專利名稱：光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光二極管的光機(jī)械封裝，或尤其涉及將多個(gè)激光二極管片封裝入單個(gè)二極管裝置中，以便提供具有單一輻射光輸出的光源，所述輻射光可被光纖耦 合或者光纖準(zhǔn)直。
背景技術(shù)：
被制造成單個(gè)發(fā)射激光器或者激光二極管條(laser diode bars )的半導(dǎo)體激光二極 管的電-光轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到50%或者更高，并且其中目前每個(gè)單獨(dú)的發(fā)射激光二極管的 光能級(jí)可以達(dá)到幾瓦或者甚至幾十瓦，并且每個(gè)激光二極管條的光能級(jí)可以達(dá)到幾十瓦 至幾百瓦。由于激光二極管和激光二極管條具有高轉(zhuǎn)換效率、適當(dāng)?shù)哪芗?jí)以及高光語(yǔ)亮 度和高方向亮度，因此激光二極管和激光二極管條可應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如可用于材料加 工、膠印(offset printing )、醫(yī)療、固體激光器的泵浦，并且尤其被用于光纖激光器的泵 浦。
將激光二極管封裝入單個(gè)封裝時(shí)需要考慮兩個(gè)相關(guān)的重要問(wèn)題。第一個(gè)需要考慮 的重要問(wèn)題是散熱。在操作時(shí)，激光二極管會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的熱量，這是由于并非所有被 用于驅(qū)動(dòng)激光二極管的電能都將會(huì)被轉(zhuǎn)換成光能。這些未被轉(zhuǎn)換的電能將以熱量的形式 釋放。例如當(dāng)轉(zhuǎn)換效率為50%并且光能級(jí)為5W時(shí)，單個(gè)激光二極管發(fā)射器將產(chǎn)生5W 的熱量。需要對(duì)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行散熱以便確保激光二極管操作時(shí)的穩(wěn)定和可靠。此外， 由于激光發(fā)射的中心波長(zhǎng)取決于激光芯片的溫度，因此通常需要將激光芯片的溫度穩(wěn)定 在典型精度大約為l攝氏度。
與封裝相關(guān)的第二個(gè)需要考慮的重要問(wèn)題是光耦合。由于激光二極管的薄板幾何 構(gòu)造，因此激光二極管沿Z-軸傳播的光輻射沿X-軸和Y-軸的發(fā)散度和光功率密度的橫 向分布非常不對(duì)稱。假定標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)X軸位于激光二極管板面內(nèi)，則激光二極管沿Y-軸 的發(fā)散度通常高于沿X-軸的發(fā)散度并且?guī)缀鯙槭芟扪苌?diffraction limited )，其中激光 二極管沿X-軸的發(fā)散度通常比Y-軸的發(fā)散度小并且不是受限衍射。當(dāng)要求對(duì)稱的圓形 光束時(shí)，所述激光二極管光束的不對(duì)稱性會(huì)造成一定的應(yīng)用困難，例如在將多個(gè)激光二 極管的光輻射耦合入單根光纖的一端的應(yīng)用中。因?yàn)楣饫w通常具有基本呈圓形或者多邊 形的橫截面并且具有基本對(duì)稱的接受角，所以二極管激光器聚合后的光輻射具有對(duì)稱的發(fā)散度和橫向功率密度分布，以便盡可能的將大量的光束耦合入光纖中。
在現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)了多種解決上述設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題的方法。例如為了提供散熱，二極管激光裝置中的激光二極管或者激光二極管條通常位于公共散熱器上或者與公共 散熱器疊放在一起。盡管通過(guò)疊放可以提供一定的優(yōu)勢(shì)，例如較為簡(jiǎn)單的并且更為緊湊 的光纖排列方式，但是這種疊放方式的散熱效率不如共享的公共散熱器的散熱效率。在 疊放排列方式中，熱能以連續(xù)的方式流動(dòng)，但是當(dāng)提供公共散熱器時(shí)，熱能以并行的方 式流動(dòng)可以將更多的熱量散出。而另一方面，采用公共散熱方式經(jīng)常造成耦合光纖的體 積大并且效率低。