相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求在2015年1月22日提交的美國(guó)申請(qǐng)14/602,418的優(yōu)先權(quán)且是它的延伸，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。

本發(fā)明總體涉及具有可選集成冷卻系統(tǒng)的多發(fā)射器激光模塊。

背景技術(shù)：

單半導(dǎo)體激光器或發(fā)射器是緊湊的且在范圍廣泛的應(yīng)用中廣泛使用。在一些應(yīng)用中，需要顯著大于單發(fā)射器的輸出的光學(xué)輸出功率。一種解決方案是生成具有多個(gè)單發(fā)射器的模塊且將各個(gè)單發(fā)射器的光學(xué)輸出結(jié)合成結(jié)合的光學(xué)輸出。術(shù)語(yǔ)單發(fā)射器在此使用。單發(fā)射器的示例有例如來(lái)自捷迪訊光電公司(jdsuniphasecorporation)的l4二極管激光模塊。然而，激光輻射源也能夠是一堆或一列或一條半導(dǎo)體激光器或多個(gè)激光二極管。激光條的示例是來(lái)自trumpf公司的trudiode301。除非特別不同地指出，否則作為單激光二極管的單發(fā)射器、和一堆或一條激光二極管或多個(gè)激光二極管兩者將在此被考慮為單激光源。

多個(gè)激光源通常能夠組裝在模塊中，以使得單個(gè)源的各個(gè)射束光學(xué)地堆疊在一個(gè)軸中以產(chǎn)生這樣的單激光輻射射束，所述單激光輻射射束具有比來(lái)自單激光源明顯更高的光學(xué)功率等級(jí)。除了光學(xué)堆疊之外，偏振和波長(zhǎng)結(jié)合被經(jīng)常使用以進(jìn)一步增加光學(xué)功率和亮度。存在不同的已知方式以將各個(gè)激光源定位在模塊中且將各個(gè)輸出結(jié)合成更強(qiáng)的結(jié)合光學(xué)輸出。參見(jiàn)例如美國(guó)專利no.7,801,190和8,611,389。

邊緣發(fā)射式激光二極管在現(xiàn)有技術(shù)中已知。為了示意目的，這種激光二極管100的示意圖在圖1中提供，二極管含有包括p層和n層以及輻射層101的多個(gè)層，大致具有長(zhǎng)的本體和較小的正面?zhèn)取Ｋ鰧?01的可識(shí)別孔或面是裝置100受關(guān)注的輻射部分。大致上，激光二極管的發(fā)射孔口的形狀是矩形的，其中長(zhǎng)維度具有通常幾十到幾百微米的尺寸，而短維度的尺寸通常是一至兩微米。衍射效應(yīng)引起出現(xiàn)的輻射發(fā)散，發(fā)散角與孔口的尺寸成反比?？卓诘亩叹S度與大約一微米的典型激光二極管波長(zhǎng)相當(dāng)：衍射效應(yīng)導(dǎo)致在這個(gè)"快軸"方向上的大射束發(fā)散，這可以高達(dá)七十五度。發(fā)散角的尺寸被已知為數(shù)值孔口(na)，射束在沿著條紋方向上比垂直于條紋具有較低數(shù)值孔口。條紋的長(zhǎng)維度被已知為激光二極管的慢軸。

準(zhǔn)直透鏡被應(yīng)用以將沿快軸和慢軸方向的輻射發(fā)散進(jìn)行校正。概括而言，快軸準(zhǔn)直器正對(duì)或靠近于激光的輸出定位，且可以是柱形或環(huán)形形狀。在比快軸準(zhǔn)直器更遠(yuǎn)的距離處，慢軸準(zhǔn)直器被應(yīng)用到每個(gè)激光源。據(jù)此，各個(gè)激光源的輸出射束通常在被結(jié)合之前都被校準(zhǔn)。校準(zhǔn)的各個(gè)源的射束繼而必須利用光學(xué)結(jié)合器結(jié)合成單輸出射束，例如通過(guò)光學(xué)多路復(fù)用器或通過(guò)偏振器結(jié)合。

為了能夠適當(dāng)?shù)匦?zhǔn)各個(gè)射束且適當(dāng)?shù)貙?duì)齊射束以實(shí)現(xiàn)結(jié)合，各個(gè)激光源必須通過(guò)光學(xué)器件設(shè)置且對(duì)齊，以在結(jié)合步驟之前保持各個(gè)射束分離且限制各個(gè)射束的串?dāng)_和干擾。

相關(guān)領(lǐng)域提供數(shù)種方法以在利用單發(fā)射器的激光模塊中生成結(jié)合的激光射束。在2013年5月7日發(fā)布的du等人的且其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此的美國(guó)專利no.8,437,086示出數(shù)種方法、和光學(xué)器件及裝置的載體構(gòu)型、集成和布局。所述專利也證實(shí)所采用方法固有的一些問(wèn)題。含有各個(gè)單發(fā)射器且將它們結(jié)合成單光學(xué)輸出的設(shè)備將被稱為多個(gè)激光模塊或僅僅被稱為模塊。

據(jù)此，需要具有符合成本效益的架構(gòu)和殼體的改進(jìn)且新穎的多單激光發(fā)射器模塊。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的方面提供系統(tǒng)和方法以結(jié)合來(lái)自諸如發(fā)射器二極管的多個(gè)排列激光源的輻射，從而增加能夠耦合到光纖中的光學(xué)功率。

