專(zhuān)利名稱(chēng)：具有用于1060nm的保護(hù)濾光器的高功率多芯片泵浦模塊以及包括其的泵浦模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于泵激纖維激光器的高功率泵浦模塊，并且更具體地涉及在其中使用的濾光器(filter)。
背景技術(shù)：
高功率泵浦模塊用于泵激纖維激光器。泵浦波長(zhǎng)為910-980nm，而纖維激光器/放大器波長(zhǎng)大于lOOOnm。在沒(méi)有隔離的情況下，以向后方向行進(jìn)的纖維激光器中的某些光可能進(jìn)入泵浦模塊，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體芯片的損壞。為了防止此損壞，一些公司將涂層應(yīng)用于芯片前的纖維端(透鏡纖維)，或者在適當(dāng)時(shí)應(yīng)用于芯片與纖維端之間的聚焦光學(xué)器件以及纖維端自身這兩者。此涂層透射 900-1000nm的泵浦光，并且反射高于IOOOnm的向后行進(jìn)的光。此保護(hù)方案的缺點(diǎn)是由這樣的從泵浦模塊反射回的光在纖維激光器或者放大器中造成的失真。參照2008年3月觀日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 12/058459，其描述了現(xiàn)有的多芯片泵浦模塊結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供對(duì)泵浦模塊中的半導(dǎo)體芯片的保護(hù)以防朝向半導(dǎo)體芯片行進(jìn)的光脈沖。在本發(fā)明中，泵浦模塊中的濾光器涂覆有介電膜和/或包括將泵浦光反射到纖維中并且透射從系統(tǒng)側(cè)進(jìn)入軟導(dǎo)線纖維的光的多個(gè)層。此光擊中外殼壁或者吸收器，并且被消除。高于IOOOnm (例如1060nm)的光被透射通過(guò)濾光器，并且擊中壁，在此處光的一部分被吸收，并且一部分被反射和散焦。反射回的能量被轉(zhuǎn)換為熱，其經(jīng)由模塊被安裝在其上的散熱器來(lái)移除。泵浦模塊在操作中更可靠并且魯棒，并且同時(shí)放大器被保護(hù)以防由泵浦模塊反射回到放大器中的高于IOOOnm (例如1060nm)的光。這對(duì)于放大器或者纖維激光器的脈沖操作來(lái)說(shuō)尤其重要。為了實(shí)現(xiàn)上述以及相關(guān)目標(biāo)，本發(fā)明于是包括在下文中充分描述并且在權(quán)利要求中特別指出的特征。下面的描述和附圖詳細(xì)地闡述了本發(fā)明的特定例示的實(shí)施例。但是，這些實(shí)施例僅指示其中可以利用本發(fā)明的原理的各種方式中的一些。在結(jié)合附圖考慮時(shí)，本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎的特征將根據(jù)本發(fā)明的以下具體實(shí)施方式
而變得顯而易見(jiàn)。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)術(shù)語(yǔ)“包括/包含”當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用時(shí)被當(dāng)作指定存在所述的特征、整體、步驟或者組件，但不排除存在或者增加一個(gè)或者多個(gè)其它的特征、整體、步驟、組件或者它們的組。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的合并濾光器的多芯片泵浦模塊的示意圖示；
圖2和圖3分別表示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的每個(gè)濾光器相對(duì)于波長(zhǎng)的透射率和反射率；以及
圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的合并濾光器的多芯片泵浦模塊的示意圖示。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的泵浦模塊使用一個(gè)或者多個(gè)濾光器，所述濾光器反射泵浦光，以用于耦合到纖維軟導(dǎo)線中，同時(shí)透射從纖維進(jìn)入模塊的大于IOOOnm波長(zhǎng)的光。這樣，進(jìn)入模塊的光不能到達(dá)芯片從而導(dǎo)致任何損壞。參照?qǐng)D1，示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多芯片泵浦模塊。該模塊包括多個(gè)激光二極管1，例如GaAs激光二極管，以用于提供適當(dāng)?shù)谋眉すβ?。