例如，現(xiàn)有技術(shù)中的一種裝置采用復(fù)雜的多面反射鏡以將多個(gè)來(lái)自單 獨(dú)的激光二極管芯片中的光束會(huì)聚。最終獲得的這種裝置既昂貴又難于進(jìn)行光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。 現(xiàn)有技術(shù)中的其他設(shè)計(jì)方式采用波導(dǎo)或者復(fù)雜的階梯狀散熱結(jié)構(gòu)以及與結(jié)合有多面反 射鏡的微鏡，這些設(shè)計(jì)被用于將激光二極管發(fā)射的單束光束合成為對(duì)稱的輸出光束。
激光二極管的一種重要的類型是單條裝置。在單條激光二極管發(fā)射器中，激光二 極管發(fā)射器在公共的半導(dǎo)體基板上并排地形成，并且因此允許熱量平行流向公共基板。 由于二極管條中的單個(gè)發(fā)射器的橫向位置采用光蝕刻技術(shù)來(lái)精確限定，因此一組簡(jiǎn)單且束。通過(guò)這種方式制造的激光二極管，可以很容易的產(chǎn)生幾十瓦的輸出功率光束并且該 光束可以被耦合入光纖中。然而，如扭曲或者被稱為條"彎曲"(smile)的其他問(wèn)題會(huì) 開(kāi)始引起光纖耦合效率的降低和設(shè)備可靠性的降低；此外，熱量從被置于公共半導(dǎo)體基 板上的具有亞毫米間距的單個(gè)發(fā)射器中散出是很不容易的。尤其還存在一個(gè)涉及單條二 極管激光器(single-bar diode laser)可靠性的問(wèn)題當(dāng)單個(gè)激光二極管發(fā)射器在二極管 條中突然損壞(例如由于電路短路的原因)，經(jīng)常會(huì)損壞其鄰近的發(fā)射器，使得整個(gè)單 條二極管激光器損壞。
目前有許多特定的幾何構(gòu)型可用來(lái)將激光二極管封裝入裝置中，很明顯 一個(gè)成 功的裝置自然可以將對(duì)單個(gè)激光二極管發(fā)射器進(jìn)行有效散熱與一組簡(jiǎn)單的、便宜的、容 易對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)器件結(jié)合起來(lái)，以將來(lái)自單個(gè)發(fā)射器的高度不對(duì)稱的失真光束重新配置成 低縱橫比的光束，所述低縱橫比的光束可適于光纖耦合、材料加工以及眾多的其他工作。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種廉價(jià)的且緊湊的光纖耦合光源或者自由空 間耦合光源，用于泵浦光纖激光器和固體激光器、材料加工、醫(yī)療、膠印等等。
本發(fā)明提供一種光源，包括多個(gè)平面發(fā)射器，所述平面發(fā)射器用于發(fā)射光，其中每個(gè)所述平面發(fā)射器的發(fā)射 光束具有慢軸發(fā)散特性和快軸發(fā)散特性；[10]多個(gè)快軸準(zhǔn)直裝置，每個(gè)所述平面發(fā)射器具有一個(gè)所述快軸準(zhǔn)直裝置，用于將每 個(gè)所述平面發(fā)射器的發(fā)射光束準(zhǔn)直成快軸準(zhǔn)直光束，其中所述快軸準(zhǔn)直光束繼續(xù)在慢軸 發(fā)散面內(nèi)發(fā)散；[11]慢軸準(zhǔn)直裝置，所述慢軸準(zhǔn)直裝置被置于所述快軸準(zhǔn)直裝置的下游，用于將所述 快軸準(zhǔn)直光束準(zhǔn)直成單一的準(zhǔn)直光束；并且[12]多個(gè)轉(zhuǎn)向裝置，所述多個(gè)轉(zhuǎn)向裝置用于使所述快軸準(zhǔn)直光束轉(zhuǎn)向，以便將所述快 軸準(zhǔn)直光束耦合至所述慢軸準(zhǔn)直裝置，使得[13]所述快軸準(zhǔn)直光束之間基本平行并且平行于所述慢軸準(zhǔn)直裝置的光軸， [14]所述快軸準(zhǔn)直光束的所述慢軸發(fā)散面彼此基本平行，以及 [15]從所述平面發(fā)射器到所述慢軸準(zhǔn)直裝置的光程(optical path length)基本相等。 [16]根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，還提供一種平面變形發(fā)射器的封裝，包括 [17] 雙發(fā)射器光學(xué)單元，[18]所述雙發(fā)射器光學(xué)單元包括第一和第二平面變形發(fā)射器，所述第一和第二平面 變形發(fā)射器用于發(fā)射光，其中，所述平面變形發(fā)射器的所述平面彼此平行，并且所述第 一和第二發(fā)射器分別向彼此發(fā)射第一和第二光束，并且所述第一和第二光束具有快軸發(fā) 散度和慢軸發(fā)散度；[19]第一和第二快軸準(zhǔn)直裝置，所述第一和第二快軸準(zhǔn)直裝置分別被光耦合至所述第 一和第二發(fā)射器，用于實(shí)質(zhì)上使來(lái)自所述發(fā)射器的所述光束的快軸發(fā)散度達(dá)到最小，以 便產(chǎn)生向彼此傳播的第一和第二快軸準(zhǔn)直光束；以及[20]第一和第二平面反射鏡，所述第一和第二平面反射鏡分別被光耦合至所述第一和 第二快軸準(zhǔn)直裝置，用于使所述第一和第二快軸準(zhǔn)直光束轉(zhuǎn)向，以使所述光束沿相同的 方向傳播并且彼此平行；[21]慢軸準(zhǔn)直裝置，所述慢軸準(zhǔn)直裝置被置于所述雙發(fā)射器光學(xué)單元的下游并且被光 耦合至所述雙發(fā)射器光學(xué)單元的所述第一和第二快軸準(zhǔn)直光束處，用于實(shí)質(zhì)上使所述第 一和第二光束的慢軸發(fā)散度達(dá)到最小，以便產(chǎn)生準(zhǔn)直光束； 其中所述第一和第二發(fā)射器至所述慢軸準(zhǔn)直裝置的光程彼此基本相等。
[22]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，其中[23]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中單個(gè)激光器芯片布局和光束合成光學(xué)器件的示意圖；[24]圖2A和圖2B是雙透鏡變形望遠(yuǎn)鏡的示意圖，其用于準(zhǔn)直來(lái)自單個(gè)激光二極管發(fā)射器的光輻射；[25]圖3A和圖3B是4艮據(jù)本發(fā)明的基本雙發(fā)射器光學(xué)單元的設(shè)計(jì)布局圖； [26]圖4A是根據(jù)本發(fā)明的光源的平面圖； [27]圖4B是根據(jù)本發(fā)明的的光源的主視圖；[28]圖5A和圖5B是通過(guò)軟件制作的根據(jù)本發(fā)明的光源的光束路徑的光學(xué)設(shè)計(jì)視圖； [29]圖6是7個(gè)激光二極管發(fā)射器封裝的三維(3D )視圖。
具體實(shí)施方式
[30]通過(guò)結(jié)合各種實(shí)施例和事例對(duì)本發(fā)明教導(dǎo)進(jìn)行描述，然而并非要將本發(fā)明教導(dǎo)限 制于所述實(shí)施例。相反，本發(fā)明教導(dǎo)包含各種可選擇的、可修改的以及等同的實(shí)施例， 本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員可以領(lǐng)會(huì)到所述各種實(shí)施例。在圖2-5中，相同的標(biāo)號(hào)代表相 同的元件。[31]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于將發(fā)射光束耦合入光纖中的裝置100的設(shè)計(jì)布局。 所述裝置100包括單個(gè)的激光二極管發(fā)射芯片llla-lllf,每一個(gè)二極管發(fā)射芯片 llla-lllf均具有被耦合在其上的一組準(zhǔn)直微光學(xué)元件131a-131f、多面重定向鏡、或者 整體反射鏡120、聚焦光學(xué)器件151以及具有包層171的輸出光纖170。在操作時(shí)，發(fā) 射芯片11 la-l 1 lf的發(fā)射孔徑被無(wú)焦中繼光學(xué)系統(tǒng)成像到整體反射鏡120上，所述整體 反射鏡120使光輻射轉(zhuǎn)向至公共的輸出無(wú)焦中繼系統(tǒng)151，所述中繼系統(tǒng)151可以將來(lái) 自發(fā)射芯片llla-lllf的光輻射耦合入輸出光纖170的包層171中。 [32]即使如圖1所示的裝置允許將單個(gè)激光發(fā)射器llla-lllf的熱量散到公共板上，但 是所需的用于將來(lái)自單個(gè)發(fā)射器llla-lllf的光輻射重新配置并且耦合至光纖170的包 層171上的光學(xué)組件非常復(fù)雜并且難于對(duì)準(zhǔn)，因?yàn)檎w反射鏡120不允許對(duì)其反射表面 進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整，并且每個(gè)激光二極管發(fā)射芯片llla-lllf與微光學(xué)元件131a-131f相關(guān) 聯(lián)，所述微光學(xué)元件131a-131f需要精確調(diào)整，因?yàn)槲⒐鈱W(xué)元件131a-131f具有短焦距。 