依據(jù)本發(fā)明的一方面，激光模塊包括基部，所述基部包括第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)和第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)和多個(gè)激光源，其中，一個(gè)激光源緊固在所述第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)和第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)的每一個(gè)上，以使得所述多個(gè)激光源中的每個(gè)能夠發(fā)射輻射，且當(dāng)在操作中時(shí)在第一方向上發(fā)射輻射。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述多個(gè)激光源在第一共同平面中排列。每個(gè)激光源能夠發(fā)射輻射。依據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，激光模塊也包括第一多個(gè)反射器，其中，所述第一多個(gè)反射器之一將接收來(lái)自定位在所述第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)之一上的激光源的輻射且將輻射沿第二方向反射。第二方向在一個(gè)實(shí)施方式中垂直于第一方向。所述第一多個(gè)反射器中的每個(gè)優(yōu)選定位在與所述第一多個(gè)激光源的共同平面隔第一距離的所述第一多個(gè)反射器自身的共同平面中。

依據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，激光模塊還包括第二多個(gè)反射器，其中，所述第二多個(gè)反射器之一將接收來(lái)自定位在所述第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)之一上的激光源的輻射且沿第三方向反射輻射，第三方向在一個(gè)實(shí)施方式中相反于第二方向。所述第二多個(gè)反射器中的每個(gè)優(yōu)選定位在與所述第二多個(gè)激光源的共同平面隔第二距離的所述第二多個(gè)反射器自身的共同平面中。第三距離大于第二距離。

依據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，激光模塊也包括光學(xué)結(jié)合器，所述光學(xué)結(jié)合器將所述第一多個(gè)激光源和第二多個(gè)激光源的輻射結(jié)合成能夠耦合到光纖中的單射束。

依據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述多個(gè)激光源是單發(fā)射器二極管激光。

依據(jù)本發(fā)明的另一方面，光學(xué)結(jié)合器在所述第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)和所述第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)之間定位在激光模塊中。

依據(jù)本發(fā)明的另一方面，激光模塊的基部和本體由單件金屬加工。

替換性的，激光模塊的基部和本體被生產(chǎn)為結(jié)構(gòu)集成陶瓷。

依據(jù)本發(fā)明的另一方面，體布拉格光柵定位在激光模塊中以接收來(lái)自光學(xué)結(jié)合器的輻射。

依據(jù)本發(fā)明的另一方面，快軸準(zhǔn)直器和慢軸準(zhǔn)直器在輻射路徑中緊固在所述第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)和第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)中的每個(gè)中，輻射路徑位于定位在所述第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)和第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)中的每個(gè)中的激光源和反射器之間。

依據(jù)本發(fā)明的另一方面，階梯狀平臺(tái)能夠以多種方式設(shè)置。例如，所述第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)能夠朝向所述第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)向下成階梯狀，以及所述第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)能夠朝向所述第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)向下成階梯狀。

依據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)中的每個(gè)與在所述第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)中的鄰近平臺(tái)偏移第一預(yù)先設(shè)定階梯高度，且所述第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)中的每個(gè)與在所述第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)中的鄰近平臺(tái)偏移第二預(yù)先設(shè)定階梯高度。

本發(fā)明也包括結(jié)合在激光模塊中的輻射的方法。所述方法的一個(gè)實(shí)施方式包括下述步驟：利用在第一階梯狀平臺(tái)和第二階梯狀平臺(tái)上的多個(gè)激光源發(fā)射輻射，每個(gè)輻射在第一方向上；而后通過(guò)利用定位在第一共同平面中的第一多個(gè)反射器反射來(lái)自第一階梯狀平臺(tái)中的所述多個(gè)激光器中的每個(gè)的輻射而在大致垂直于第一方向的第二方向上產(chǎn)生第一組輻射。同樣，通過(guò)利用定位在第二共同平面中的第二多個(gè)反射器反射來(lái)自第二階梯狀平臺(tái)中的所述多個(gè)激光器中的每個(gè)的輻射而在大致相反于第二方向的第三方向上產(chǎn)生第二組輻射，其中，第一共同平面和第二共同平面是不同平面。通過(guò)利用反射器反射第一組輻射而產(chǎn)生第三組輻射。通過(guò)利用偏振器或波長(zhǎng)結(jié)合器結(jié)合第二組輻射和第三組輻射而產(chǎn)生結(jié)合的輻射。結(jié)合的輻射繼而耦合到光纖中。在所述方法的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述第一多個(gè)激光源和第二多個(gè)激光源也在與第一共同平面和第二共同平面不同平面的共同平面中排列，且所述第一多個(gè)反射器和第二多個(gè)反射器的共同平面各自與所述多個(gè)激光源的共同平面隔不同距離地定位。

依據(jù)所述方法的一方面，結(jié)合的輻射穿過(guò)體布拉格光柵。同樣，依據(jù)本發(fā)明的另一方面，來(lái)自所述多個(gè)激光源中的每個(gè)的輻射在通過(guò)各個(gè)反射器反射之前穿過(guò)快軸準(zhǔn)直器和慢軸準(zhǔn)直器。