在示例?shí)施例中，多芯片泵浦模塊包括三個(gè)激光二極管1，但在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，模塊可以合并任何不同數(shù)量的激光二極管(或者其它類(lèi)型的光源)。每個(gè)激光二極管1發(fā)射具有波段750歷至lOOOnm、更優(yōu)選地例如波段915nm至 980nm中的波長(zhǎng)的光。從每個(gè)激光二極管1發(fā)射的光在入射到對(duì)應(yīng)的反射濾光器4之前，通過(guò)對(duì)應(yīng)的快光軸透鏡2以及慢光軸透鏡3。如下面更詳細(xì)地描述的，每個(gè)反射濾光器4包括多個(gè)層、和/或使得濾光器4能夠基本上反射750nm至lOOOnm、更優(yōu)選地是9IOnm至980nm 的入射光并且能夠基本上透射大于IOOOnm的光的膜或者涂層。每個(gè)濾光器4沿著對(duì)應(yīng)的激光二極管1的光軸(例如以45度)定位，以使得來(lái)自每個(gè)激光二極管1的光最終沿著如圖1所示的光程Y組合。組合的光束入射在反射濾光器5 上，其也被取向?yàn)槔缦鄬?duì)于光程Y 45度。反射濾光器5使組合的光束沿著光程Z重新定向，以通過(guò)聚焦透鏡6并且進(jìn)入要被泵激的光學(xué)纖維7。在構(gòu)造上類(lèi)似于每個(gè)濾光器4，反射濾光器5基本上反射750nm至lOOOnm、更優(yōu)選地是910nm至980nm的入射光，并且基本上透射大于IOOOnm的波長(zhǎng)的光。如上面提及的，不期望大于IOOOnm的波長(zhǎng)的光從纖維7進(jìn)入泵浦模塊。具體地， 重要的是避免這種光到達(dá)激光二極管并且損壞構(gòu)成這種二極管的半導(dǎo)體芯片。在本發(fā)明中，反射濾光器4和反射濾光器5包括多個(gè)層、和/或下述這樣的光學(xué)膜或涂層其使得濾光器基本上相對(duì)于具有750nm至IOOOnm之間、更優(yōu)選地是910nm至980nm 之間的波長(zhǎng)的光是反射的，并且基本上相對(duì)于大于IOOOnm的波長(zhǎng)的光是透射的。如果大于 IOOOnm的波長(zhǎng)的光從纖維7沿著光程Z進(jìn)入泵浦模塊，則光將入射到反射濾光器5上。由于反射濾光器5基本上相對(duì)于大于IOOOnm的波長(zhǎng)的光是透射的，因此光將基本上通過(guò)反射濾光器5，在反射濾光器5中，光可以沿著光程Z被吸收器(未示出)吸收。由于反射濾光器5相對(duì)于大于IOOOnm的波長(zhǎng)的光可能不是100%透射的，因此小部分的光可能被反射濾光器5沿著光軸Y反射回去。然而，這種光然后將入射在與反射濾光器5相鄰的反射濾光器4上。再一次，由于反射濾光器4基本上對(duì)于大于IOOOnm的波長(zhǎng)的光是透射的，因此，大多數(shù)任何大于IOOOnm的剩余的光將被沿著光程Y透射通過(guò)每個(gè)反射濾光器4，在其中，任何另外的剩余的光可以最終被吸收器(未示出)吸收。就反射濾光器4相對(duì)于大于IOOOnm的光可能不是100%透射的程度來(lái)說(shuō)，任何最終被朝向激光二極管1反射回的殘余的光將是額定的。圖2和圖3圖示了根據(jù)示例實(shí)施例，反射濾光器4和5的透射率和反射率分別相對(duì)于波長(zhǎng)如何變化。關(guān)于反射濾光器4和5，這些濾光器被配置為對(duì)于大于IOOOnm的波長(zhǎng)呈現(xiàn)高透射率，并且相對(duì)于750nm至IOOOnm之間、更優(yōu)選地是910nm至980nm之間的波長(zhǎng)呈現(xiàn)高反射率，如之前所提到的。根據(jù)示例實(shí)施例，圖1中所示的濾光器4和5被設(shè)計(jì)為使邊緣分光和通帶波紋最小化，同時(shí)使阻帶反射率和通帶透射比最大化。每個(gè)濾光器是全電介質(zhì)的，其配置有交替的高指數(shù)(index )材料(五氧化二鉭)和低指數(shù)材料(二氧化硅)的層。每個(gè)層的厚度是設(shè)計(jì)波長(zhǎng)的四分之一波長(zhǎng)，除了那些與入射介質(zhì)相鄰的層之外。與入射介質(zhì)相鄰的層被調(diào)節(jié)為使通帶透射比最大化并且使波紋最小化。如這里所指的，“指數(shù)”指本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的折射指數(shù)。在示例實(shí)施例中，每個(gè)濾光器4和5的構(gòu)造是具有高指數(shù)間隔(spacer)(腔一多個(gè)半波層)的級(jí)聯(lián)的Fabry-Perot類(lèi)型。選擇高指數(shù)間隔的原因是在濾光器被用于非準(zhǔn)直光 (即，傾斜入射，半錐角等等)時(shí)使光譜藍(lán)移最小化。選擇高指數(shù)間隔的另一個(gè)原因是層的度量厚度小于低指數(shù)間隔的度量厚度。使用夾在低指數(shù)層之間的高指數(shù)間隔(或者反之亦然)的最重要的原因是便于邊緣調(diào)諧。通過(guò)操縱間隔順序，兩個(gè)平面的頻帶邊緣被平移(一個(gè)平面比另一個(gè)平面移動(dòng)地更快)。邊緣配準(zhǔn)的代價(jià)是阻帶減少，因此必須作出折衷以實(shí)現(xiàn)足夠的阻帶和通帶寬度兩者。級(jí)聯(lián)Fabry-Perot增加阻帶反射率和邊緣陡度。濾光器構(gòu)造的示意性表示是
