紫外膠固定，調(diào)整時(shí)首先調(diào)整激光器座6上左側(cè)最右邊的半導(dǎo)體激光器對(duì)應(yīng)的45度反射鏡 及復(fù)合透鏡5，使其發(fā)出的光耦合到光纖l中去，固定該45度反射鏡及復(fù)合透鏡5，然后再 依次調(diào)整激光器座6左側(cè)的其它半導(dǎo)體激光器對(duì)應(yīng)的45度反射鏡，使其所發(fā)出的光都耦合到 光纖l中去。
激光器座6上右側(cè)的各個(gè)半導(dǎo)體激光器的調(diào)整方法基本同上，調(diào)整各個(gè)半導(dǎo)體激光器對(duì) 應(yīng)的45度反射鏡，使半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光束先通過(guò)一個(gè)輔助的復(fù)合透鏡匯聚到一點(diǎn)，最 后用凹面反射鏡3代替輔助的復(fù)合透鏡，并調(diào)整凹面反射鏡3使激光器座6右側(cè)的各個(gè)激光 器所發(fā)出個(gè)光通過(guò)復(fù)合透鏡5耦合到光纖1中去，調(diào)好后用膠固定凹面反射鏡3。
也可以將通過(guò)復(fù)合透鏡匯聚到一點(diǎn)的所有半導(dǎo)體激光器的光束通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)將光束整成 準(zhǔn)平行光束輸出。
權(quán)利要求
1. 一種多只半導(dǎo)體激光器的光纖耦合方法，其特征是在光束整合前首先用柱鏡對(duì)需要整合的所有半導(dǎo)體激光器的快軸發(fā)散角進(jìn)行壓縮，使所有半導(dǎo)體激光器的快軸發(fā)散角均小于或等于1度，每個(gè)半導(dǎo)體激光器都對(duì)應(yīng)一個(gè)45度反射鏡，將所有半導(dǎo)體激光器分為數(shù)量相同的兩部分，這兩部分分別放置在一凹面反射鏡聚焦成像點(diǎn)的兩側(cè)，其中一側(cè)各個(gè)半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點(diǎn)通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的45度反射鏡反射后都集中在凹面反射鏡聚焦成像的點(diǎn)上，另一側(cè)的各半導(dǎo)體激光器發(fā)光點(diǎn)通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的45度反射鏡反射后的虛像點(diǎn)都集中在凹面反射鏡聚焦成像的點(diǎn)上，然后再通過(guò)一個(gè)復(fù)合透鏡將所有半導(dǎo)體激光器的光束匯聚到一點(diǎn)，并通過(guò)一根光纖耦合輸出或通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)將光束整成準(zhǔn)平行光束輸出。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多只半導(dǎo)體激光器的光纖耦合方法。該方法是使所有半導(dǎo)體激光器的快軸發(fā)散角均小于或等于1度，分為兩部分放置在一凹面反射鏡聚焦成像點(diǎn)的兩側(cè)，其中一側(cè)各個(gè)半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點(diǎn)通過(guò)45度反射鏡反射后都集中在凹面反射鏡聚焦成像的點(diǎn)上，另一側(cè)的各半導(dǎo)體激光器發(fā)光點(diǎn)通過(guò)45度反射鏡反射后的虛像點(diǎn)都集中在凹面反射鏡聚焦成像的點(diǎn)上，然后再通過(guò)一個(gè)復(fù)合透鏡將所有半導(dǎo)體激光器的光束匯聚到一點(diǎn)，并通過(guò)一根光纖耦合輸出或通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)將光束整成準(zhǔn)平行光束輸出。本發(fā)明通過(guò)一根光纖耦合輸出，能量疊加輸出，用多只低功率半導(dǎo)體激光器達(dá)到單一高功率半導(dǎo)體激光器輸出的效果，與現(xiàn)有技術(shù)相比，整合數(shù)量提高一倍。
文檔編號(hào)G02B7/182GK101435900SQ20081023848
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者孫渝明, 李宇飛, 趙圣之 申請(qǐng)人:山東大學(xué)