在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，激光模塊包括光學(xué)構(gòu)件，以將來(lái)自多個(gè)激光器的輻射引導(dǎo)到光纖。光纖的前端結(jié)合到端蓋，所述端蓋在位置上緊固到平臺(tái)中的結(jié)構(gòu)。依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述結(jié)構(gòu)是凹槽。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，凹槽是v型凹槽。也能夠使用其它結(jié)構(gòu)。例如，端蓋也能夠緊固到桿柱或∩形卡扣、或能夠牢固地保持端蓋的任何結(jié)構(gòu)。依據(jù)本發(fā)明的一方面，環(huán)氧樹(shù)脂涂層被施涂到光纖的開(kāi)始區(qū)段以將光纖固定在殼體內(nèi)側(cè)。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，任何光纖套在該開(kāi)始區(qū)段中移除以暴露光纖包層，且環(huán)氧樹(shù)脂涂層的折射率是與光纖包層的折射率相同或大于光纖包層的折射率，以使得耦合到光纖包層中的光能夠漏出且得到吸收。這種光纖耦合構(gòu)型能夠使用到任意激光模塊架構(gòu)，但是其對(duì)于在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中描述的模塊布局尤其適合。

通過(guò)權(quán)利要求、說(shuō)明書(shū)以及附圖將理解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)。上文已經(jīng)提及和在下文中更加詳細(xì)列出的特征也可以單獨(dú)使用或以任何結(jié)合方式一起使用。示出且描述的實(shí)施方式并非旨在被理解為限定性列舉，而是作為示例性特征以描述本發(fā)明。

附圖說(shuō)明

圖1和圖2以示意圖示出激光二極管的結(jié)構(gòu)。

圖3以俯視圖示出依據(jù)本發(fā)明的一方面的激光模塊。

圖4以示意圖示出依據(jù)本發(fā)明的一方面的激光模塊的本體的截面。

圖5和6示出依據(jù)本發(fā)明的一方面的在基板上的激光發(fā)射器封裝。

圖7以3d示意圖示出依據(jù)本發(fā)明的一方面的激光源，其定位在激光模塊的本體基部上的平臺(tái)的激光源安裝部分上。

圖8以剖視圖示出依據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的激光源，其定位在激光模塊中的平臺(tái)的激光器安裝部分上。

圖9以俯視圖示出依據(jù)本發(fā)明的一方面的激光模塊的一區(qū)段。

圖10以俯視圖示出依據(jù)本發(fā)明的一方面的激光模塊。

圖11以3d示意圖示出依據(jù)本發(fā)明的一方面的激光模塊。

圖12以俯視圖示出依據(jù)本發(fā)明的一方面的激光模塊中的電連接器。

圖13示出依據(jù)本發(fā)明的一方面的激光模塊的一部分。

圖14、15和16示出依據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的射束結(jié)合器。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的一個(gè)方面旨在用于單發(fā)射器模塊的符合成本效益的架構(gòu)和殼體，其導(dǎo)致對(duì)于光學(xué)堆疊輻射進(jìn)行優(yōu)化的單發(fā)射器的梯狀構(gòu)型，以實(shí)現(xiàn)光纖的功率和亮度增加。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，激光模塊包括基部，所述基部包括第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)和第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)，所述第一多個(gè)平臺(tái)和第二多個(gè)平臺(tái)中的每個(gè)容置激光源和反射器，其中，反射器接收來(lái)自激光源的輻射且反射輻射。所述第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)和第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)中的每個(gè)激光源在共同平面中排列；所述第一多個(gè)平臺(tái)中的每個(gè)反射器與共同平面隔第一距離地排列，且所述第二多個(gè)平臺(tái)中的每個(gè)反射器與共同平面隔第二距離地排列，其中，第二距離大于第一距離。激光模塊包括轉(zhuǎn)向反射器，所述轉(zhuǎn)向反射器定位成將來(lái)自所述第一多個(gè)鏡部的輻射反射到偏振器或波長(zhǎng)結(jié)合器，所述波長(zhǎng)結(jié)合器將所述多個(gè)激光源的輻射結(jié)合成耦合到光纖中的單射束。

依據(jù)本發(fā)明的一方面，激光源是高功率的單發(fā)射器激光二極管?；?00上的激光二極管100在圖2中示出。基板可以大于激光源的占用面積，基板也可以等于或小于激光源的占用面積。本發(fā)明使用堆疊在階梯狀平臺(tái)上的多個(gè)激光二極管100。

依據(jù)本發(fā)明的一方面的多發(fā)射器模塊的一個(gè)實(shí)施方式在圖3、4和5中示出。圖3、4和5的示意圖示出模塊的階梯狀布局。圖3是模塊300的俯視圖。模塊300具有集成本體301，包括本體的外側(cè)或框架，包括集成凸緣和連接孔302。模塊的內(nèi)側(cè)含有階梯狀結(jié)構(gòu)，階梯或平臺(tái)a、b、c、d、e、f和g設(shè)置在模塊的左側(cè)中，如在圖3的俯視圖中示出的。階梯或平臺(tái)h、i、j、k、1、m和n設(shè)置在模塊的右側(cè)中，如所示。模塊300的截面在圖4中示出且應(yīng)該有利地結(jié)合圖3考慮和觀察，以說(shuō)明模塊的構(gòu)造。