基底
四分之一波長(zhǎng)匹配層 (HL) mHH (LH) L [(HL) m'HH (LH) L]P (HL) mHH (LH) L 非四分之一波長(zhǎng)匹配層入射介質(zhì)
其中P = Fabry-Perot的重復(fù)的數(shù)量 m =間隔順序=1,2,3... m'=間隔不需要以相同的順序其中H和L分別指定高和低指數(shù)四分之一波長(zhǎng)層。現(xiàn)在參照?qǐng)D4，示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的泵浦模塊。在此特定實(shí)施例中， 激光二極管1、快光軸透鏡2、慢光軸透鏡3、以及對(duì)應(yīng)的反射濾光器4的布置和構(gòu)造與上面關(guān)于圖1的實(shí)施例描述的是相同的。因此，為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，這里將僅討論圖1和圖4的實(shí)施例之間的主要區(qū)別。此特定實(shí)施例中的反射濾光器5與圖1的實(shí)施例不同之處在于反射濾光器5被設(shè)計(jì)為基本上透射750nm至lOOOnm、更優(yōu)選地是910nm至980nm的光，并且基本上反射大于IOOOnm的光。如圖4所示，濾光器5被放置在光程Y上，沿著該光程Y，來(lái)自激光二極管1的光束被組合。組合的光束入射在反射濾光器5上，該反射濾光器5在示例實(shí)施例中優(yōu)選地以距相對(duì)于光程Y的法線大約8度的角度取向。由于反射濾光器5基本上透射750nm至lOOOnm、更優(yōu)選地是9IOnm至980nm的來(lái)
自激光二極管的光，因此，光束通過(guò)濾光器5并且由透鏡6聚焦進(jìn)入纖維端7中。注意在此實(shí)施例中，透鏡6和纖維端7也沿著光程Y定位。如果大于IOOOnm的波長(zhǎng)的光沿著光程Y從進(jìn)入纖維7進(jìn)入泵浦模塊，則光將入射到反射濾光器5上。由于反射濾光器5基本上相對(duì)于大于IOOOnm的波長(zhǎng)的光是反射的，因此光將基本上被反射纖維5反射。因此，大于IOOOnm的波長(zhǎng)的光被定向離開(kāi)濾光器4和激光二極管1。另外，由于濾光器5被定位于相對(duì)于法線的很小的角度(例如8度)，因此有可能避免反射回到纖維端7中。代之，光可以被定向成光程Y以上朝向光吸收器等(未示出) 很小的角度。由此，在圖4的實(shí)施例中，在法線入射附近使用濾光器5。此清除濾光器被設(shè)計(jì)為以高效率來(lái)透射(通帶)泵浦波長(zhǎng)，并且以高效率來(lái)反射(阻帶)激光波長(zhǎng)。濾光器5提供分開(kāi)4%的波長(zhǎng)之間的大于35dB的隔離。根據(jù)示例構(gòu)造的濾光器是全電介質(zhì)的，其配置有交替的高(H 五氧化二鉭)和低(L 二氧化硅)指數(shù)材料的層。每個(gè)層的厚度是設(shè)計(jì)波長(zhǎng)的四分之一波長(zhǎng)，除了與入射介質(zhì)相鄰的那些層之外。濾光器構(gòu)造的示意表示是
基底
四分之一波長(zhǎng)匹配層 (.5L H . 5L)P 非四分之一波長(zhǎng)匹配層入射介質(zhì)
其中P =基本周期的重復(fù)的數(shù)量 H和L分別指定高和低指數(shù)四分之一波長(zhǎng)層。通常，隨著基本周期的重復(fù)的數(shù)量增加，阻帶反射比增加。增加的P的一個(gè)結(jié)果是通帶中增加的二次反射比最大值(大量的波紋)。與框架介質(zhì)(基底和入射介質(zhì))相鄰的輔助匹配層被用于使此效應(yīng)最小化。這里描述的保護(hù)技術(shù)的效率通過(guò)將Q開(kāi)關(guān)激光(λ =1060nm，重復(fù)速率=IlOHz,脈沖寬度=125ns)的發(fā)射耦合到泵浦模塊的纖維中來(lái)調(diào)查研究。測(cè)試以每個(gè)脈沖功率執(zhí)行5 秒。即使在利用4. 2kff的峰值功率來(lái)照射之后，模塊也未表現(xiàn)出損壞或者惡化的跡象。盡管已經(jīng)相對(duì)于特定的優(yōu)選實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，但是明顯的是根據(jù)對(duì)于說(shuō)明書(shū)的閱讀和理解，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將存在等效方案和修改。