現(xiàn)有技術(shù)中存在用于將單個(gè)激光發(fā)射器合并入公共輸出光纖的其他結(jié)構(gòu)并且所述其他 結(jié)構(gòu)包括，例如，代替整體反射鏡120的凹面鏡、復(fù)雜的階梯狀反射鏡排列、或者波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)被耦合至位于多發(fā)射器二極管激光器的單個(gè)封裝內(nèi)的單個(gè)發(fā)射器 里。[33]圖2A和圖2B分別示出了基本光學(xué)結(jié)構(gòu)的平面視圖和側(cè)視圖，該光學(xué)結(jié)構(gòu)在本發(fā) 明的裝置中用于準(zhǔn)直來(lái)自單個(gè)激光二極管發(fā)射器的輻射光。被設(shè)置在XZ平面212A內(nèi) 的平面半導(dǎo)體激光二極管202發(fā)射出光束206，所述光束206在YZ平面212B內(nèi)通過(guò)快 軸準(zhǔn)直透鏡204被準(zhǔn)直。所述準(zhǔn)直透鏡204可以為圓柱形，或者更通常地為環(huán)形，以使 當(dāng)在YZ平面212B內(nèi)的光束206的發(fā)散度達(dá)到最小時(shí)，在XZ平面212A內(nèi)的光束206 的發(fā)散度幾乎不受影響。光束206向慢軸準(zhǔn)直透鏡208傳播，所述慢軸準(zhǔn)直透鏡208也 可以為圓柱形或者環(huán)形。準(zhǔn)直透鏡208的功能在于準(zhǔn)直XZ平面212A內(nèi)的光束206, 使得輸出光束210在兩個(gè)平面內(nèi)被準(zhǔn)直，即在XZ平面212A內(nèi)和YZ平面212B內(nèi)被準(zhǔn) 直。[34] 通過(guò)選擇變形望遠(yuǎn)鏡214的準(zhǔn)直透鏡204和準(zhǔn)直透鏡208之間合適的焦距比(focal lengthratio),技術(shù)工人可以重新配置由發(fā)射器202發(fā)射出的光束輪廓，以便達(dá)到適用于 如下文所述的根據(jù)本發(fā)明的二極管激光裝置中的光束輪廓的形狀和大小。 [35]如圖3A和圖3B所示，基本的雙發(fā)射器光學(xué)單元的結(jié)構(gòu)被用作根據(jù)本發(fā)明的裝置 中的結(jié)構(gòu)模塊，圖3A是該光學(xué)單元模塊結(jié)構(gòu)的平面圖，圖3B是該光學(xué)單元模塊結(jié)構(gòu) 的主視圖。兩個(gè)平面半導(dǎo)體激光二極管302和303被平行設(shè)置于XZ平面312A內(nèi)，但 沿如圖3B中平面312B的Y-軸偏置，所述兩個(gè)平面半導(dǎo)體激光二極管302和303發(fā)射 光束306和307，所述光束306和307分別通過(guò)快軸準(zhǔn)直透鏡304和305沿312B的Y-軸被準(zhǔn)直。所述光束306和307通過(guò)反射鏡316和317發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所述反射鏡316和317 被布置在彼此的頂部，以便直接將光束306和307導(dǎo)入慢軸準(zhǔn)直透鏡308。如圖3B中 所示，反射4竟316和317上的變形光束306和307的光斑^(guò)"廓分別由橢圓318和319 示出。經(jīng)慢軸準(zhǔn)直透鏡308準(zhǔn)直后，當(dāng)在如圖3A中XZ平面312A觀察光束310時(shí)，可 知光束310中的一束位于另一束的下方。[36] 可以看出，圖3A和圖3B的結(jié)構(gòu)類似于圖2A和圖2B，在某種意義上兩種結(jié)構(gòu) 都采用諸如望遠(yuǎn)鏡214的變形望遠(yuǎn)鏡，以重新配置并且準(zhǔn)直激光二極管的發(fā)射光，區(qū)別 在于圖3A和圖3B中的望遠(yuǎn)鏡的兩個(gè)透鏡之間采用折疊反射鏡。除了共享公共光學(xué)元 件308外，圖3A和圖3B結(jié)構(gòu)的有利之處在于還可以有效地利用慢軸準(zhǔn)直透鏡308的 光軸320的兩邊區(qū)域而對(duì)激光二極管302和303進(jìn)行有效地散熱。