圖4在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中示出本體301是一件體，其由單件金屬加工或生成為單體陶瓷。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，本體301是金屬體，且所有階梯、拐角、腔體、槽口以及其它特征能夠通過(guò)利用計(jì)算機(jī)數(shù)控(cnc)機(jī)器加工諸如銅的金屬實(shí)心塊而生成。特征將在下文中進(jìn)一步說(shuō)明。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，本體301完全由陶瓷制造。這能夠例如通過(guò)下述生成不同層的陶瓷材料而完成：特征自每層切除，且所有陶瓷層以對(duì)齊的方式堆疊以及在熔爐或烤爐中烘干從而生成單體301。陶瓷實(shí)施方式比加工金屬優(yōu)越的一點(diǎn)是顯著降低成本。而且，aln和beo的熱導(dǎo)率非常好且其熱膨脹類似于砷化鎵，砷化鎵是用于高功率激光二極管的共同材料。

如依據(jù)本發(fā)明的一方面提供的激光模塊具有在單平面中或在單平臺(tái)上的單子單元，所述單子單元包括在基板上的單激光發(fā)射器303，所述單激光發(fā)射器通過(guò)電流提供動(dòng)力、且輻射穿過(guò)快軸準(zhǔn)直器304和慢軸準(zhǔn)直器305到反射器306上。準(zhǔn)直器305和反射器306are定位和緊固在本體中的階梯或平臺(tái)a上。階梯a具有相對(duì)于基部高度g的預(yù)定義高度，所述基部高度是相對(duì)于本體的底部高度401而言。具有基部高度和階梯狀平臺(tái)的本體301以其總體稱為基部?；吭O(shè)有壁和附連凸緣類似物302，它們以其總體稱為激光模塊的本體。在這個(gè)示例中，模塊的左側(cè)具有7個(gè)不同的向下階梯或平臺(tái)a、b、c、d、e、f和g，它們從左至右、從最高高度a至最低高度g地向下。每個(gè)階梯或平臺(tái)具有其自身的發(fā)射器、快速和慢速準(zhǔn)直器和反射器。因此，從各個(gè)發(fā)射器303發(fā)射的輻射將穿過(guò)準(zhǔn)直器304和305以撞擊反射器306且通過(guò)反射器反射到沿朝向定位在高度或平臺(tái)g上的結(jié)合光學(xué)器件310的光軸的方向上。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的結(jié)合光學(xué)器件310是具有偏振涂層的板或棱鏡；在另一實(shí)施方式中，結(jié)合光學(xué)器件能夠是二向色反射器以結(jié)合具有不同波長(zhǎng)的激光輻射。

平臺(tái)b從高度或平臺(tái)a向下成階梯。與平臺(tái)b關(guān)聯(lián)的發(fā)射器、準(zhǔn)直器和反射器相對(duì)于高度g或基部高度401定位在平臺(tái)a的發(fā)射器、準(zhǔn)直器和反射器的下方。與平臺(tái)b關(guān)聯(lián)的反射器將與平臺(tái)b關(guān)聯(lián)的發(fā)射器的輻射反射到結(jié)合光學(xué)器件310并反射到聚焦透鏡311以例如聚焦在接收光纖上。由于平臺(tái)a和b之間的高度差異，相關(guān)發(fā)射器的輻射沿朝向310的軸是平行的但不彼此干擾，因?yàn)樗鰞蓚€(gè)射束的光軸在不同高度。平臺(tái)c、d、e、f和g上的發(fā)射器和光學(xué)器件以類似的不干擾的方式操作。驅(qū)動(dòng)電流被引導(dǎo)穿過(guò)連接器308和309。

模塊300優(yōu)選在模塊的右側(cè)上設(shè)置的鏡部中具有類似構(gòu)型。這在圖3和圖4中示出為平臺(tái)h、i、j、k、1、m和n，圖4中示出穿過(guò)如圖3所示的模塊的一部分的模塊的截面圖。

發(fā)射器500的細(xì)節(jié)在圖5和圖6中示出。激光二極管芯片505結(jié)合到基板501上，所述基板可以是陶瓷基板，且所述基板繼而在特定高度處焊接到模塊基部上。基板的頂部表面分離成兩個(gè)金屬化區(qū)域，n金屬化層502和p金屬化層503，從而形成用于激光器的正觸頭和負(fù)觸頭。焊線504被用于將激光二極管的頂部(通常是n側(cè))連接到基板的負(fù)接觸區(qū)域502?？燧S準(zhǔn)直器透鏡506由于非常小的后焦距非常接近地附連到激光器的正面。圖7以3d示意圖示出依據(jù)本發(fā)明的一方面的平臺(tái)的實(shí)施方式。所述平臺(tái)至少是模塊的激光輻射沿其被引導(dǎo)到反射器的部分。平臺(tái)可以是平坦的或不是。平臺(tái)平行于彼此延伸。一個(gè)平臺(tái)沿雙箭頭509標(biāo)示。這個(gè)平臺(tái)具有光學(xué)裝置載體區(qū)段511，所述區(qū)段容置慢軸準(zhǔn)直器508和未示出的對(duì)應(yīng)的反射器。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，基板上的發(fā)射器或發(fā)射器封裝優(yōu)選定位在光學(xué)裝置載體部分511的表面上方0.5-2mm。平臺(tái)區(qū)段510可以比區(qū)段511更高。這個(gè)區(qū)段稱為平臺(tái)509的激光源安裝部分510。據(jù)此，平臺(tái)具有光學(xué)裝置或光學(xué)構(gòu)件載體部分以及激光源安裝部分。甚至如果這些部分不從同一部件制造，它們?nèi)匀皇菃纹脚_(tái)的部分。也可以說(shuō)激光源安裝部分對(duì)應(yīng)于如圖7所示的特定平臺(tái)或與之關(guān)聯(lián)。