例如，這里描述的濾光器4和5不限于所標(biāo)識(shí)的涂層材料的選擇。在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以使用其它的膜形成材料來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的效果。例如，可以使用不同的材料、不同數(shù)量的材料、 不同數(shù)量的層等等。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將基于這里的公開(kāi)來(lái)認(rèn)識(shí)到可以利用的各種類(lèi)型和設(shè)計(jì)的濾光器。另外，盡管這里在900-1000nm的范圍內(nèi)的泵浦光的背景下描述了本發(fā)明，但是將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明在其他范圍中具有適用性，并且在最廣義上不限于特定的波長(zhǎng)范圍。激光源和濾光器的性質(zhì)被相應(yīng)地調(diào)節(jié)。本發(fā)明包括所有這樣的等效物和修改，并且僅由以下的權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種多芯片泵浦單元，包括光源；以及濾光器，用于使來(lái)自光源的光朝向光學(xué)纖維定向，其中濾光器呈現(xiàn)以下之一 (i)在光源的波長(zhǎng)下的相對(duì)較低的透射率和相對(duì)較高的反射率，以及在大于光源的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)下的相對(duì)較高的透射率和相對(duì)較低的反射率；或者 (ii)在光源的波長(zhǎng)下的相對(duì)較高的透射率和相對(duì)較低的反射率，以及在大于光源的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)下的相對(duì)較低的透射率和相對(duì)較高的反射率。
2.如權(quán)利要求1所述的多芯片泵浦單元，其中濾光器在光源的波長(zhǎng)下呈現(xiàn)相對(duì)較低的透射率和相對(duì)較高的反射率，以及在大于光源的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)下呈現(xiàn)相對(duì)較高的透射率和相對(duì)較低的反射率。
3.如權(quán)利要求1所述的多芯片泵浦單元，其中濾光器在光源的波長(zhǎng)下呈現(xiàn)相對(duì)較高的透射率和相對(duì)較低的反射率，以及在大于光源的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)下呈現(xiàn)相對(duì)較低的透射率和相對(duì)較高的反射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的多芯片泵浦單元，其中濾光器包括交替的高指數(shù)和低指數(shù)材料的層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多芯片泵浦單元，其中高指數(shù)層包括五氧化二鉭。
6.根據(jù)權(quán)利要求4-5中的任一項(xiàng)所述的多芯片泵浦單元，其中低指數(shù)層包括二氧化娃。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6中的任一項(xiàng)所述的多芯片泵浦單元，其中多個(gè)交替的層的厚度是光源的波長(zhǎng)的四分之一波長(zhǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7中的任一項(xiàng)所述的多芯片泵浦單元，其中與濾光器的入射層相鄰的多個(gè)交替的層的厚度是光源的波長(zhǎng)的非四分之一波長(zhǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4-8中的任一項(xiàng)所述的多芯片泵浦單元，其中濾光器是具有高指數(shù)間隔的級(jí)聯(lián)的Fabry-Perot類(lèi)型。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的任一項(xiàng)所述的多芯片泵浦單元，其中光源的波長(zhǎng)是750nm至 IOOOnm,更優(yōu)選地是9IOnm至980nm。