另 一有利之處在于從 激光二極管302和303輸出的光束310可以被單獨(dú)準(zhǔn)直首先用于激光二極管302的快軸準(zhǔn)直透鏡304和折疊反射鏡316可以被校準(zhǔn)并且被固定，并且然后用于激光二極管303 的光學(xué)元件305和317被校準(zhǔn)并且被固定。如圖3A和圖3B示出的另一更加有利之處 在于這種結(jié)構(gòu)可以作為一種用于將越來(lái)越多的激光二極管對(duì)(laser diode pairs)添加到 同一光學(xué)封裝中的集成^f莫塊(buildingblock),如下文所述。[37]圖4A是二極管激光器400的結(jié)構(gòu)示意圖，包括7個(gè)獨(dú)立的平面激光二極管發(fā)射 器，如圖所示。在這7個(gè)獨(dú)立的平面激光二極管發(fā)射器中，兩個(gè)發(fā)射器402和403，被 平行設(shè)置于XZ平面412A內(nèi)，所述兩個(gè)平面半導(dǎo)體激光二極管402和403發(fā)射光束406 和407,所述光束406和407分別通過(guò)快軸準(zhǔn)直透鏡404和405被準(zhǔn)直。所述光束406 和407通過(guò)反射鏡416和417發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所述反射鏡416和417被布置在彼此的頂部， 以便直接將光束406和407導(dǎo)入慢軸準(zhǔn)直透鏡408。經(jīng)慢軸準(zhǔn)直透鏡408準(zhǔn)直后，當(dāng)在 如圖4A中XZ平面412A觀察光束410時(shí)，可知光束410中的一束位于另一束的下方。 然而，在圖4A中，另外兩對(duì)激光二極管，與各自的快軸準(zhǔn)直光學(xué)元件和折疊反射鏡相 關(guān)聯(lián)，如在激光器400的設(shè)計(jì)布局中示出。這兩對(duì)二極管的布置位置分別用虛線框420 和422標(biāo)記出。虛線框420和422包括與元件組402、 404、 406、 416、 417、 407、 405 和403相同的一組元件。最終，另外一個(gè)激光二極管芯片426,與快軸準(zhǔn)直透鏡424耦 合，在圖4A的上部示出。二極管426的發(fā)射光，通過(guò)準(zhǔn)直透鏡424在快軸方向被準(zhǔn)直， 隨后被耦合至慢軸準(zhǔn)直透鏡408，而不帶任何中間反射鏡。通過(guò)比較圖2A、 2B與圖4A, 可以看出，準(zhǔn)直透鏡424和408構(gòu)成的變形望遠(yuǎn)鏡類似于圖2A和圖2B中的望遠(yuǎn)鏡214。 [38] 方框420和422中的激光二極管芯片較激光器402和403更接近各自的折疊反射 鏡，因?yàn)樗x取的激光二極管芯片發(fā)射端和公共慢軸準(zhǔn)直透鏡408之間的距離相等。這 樣，慢軸準(zhǔn)直條件可以同時(shí)滿足所有激光二極管的準(zhǔn)直條件。這樣聚焦透鏡428可以將 發(fā)自激光二極管的發(fā)射光會(huì)聚入光纖430中。[39] 如圖4B所示，示出了從XY平面412B方向觀察的二極管激光器400的示意圖。 兩個(gè)平面半導(dǎo)體激光二極管402和403發(fā)射光束406和407,所述光束406和407分別 沿坐標(biāo)系412B的Y-軸通過(guò)快軸準(zhǔn)直透鏡404和405準(zhǔn)直。光束406和407經(jīng)由反射鏡 416和417發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所述反射鏡416和417被布置在彼此的頂部，以便直接將光束406 和407導(dǎo)入平面視圖中的慢軸準(zhǔn)直透鏡408。反射鏡416和417上的變形光束406和407 的光斑輪廓分別由橢圓418和419示出。另外兩對(duì)激光二極管中，每對(duì)二極管對(duì)與快軸 準(zhǔn)直透鏡和折疊反射鏡相關(guān)聯(lián)，如圖內(nèi)方框420和422所示。如圖4B所示，這些激光 二極管對(duì)中的一對(duì)被布置在另一對(duì)的頂部。如圖4A中示出的所述激光二極管芯片42610發(fā)射經(jīng)過(guò)快軸準(zhǔn)直透鏡424在Y-軸方向準(zhǔn)直過(guò)的光束。