沿平臺(tái)509的截面圖在圖8中示出。圖8示出發(fā)射器封裝500，其定位在激光源安裝部分510上，以使得由封裝500發(fā)射的輻射充分掃過(guò)作為光學(xué)構(gòu)件載體部分的區(qū)段511。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，模塊的本體例如通過(guò)cnc機(jī)器由諸如銅或陶瓷材料的單件材料加工。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，模塊的本體由堆疊材料層制造。在那種情況下，有利的是限制制造階梯的數(shù)量。優(yōu)選的是使僅一個(gè)厚度的層被堆疊。當(dāng)所述層由烘干的陶瓷制造時(shí)，層之間的差異可隨著陶瓷層被結(jié)合而消失。

不要求模塊的右側(cè)被準(zhǔn)確鏡像，且在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在模塊的左側(cè)和右側(cè)上的階梯不被準(zhǔn)確鏡像且不在相同高度上。模塊的左側(cè)到右側(cè)上的鏡像大致圍繞在圖3和圖4中示出的虛線315發(fā)生。注意到僅模塊的在線316以上的部分在圖3中被鏡像。

在圖9中提供圍繞結(jié)合器310的區(qū)域600的詳細(xì)說(shuō)明，所述結(jié)合器可以是偏振結(jié)合器或偏光結(jié)合器。也可以構(gòu)想諸如波長(zhǎng)多路復(fù)用器的其它結(jié)合器。到線315的右部和線316的上部的區(qū)域是模塊的左側(cè)的鏡像復(fù)制。其具有階梯或平臺(tái)h、i、j、k、1、m和n。階梯或高度h是與平臺(tái)或高度g相同的高度。平臺(tái)h、i、j、k、1、m和n中的每個(gè)具有可以是單激光發(fā)射器的激光源、以及快軸準(zhǔn)直器(在圖9中都未示出)、慢軸準(zhǔn)直器323和反射器322。為了防止圖3有附圖標(biāo)記變得太擁擠，現(xiàn)在圖9中標(biāo)記的一些元件在圖3中未標(biāo)記。這包括將結(jié)合的射束聚焦到輸出光纖327中的柱形透鏡325和326。而且，可選的體布拉格光柵324能夠定位在結(jié)合偏振器310和柱形透鏡325之間?？蛇x的體布拉格光柵324被應(yīng)用以穩(wěn)定結(jié)合的激光輻射的波長(zhǎng)。

在圖9中還示出的是半波片321，在這個(gè)示意性示例中用于在平臺(tái)或階梯h、i、j、k、1、m和n上的激光源的輸出射束。發(fā)射器的輸出射束通過(guò)反射器320反射到結(jié)合偏振器310且與在模塊的左側(cè)上的發(fā)射器的輸出結(jié)合。來(lái)自模塊的每側(cè)的各個(gè)校準(zhǔn)的發(fā)射器或激光源射束沿在左側(cè)上的共同軸輻射，但是被光源和光學(xué)器件的階梯狀或交錯(cuò)狀位置分離，且在結(jié)合偏振器310中結(jié)合。來(lái)自模塊的右側(cè)上的發(fā)射器或激光源的射束也沿共同軸輻射但是由于階梯狀平臺(tái)交錯(cuò)，且經(jīng)由反射器320被朝向結(jié)合偏振器310引導(dǎo)。反射器320和結(jié)合偏振器310所需的空間添加到模塊的附加深度或?qū)挾龋龈郊由疃然驅(qū)挾瘸^(guò)用于具有激光源或發(fā)射器的單排階梯狀平臺(tái)所需的深度或?qū)挾取?/p>

在此提供的具有單排階梯狀或交錯(cuò)狀發(fā)射器或激光源、一排反射器以及與所述一排發(fā)射器不同距離的第二排反射器的激光模塊的構(gòu)造提供額外益處：生成用于輸出光學(xué)器件或諸如光纖耦合區(qū)段的其它輸出結(jié)構(gòu)的空間。

因此，本發(fā)明的一個(gè)方面在于激光源在一排或共同平面中排列。依據(jù)本發(fā)明的一方面，這意味著激光源的邊緣沿共同平面排列。替換性的，共同平面中的排列能夠意味著激光源能夠排列，以使得所述多個(gè)激光源的任何部分能夠在共同平面中排列。第一階梯狀平臺(tái)中的所述多個(gè)反射器也定位在與激光源或與第一共同平面隔第一距離的第二共同平面中。第二階梯狀平臺(tái)中的所述多個(gè)反射器也定位在第三共同平面中，第三共同平面與激光源或與第一共同平面隔更遠(yuǎn)的第二距離。

這種構(gòu)型允許光纖聚焦透鏡和一長(zhǎng)段光纖鄰近于反射器容置在激光模塊中。這導(dǎo)致提高密度的構(gòu)件和更有效地冷卻在模塊空間內(nèi)部的光纖。