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任一項(xiàng)所述的多芯片泵浦單元，其中大于光源的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)大于lOOOnm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任一項(xiàng)所述多芯片泵浦單元，還包括第二濾光器，用于使來(lái)自光源的光朝向?yàn)V光器定向。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多芯片泵浦單元，其中第二濾光器在光源的波長(zhǎng)下呈現(xiàn)相對(duì)較低的透射率和相對(duì)較高的反射率，以及在大于光源的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)下呈現(xiàn)相對(duì)較高的透射率和相對(duì)較低的反射率。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中的任一項(xiàng)所述的多芯片泵浦單元，其中具有大于光源的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的光的方向與來(lái)自光源的光的方向相反。
15.一種使用多芯片泵浦模塊來(lái)泵激纖維激光器的方法，包括從光源發(fā)射光；以及使用濾光器使來(lái)自光源的光朝向光學(xué)纖維定向，所述濾光器呈現(xiàn)以下之一 (i )在光源的波長(zhǎng)下的相對(duì)較低的透射率和相對(duì)較高的反射率，以及在大于光源的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)下的相對(duì)較高的透射率和相對(duì)較低的反射率；或者(ii)在光源的波長(zhǎng)下的相對(duì)較高的透射率和相對(duì)較低的反射率，以及在大于光源的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)下的相對(duì)較低的透射率和相對(duì)較高的反射率。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中濾光器在光源的波長(zhǎng)下呈現(xiàn)相對(duì)較低的透射率和相對(duì)較高的反射率，以及在大于光源的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)下呈現(xiàn)相對(duì)較高的透射率和相對(duì)較低的反射率。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中濾光器在光源的波長(zhǎng)下呈現(xiàn)相對(duì)較高的透射率和相對(duì)較低的反射率，以及在大于光源的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)下呈現(xiàn)相對(duì)較低的透射率和相對(duì)較高的反射率。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括使用第二濾光器來(lái)使來(lái)自光源的光朝向?yàn)V光器定向。
19.根據(jù)權(quán)利要求15-18中的任一項(xiàng)所述的方法，其中光源的波長(zhǎng)是750nm至lOOOnm， 更優(yōu)選地是9 IOnm至980nm。
20.根據(jù)權(quán)利要求15-19中的任一項(xiàng)所述的方法，其中大于光源的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)大于 IOOOnm。
全文摘要
一種多芯片泵浦單元，包括光源以及用于使來(lái)自光源的光朝向光學(xué)纖維定向的濾光器，其中濾光器呈現(xiàn)以下之一(i)在光源的波長(zhǎng)下的相對(duì)較低的透射率和相對(duì)較高的反射率，以及在大于光源的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)下的相對(duì)較高的透射率和相對(duì)較低的反射率；或者(ii)在光源的波長(zhǎng)下的相對(duì)較高的透射率和相對(duì)較低的反射率，以及在大于光源的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)下的相對(duì)較低的透射率和相對(duì)較高的反射率。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK102576973SQ201080012123
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者B.瓦爾克 申請(qǐng)人:奧蘭若技術(shù)有限公司