橢圓432表示通過(guò)透鏡424在快 軸方向準(zhǔn)直過(guò)的光束的橫向光束輪廓。類似地，橢圓434-440表示從二極管激光器400 的其他激光二極管芯片發(fā)出快軸準(zhǔn)直光束的橫向光束輪廓。通過(guò)選擇透鏡的焦距、透鏡 之間的距離以及快軸準(zhǔn)直透鏡和激光二極管芯片之間的距離，可以設(shè)計(jì)橢圓418、 419 和432-440的形狀以填充慢軸準(zhǔn)直透鏡408的縫隙。例如，對(duì)于慢軸準(zhǔn)直透鏡408的矩 形通光孔徑，橢圓軸比率可以大約等于1/n，其中n為二極管裝置400中的激光二極管 芯片的數(shù)量。[40]可以看出，這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)激光二極管芯片和相關(guān)的光學(xué)元件與圖4A中菱形 封裝442很好地緊密封裝。因?yàn)槎O管激光器400的激光芯片可以被置于接近菱形442 的周邊，激光芯片彼此之間的熱耦合達(dá)到最小，并且最終結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)公共散熱器的有效 散熱。而且，激光二極管芯片便于串聯(lián)，以減小供應(yīng)給二極管激光器400的最大電流。 [41]圖5A和圖5B分別示出在XZ平面512A和YZ平面512B中的光束路徑的光學(xué)設(shè) 計(jì)的軟件制作的視圖。來(lái)自4個(gè)發(fā)射器的光(未示出)在YZ平面512B中通過(guò)圓柱形 透鏡504A-504D (在圖5A中被統(tǒng)一標(biāo)為透鏡504 )被準(zhǔn)直。光束506A-506D沿慢軸準(zhǔn) 直透鏡508傳播。光束506A-506D在圖5A中被視為一束光506,因?yàn)楣馐趥鞑ブ醒?Y-軸偏移而一束位于另 一束下方。此外，慢軸準(zhǔn)直透鏡508對(duì)所述4條光束506A-506D 進(jìn)行準(zhǔn)直，以便其可以作為合成光束510向聚焦透鏡528處傳播，所述聚焦透鏡528將 單個(gè)的光束542A-542D聚合成單個(gè)光斑544。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，圖5A和圖5B中未示出折 疊反射鏡。[42]圖6是根據(jù)本發(fā)明的光纖耦合二極管激光光源的模型600的三維(3D)視圖。所 述模型包括密封封裝602，所述密封封裝602可以作為復(fù)合散熱器同時(shí)對(duì)7個(gè)激光二極 管中的每個(gè)單個(gè)的發(fā)射芯片611-617進(jìn)行散熱。所述單個(gè)發(fā)射芯片按照串聯(lián)的方式進(jìn)行 電連接，通過(guò)接線端子604和606提供驅(qū)動(dòng)電流。金屬環(huán)608用于支撐輸出光纖610。 聚焦透鏡620和圓柱形慢軸準(zhǔn)直透鏡618置于光纖610的前端。圖6中還示出了 3對(duì)折 疊反射鏡，以3個(gè)X-型結(jié)構(gòu)沿由圖中坐標(biāo)系622示出的Z-軸方向布置在圓柱形慢軸準(zhǔn) 直透鏡618后。反射鏡為三角形玻璃板，所述三角形玻璃板被磨光并且在三角形斜邊的 棱上涂有抗反射層。所述反射鏡和單個(gè)的發(fā)射芯片611-617在Y-軸方向上以間隔lmm 的方式布置。封裝602的覆蓋區(qū)域大小為45mmx45mm。所述光纖是直徑為105微米并 且數(shù)值孔徑為0.22的多模光纖。
權(quán)利要求
1.一種光源，包括多個(gè)平面發(fā)射器，所述平面發(fā)射器用于發(fā)射光，其中每個(gè)所述平面發(fā)射器的發(fā)射光束具有慢軸發(fā)散特性和快軸發(fā)散特性；多個(gè)快軸準(zhǔn)直裝置，每個(gè)所述平面發(fā)射器具有一個(gè)所述快軸準(zhǔn)直裝置，用于將每個(gè)所述平面發(fā)射器的發(fā)射光束準(zhǔn)直成快軸準(zhǔn)直光束，其中所述快軸準(zhǔn)直光束繼續(xù)在其慢軸發(fā)散面內(nèi)發(fā)散；慢軸準(zhǔn)直裝置，所述慢軸準(zhǔn)直裝置被置于所述快軸準(zhǔn)直裝置的下游，用于將所述快軸準(zhǔn)直光束準(zhǔn)直成單一的準(zhǔn)直光束；并且多個(gè)轉(zhuǎn)向裝置，所述多個(gè)轉(zhuǎn)向裝置用于使所述快軸準(zhǔn)直光束轉(zhuǎn)向，以便將所述快軸準(zhǔn)直光束耦合至所述慢軸準(zhǔn)直裝置，使得所述快軸準(zhǔn)直光束彼此基本平行并且平行于所述慢軸準(zhǔn)直裝置的光軸，所述快軸準(zhǔn)直光束的慢軸發(fā)散面彼此基本平行，以及從所述平面發(fā)射器到所述慢軸準(zhǔn)直裝置的光程基本相等。