依據(jù)本發(fā)明的一方面，所述第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)朝向所述第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)向下成階梯狀且所述第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)朝向所述第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)向下成階梯狀。所述第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)中的每個(gè)能夠與所述第一多個(gè)階梯狀平臺(tái)中的鄰近平臺(tái)偏移第一預(yù)先設(shè)定階梯高度，且所述第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)中的每個(gè)能夠與所述第二多個(gè)階梯狀平臺(tái)中的鄰近平臺(tái)偏移第二預(yù)先設(shè)定階梯高度。

每個(gè)發(fā)射器或激光源和慢軸準(zhǔn)直器323之間的所需最小距離確定模塊的寬度或深度。不期望的是來(lái)自各個(gè)發(fā)射器的輻射和在模塊的一側(cè)上的輻射與在模塊的另一側(cè)上產(chǎn)生的輻射干擾。來(lái)自各個(gè)發(fā)射器的輻射的干擾通過(guò)利用階梯狀或交錯(cuò)狀平臺(tái)被防止。這再次在圖4、7、9、10和11中示出。箭頭701和703是各個(gè)發(fā)射器的校準(zhǔn)輻射的軸線和方向的示例性指示。激光源的輻射由于平臺(tái)和校準(zhǔn)是平行的且在不同平面中，且在模塊700中向下指向。慢軸準(zhǔn)直器取決于光學(xué)的考慮基本定位在一個(gè)平面中。各個(gè)射束被各個(gè)反射器朝向使用(在模塊的右側(cè)上)或不使用(在模塊的左側(cè)上)共同反射器的結(jié)合器反射。反射的各個(gè)射束的共同方向?qū)τ谀K的左側(cè)被箭頭702指示且對(duì)于模塊的右側(cè)被箭頭704指示。反射的各個(gè)射束在指示的共同方向上的單平面內(nèi)基本交錯(cuò)。

為了防止來(lái)自沿箭頭702和704的射束的任何可能的干擾或串?dāng)_，這些結(jié)合的射束定位在不同平面中，所以沿箭頭704的射束不能撞擊或反射在沿702的結(jié)合射束的任何反射器上。這在這個(gè)示意性示例中通過(guò)將沿箭頭704的模塊右側(cè)的所述一排反射器布置得比在左側(cè)上更靠近于所述一排慢軸準(zhǔn)直器而實(shí)現(xiàn)，這在圖10中被清楚示出，但是并非必然成正確的比例。通過(guò)將在模塊右側(cè)上的反射器布置得比在左側(cè)上更靠近于準(zhǔn)直器，朝向模塊殼體底部生成用于反射器的空間，用于將沿704的射束在圖9中通過(guò)反射器320朝向結(jié)合偏振器310反射。這生成自由空間710，其中，結(jié)合光學(xué)器件和光纖耦合區(qū)段能夠定位。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得模塊、包括其殼體與已知的具有光纖輸出的多發(fā)射器模塊相比相對(duì)緊湊且更耐用。

同樣，更易于將模塊的組裝自動(dòng)化，因?yàn)樗袉伟l(fā)射器在相同方向上定向。在所述多個(gè)激光源中的每個(gè)沿共同平面排列的情況下尤其如此。充足空間也可用于將諸如可選的布拉格光柵324的附加裝置定位到模塊中，而無(wú)需延長(zhǎng)模塊的長(zhǎng)度。這與可購(gòu)得的例如如更早引用的美國(guó)專利no.8,437,086中描述的多發(fā)射器模塊不同。

在圖5a、6a和8a中示出的那篇公開(kāi)美國(guó)專利no.8,437,086的多發(fā)射器構(gòu)造教導(dǎo)的是示出的模塊殼體在長(zhǎng)度方面必須延長(zhǎng)超過(guò)發(fā)射器的位置以容納用于模塊的共同光學(xué)器件。如依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面提供的多發(fā)射器實(shí)施方式的構(gòu)造提供的益處在于在類似模塊占用面積內(nèi)的輸出光纖的改進(jìn)冷卻，從而使得模塊能夠處理150w及以上的輸出功率。

一排各個(gè)單發(fā)射器的光學(xué)輻射均首先在快軸中校準(zhǔn)以生成典型的0.5mm的射束高度(x軸)，且隨后在慢軸(y軸)中校準(zhǔn)以生成典型的2mm的射束寬度。各個(gè)校準(zhǔn)射束繼而通過(guò)反射器在快軸(x軸)中光學(xué)堆疊以將射束在z-y平面中重新導(dǎo)向優(yōu)選90度。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，模塊具有設(shè)置在一個(gè)殼體中的2排堆疊的單發(fā)射器，所述單發(fā)射器通過(guò)偏振或波長(zhǎng)復(fù)用被光學(xué)結(jié)合成一個(gè)射束。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是其它構(gòu)型也是可以的，諸如多于2排的發(fā)射器以及每排中任意數(shù)量的發(fā)射器、以及具有各排的交織射束路徑的光學(xué)構(gòu)型。同樣本發(fā)明的方面不受限于單發(fā)射器，而是能夠包括激光二極管條或迷你條。

諸如圖3的示意圖示出單發(fā)射器，每個(gè)平臺(tái)模塊具有兩排單發(fā)射器，每排包括七個(gè)單發(fā)射器。所述兩排沿模塊的一側(cè)設(shè)置，以使得光學(xué)堆疊射束不會(huì)干擾并在發(fā)射射束到光纖中之前被偏振復(fù)用。圖11示出模塊700的3d圖。

依據(jù)本發(fā)明的一方面，提供結(jié)合激光模塊中的輻射的方法。首先，輻射由第一階梯狀平臺(tái)和第二階梯狀平臺(tái)上的在共同平面中排列的多個(gè)激光源發(fā)射。通過(guò)利用與共同平面隔第一距離定位的第一多個(gè)反射器反射來(lái)自第一階梯狀平臺(tái)的所述多個(gè)激光器中的每個(gè)輻射，在第一方向上產(chǎn)生第一組輻射。通過(guò)利用與共同平面隔第二距離定位的所述第二多個(gè)反射器反射來(lái)自第二階梯狀平臺(tái)中的所述多個(gè)激光器中的每個(gè)的輻射，在大致相反于第一方向的第二方向上產(chǎn)生第二組輻射，其中，第二距離大于第一距離。繼而通過(guò)利用反射器反射第一組輻射而產(chǎn)生第三組輻射。通過(guò)利用結(jié)合器將第二組輻射和第三組輻射結(jié)合成耦合到光纖中的單射束，產(chǎn)生結(jié)合的輻射。

依據(jù)所述方法的其它方面，來(lái)自結(jié)合器的結(jié)合的輻射穿過(guò)體布拉格光柵。同樣，來(lái)自所述多個(gè)激光源中的每個(gè)的輻射在被各個(gè)反射器反射之前穿過(guò)快軸準(zhǔn)直器和慢軸準(zhǔn)直器。

圖12示出經(jīng)由傳導(dǎo)層901的在模塊以內(nèi)的電流和相對(duì)電勢(shì)。

依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，如在此提供的激光模塊的布局允許新穎的光纖耦合，所述光纖耦合增加由激光模塊提供的功率。所述布局提供定位在激光模塊的本體內(nèi)側(cè)的用于光纖耦合的空間。這個(gè)空間已經(jīng)在圖10中示出為用于光纖耦合的區(qū)域710。由于新穎的布局，區(qū)域710的可用性是意料之外的但是在已經(jīng)緊湊的設(shè)計(jì)中是受歡迎的益處。依據(jù)本發(fā)明的一方面，提供由在激光模塊的本體內(nèi)側(cè)的構(gòu)件產(chǎn)生的激光輻射至出口光纖的新穎的光纖耦合。注意到在已知激光模塊設(shè)計(jì)中非常有限的空間可用于執(zhí)行光纖耦合，如下文描述的。在那些情況下激光模塊的出口功率與依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面提供的以下光纖耦合相比受限。還注意到的是，在此依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面提供的光纖耦合能夠在需要將來(lái)自模塊的激光輻射耦合到外部裝置或用品的任何激光模塊中使用。如在此提供的光纖耦合設(shè)計(jì)因此不但明確地不受限于階梯狀平臺(tái)激光模塊，而且能夠在需要輸出激光輻射的不同模塊設(shè)計(jì)中使用。

圖13是圍繞出口光纖1506的區(qū)域的模塊的3d示圖。其展示慢軸準(zhǔn)直器1503和反射器1501和射束1504。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，光纖1506具有模式剝離區(qū)域，用于在激光模塊的本體內(nèi)側(cè)的有效包層光移除。光纖在其進(jìn)入點(diǎn)具有端蓋1505，所述端蓋幫助保護(hù)光纖面且協(xié)助固定光纖位置。端蓋1505接收輻射的聚焦射束且將所述輻射向下傳輸?shù)焦饫w1506。端蓋1505坐置在凹陷中，所述凹陷在一個(gè)實(shí)施方式中可以是凹槽，且在另一實(shí)施方式中可以是v型凹槽1507以準(zhǔn)確定位端蓋。可以應(yīng)用將端蓋設(shè)定在固定位置的任何尺寸的v型凹槽。圖13中的端蓋示出為定位在可以是基部的一部分的平臺(tái)上。端蓋可以固定到任何其它結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)固定或能夠固定到激光模塊的基部或殼體以緊固地保持端蓋。也能夠使用附連到平臺(tái)的結(jié)構(gòu)以將端蓋緊固到平臺(tái)。

包層模式剝離可以通過(guò)將具有例如環(huán)氧樹(shù)脂的涂層施涂到出口光纖1506而實(shí)現(xiàn)，所述環(huán)氧樹(shù)脂的折射率等于或高于包層的折射率。在包層外側(cè)的任何光纖套被移除，以使得諸如環(huán)氧樹(shù)脂涂層的涂層圍繞光纖1506的包層，且包層圍繞光纖1506的芯體。環(huán)氧樹(shù)脂的折射率優(yōu)選不小于包層的折射率，更優(yōu)選在比包層的折射率高1-5％的范圍中、且最優(yōu)選比包層的折射率高5％或更高。包層可具有1.45的折射率，且環(huán)氧樹(shù)脂具有1.52的折射率。優(yōu)選至少部分地涂覆出口光纖的包層和優(yōu)選光纖在殼體或激光模塊的本體內(nèi)側(cè)的僅一部分。旨在剝離的輻射功率不到達(dá)在激光模塊的本體外側(cè)的連接器。