2. 如權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述平面發(fā)射器在垂直于所述快軸準(zhǔn)直光束 的所述慢軸發(fā)散面的方向上4皮此相互偏置。
3. 如權(quán)利要求l所述的光源，包括用于將所述平面發(fā)射器的熱量散出的散熱器。
4. 如權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述平面發(fā)射器被置于所述慢軸準(zhǔn)直裝置的 光軸的兩側(cè)。
5. 如權(quán)利要求1所述的光源，其中，對(duì)所述平面發(fā)射器中的一個(gè)進(jìn)行設(shè)置，以使 在操作中所述平面發(fā)射器發(fā)射出的光沿與所述慢軸準(zhǔn)直裝置的所述光軸平行的方向傳 播，并且所述光不會(huì)碰到任何所述轉(zhuǎn)向裝置。
6. 如權(quán)利要求1所述的光源，其中所述平面發(fā)射器彼此基本平行，并且所述轉(zhuǎn)向 裝置為借助其側(cè)表面彼此聯(lián)結(jié)的平面反射鏡，并且其中所述側(cè)表面彼此平行并且平行于 所述平面發(fā)射器。
7. 如權(quán)利要求6所述的光源，其中，所述平面反射鏡成對(duì)交叉安裝以使來(lái)自一對(duì) 平面發(fā)射器的光轉(zhuǎn)向，所述一對(duì)平面發(fā)射器被置于所述慢軸準(zhǔn)直裝置的光軸的兩側(cè)。
8. 如權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述平面發(fā)射器為多個(gè)單獨(dú)的激光二極管發(fā) 射芯片。
9. 如權(quán)利要求8所述的光源，其中，所述激光二極管芯片以串聯(lián)方式連接。
10. 如權(quán)利要求l所述的光源，其中，所述平面發(fā)射器為激光二極管陣列芯片。
11. 如權(quán)利要求l所述的光源，進(jìn)一步包括聚焦裝置，所述聚焦裝置被置于所述慢 軸準(zhǔn)直裝置的下游，用于將所述單個(gè)準(zhǔn)直光束耦合入光纖。
12. —組平面變形發(fā)射器，其包括雙發(fā)射器光學(xué)單元，其包括第一和第二平面變形發(fā)射器，所述第一和第二平面 變形發(fā)射器用于發(fā)射光，其中，所述平面變形發(fā)射器的所述平面的取向彼此平行，并且 所述第一和第二發(fā)射器分別向彼此發(fā)射第一和第二光束，并且所述第一和第二光束具有 快軸發(fā)散度和慢軸發(fā)散度；第一和第二快軸準(zhǔn)直裝置，所述第一和第二快軸準(zhǔn)直裝置分別被光耦合至所述第 一和第二發(fā)射器，用于實(shí)質(zhì)上使來(lái)自所述發(fā)射器的所述光束的快軸發(fā)散度達(dá)到最小，以 便產(chǎn)生向彼此傳播的第一和第二快軸準(zhǔn)直光束；以及第一和第二平面反射鏡，所述第一和第二平面反射鏡分別被光耦合至所述第一和 第二快軸準(zhǔn)直裝置，用于使所述第一和第二快軸準(zhǔn)直光束轉(zhuǎn)向，以使所述光束沿相同的 方向傳播并且彼此平行；慢軸準(zhǔn)直裝置，所述慢軸準(zhǔn)直裝置被置于所述雙發(fā)射器光學(xué)單元的下游并且被光 耦合至所述雙發(fā)射器光學(xué)單元的所述第一和第二快軸準(zhǔn)直光束處，用于實(shí)質(zhì)上使所述第 一和第二光束的慢軸發(fā)散度達(dá)到最小，以便產(chǎn)生準(zhǔn)直光束；其中所述第一和第二發(fā)射器至所述慢軸準(zhǔn)直裝置的光程彼此基本相等。
13. 如權(quán)利要求12所述的一組平面變形發(fā)射器，還包括散熱裝置，所述散熱裝置 被熱耦合至所述雙發(fā)射器光學(xué)單元的所述第一和第二發(fā)射器。