包層模式剝離使耦合到光纖的包層而非芯體中的輻射的功率消散。光纖通常是固定到在激光模塊的本體外側(cè)的連接器。未移除的包層中的額外的功率可能例如通過(guò)燒毀光纖而不利地影響耦合系統(tǒng)。當(dāng)輻射從光纖包層逃逸且被連接器吸收時(shí)，連接器可能顯著升溫且壞掉。本發(fā)明的以上方面在輻射離開(kāi)激光模塊之前除去包層輻射是有利的。依據(jù)本發(fā)明的一方面，包層中的至少20watt的輻射功率能夠被在激光模塊內(nèi)側(cè)的模式剝離移除，且也可能移除包層中30watt或更多的輻射功率。假設(shè)95％的光纖耦合效率到光纖芯體中，則本發(fā)明能夠用于具有500w或更高輸出功率的激光模塊。為了實(shí)現(xiàn)包層模式剝離的優(yōu)選級(jí)別，最小5-10mm的出口光纖被環(huán)氧樹(shù)脂涂覆且優(yōu)選10-20mm之間的出口光纖在激光模塊的本體內(nèi)側(cè)被環(huán)氧樹(shù)脂涂覆。

實(shí)驗(yàn)示出當(dāng)光纖僅通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂涂層固定時(shí)，在操作期間環(huán)氧樹(shù)脂的升溫可能引起光纖相對(duì)于透鏡移動(dòng)，輻射從所述透鏡耦合到光纖面中，從而引起光纖面錯(cuò)位。本發(fā)明的數(shù)個(gè)方面被提供以穩(wěn)定這個(gè)光纖入口點(diǎn)。端蓋1505熔融到光纖的入口面。端蓋優(yōu)選是熔融的硅玻璃柱體，且端蓋的入口面優(yōu)選被抗反射(ar)涂覆以改進(jìn)光纖耦合效率。端蓋柱體的尺度優(yōu)選設(shè)計(jì)成容納光纖的數(shù)值孔口(na)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，端蓋對(duì)于具有0.22na的光纖具有3mm的長(zhǎng)度和1mm的直徑。柱體的軸線優(yōu)選與光纖的軸線對(duì)齊。與光纖直徑相比較大直徑的端蓋允許將ar涂層方便地施涂到端蓋的入口側(cè)，這對(duì)于施涂到顯著較小的光纖入口面明顯更難。

依據(jù)本發(fā)明的一方面，提供平臺(tái)1510以支撐或至少容置端蓋1505。為了進(jìn)一步穩(wěn)定端蓋，v型凹槽設(shè)置在平臺(tái)1510中以接收和布置端蓋。優(yōu)選的，環(huán)氧樹(shù)脂自與端蓋一段距離起覆蓋出口光纖，所述距離優(yōu)選遠(yuǎn)離光纖和端蓋之間的熔融部至少1mm。這生成穩(wěn)定和對(duì)齊的光纖耦合，其剝離包層輻射且對(duì)于耗散熱的排布不敏感。

注意到在此描述的緊固的端蓋和環(huán)氧樹(shù)脂涂覆的光纖光學(xué)實(shí)施方式能夠在任何類型的激光發(fā)射器模塊架構(gòu)上使用。然而，由于從光學(xué)結(jié)合器到光纖出口端口可用的長(zhǎng)路徑長(zhǎng)度，此處的光纖耦合實(shí)施方式尤其適合于根據(jù)本發(fā)明的其它方面的激光模塊架構(gòu)。

圖14、15和16示出本發(fā)明中的偏振結(jié)合裝置的數(shù)種實(shí)施方式，以結(jié)合由不同激光源產(chǎn)生的輻射。圖14示出用于具有鏡部1601加上偏振器片1602的波片1600的本發(fā)明的一實(shí)施方式。這種實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于這是種不帶有膠合界面的非常靈活的實(shí)施方式。缺點(diǎn)在于需要對(duì)于各個(gè)光學(xué)器件準(zhǔn)確排布。

圖15示出具有鏡部1700的結(jié)合器的實(shí)施方式，所述鏡部具有偏振棱鏡1702。偏振棱鏡也具有波片1701。鏡部1700能夠被對(duì)齊以校正射束偏移且棱鏡1702無(wú)需對(duì)齊。缺點(diǎn)可能是存在兩個(gè)膠合界面。圖16示出具有波片1800和兩個(gè)棱鏡部分1801和1802的集成結(jié)合器的實(shí)施方式。這個(gè)實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于其是具有最低對(duì)齊要求的一件式設(shè)計(jì)。這個(gè)實(shí)施方式的缺點(diǎn)可能是存在通過(guò)對(duì)齊的僅部分射束校正，且存在兩個(gè)膠合界面。

圖14、15和16的結(jié)合器是射束結(jié)合器的示意性示例且其它實(shí)施方式是可行的。

雖然已經(jīng)如施加到本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式那樣示出、描述且指出本發(fā)明的基本新穎特征，但是將理解的是在不偏離本發(fā)明的精神的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)示出的方法和系統(tǒng)以及其操作的形式和細(xì)節(jié)做出各種省略和替換以及改變。因此，本發(fā)明僅如由權(quán)利要求的范圍指示地限制。