14. 如權(quán)利要求13所述的一組平面變形發(fā)射器，其中所述平面反射鏡通過(guò)其側(cè)表 面被連接至所述散熱器上，和/或其彼此之間通過(guò)其所述側(cè)表面連接，并且其中所述側(cè)表 面彼此平行并且平行于所述第一和第二平面發(fā)射器的平面。
15. 如權(quán)利要求14所述的一組平面變形發(fā)射器，其中所述第一平面反射鏡被安裝 到所述散熱器上，并且所述第二平面反射鏡被安裝所述第一平面反射鏡上，并且所述第 一和第二平面反射鏡發(fā)射至所述散熱器的平面上的光束之間彼此交叉。
16. 如權(quán)利要求15所述的一組平面變形發(fā)射器，包括三個(gè)所述雙發(fā)射器光學(xué)單元， 所述雙發(fā)射器光學(xué)單元具有六個(gè)所述平面變形發(fā)射器，并且包括第七個(gè)所述平面變形發(fā) 射器，其中所有的所述平面變形發(fā)射器彼此平行并且在垂直于所述發(fā)射器平面的方向上彼 此相互偏置；所有的所述平面變形發(fā)射器至所述慢軸準(zhǔn)直裝置的光程彼此基本相等； 除了第七個(gè)平面變形發(fā)射器外，所述平面變形發(fā)射器被置于所述慢軸準(zhǔn)直裝置的 光軸的兩側(cè)；以及所述平面反射鏡發(fā)射至所述散熱器的平面上的光束彼此基本呈直角交叉布置。
17. 如權(quán)利要求16所述的一組平面變形發(fā)射器，進(jìn)一步包括聚焦裝置，所述聚焦 裝置被置于所述慢軸準(zhǔn)直裝置的下游，用于將所述準(zhǔn)直光束耦合入光纖。
18. 如權(quán)利要求12或16所述的一組平面變形發(fā)射器，其中所述平面發(fā)射器為多個(gè) 單獨(dú)的激光二極管發(fā)射芯片。
19. 如權(quán)利要求18所述的一組平面變形發(fā)射器，其中所述激光二極管發(fā)射芯片以 串聯(lián)方式連接。
20. 如權(quán)利要求12所述的一組平面變形發(fā)射器，其中，所述發(fā)射器被置于所述慢 軸準(zhǔn)直裝置的光軸的兩側(cè)。
21. 如權(quán)利要求12所述的一組平面變形發(fā)射器，還包括第三平面變形發(fā)射器和 被光耦合至所述第三平面變形發(fā)射器上的第三快軸準(zhǔn)直裝置，用于沿同一方向發(fā)射第三 快軸準(zhǔn)直光束并且所述第三快軸準(zhǔn)直光束平行于所述第一和第二快軸準(zhǔn)直光束，所迷第 一和第二快軸準(zhǔn)直光束分別位于所述第一和第二平面反射鏡的下游，使得所述第三快軸 準(zhǔn)直光束被光耦合至所述慢軸準(zhǔn)直裝置而不會(huì)反射離開(kāi)反射鏡，然后經(jīng)由所述慢軸準(zhǔn)直 裝置被準(zhǔn)直，并且所述第一、第二和第三發(fā)射器至所述慢軸準(zhǔn)直裝置的光程彼此基本相 等。
22. 如權(quán)利要求12所述的一組平面變形發(fā)射器，還包括聚焦裝置，所述聚焦裝置 位于所述慢軸準(zhǔn)直裝置的下游，用于將所述準(zhǔn)直光束耦合入光纖。
23. 如權(quán)利要求12所述的一組平面變形發(fā)射器，包括兩個(gè)所述雙發(fā)射器光學(xué)單元， 其中所有的所述發(fā)射器的取向彼此平行并且在垂直于所述發(fā)射器平面的方向上彼此相 互偏置。
24. 如權(quán)利要求12所述的一組平面變形發(fā)射器，包括三個(gè)或更多個(gè)所述雙發(fā)射器 光學(xué)單元，其中所有的所述發(fā)射器的取向彼此平行并且在垂直于所述發(fā)射器平面的方向 上彼此相互偏置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于將單個(gè)激光二極管發(fā)射器的輻射光耦合入公共光纖的裝置。所述輻射光沿快軸被準(zhǔn)直并且采用交叉布置的成對(duì)的平面反射鏡聚合該輻射光。聚合后的光束通過(guò)公共慢軸準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直。激光二極管發(fā)射器被置于慢軸準(zhǔn)直透鏡的光軸的兩側(cè)，使得發(fā)射器至慢軸準(zhǔn)直透鏡的光程相等。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK101324321SQ20081011117
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月12日
發(fā)明者戈登·威爾遜, 戴育忠, 邱向東 申請(qǐng)人:Jds尤尼弗思公司