本發(fā)明屬于半導體激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高功率光纖耦合輸出半導體激光器。

背景技術(shù)：

光纖耦合輸出半導體激光器具有重量輕、體積小、效率高、可靠性好、壽命長等優(yōu)點，已廣泛應用于各個領(lǐng)域，比如：作為光纖激光器或固體激光器的泵浦源，醫(yī)療領(lǐng)域，工業(yè)加工和軍事領(lǐng)域。

目前存在的光纖耦合輸出半導體激光器系統(tǒng)，包括半導體激光器光源、光束傳輸系統(tǒng)、光纖耦合系統(tǒng)和相應的冷卻設(shè)備，整個半導體激光器系統(tǒng)體積較大，集成度較差，系統(tǒng)密封性較差，穩(wěn)定性較差，不能在惡劣的環(huán)境下工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種高功率光纖耦合輸出半導體激光器，以解決上述激光器系統(tǒng)存在的集成度差、密封性差和穩(wěn)定性差的問題。

(二)技術(shù)方案

一種光纖耦合輸出半導體激光器，包括：光源、光束合束系統(tǒng)、光閘、光束縮束系統(tǒng)、光纖耦合系統(tǒng)和吸收體；

光源發(fā)出的光經(jīng)過光束合束系統(tǒng)，光閘為打開狀態(tài)時，合束后的光經(jīng)光閘反射進入光束縮束系統(tǒng)進行縮束，縮束后的光進入光纖耦合系統(tǒng)，對激光進行聚焦和光纖耦合后輸出；光閘為關(guān)斷狀態(tài)時，合束后的光進入吸收體被吸收。

優(yōu)選地，還包括慢軸二次準直，設(shè)置在光束合束系統(tǒng)與光閘之間。

優(yōu)選地，所述光源包括至少兩個半導體激光模塊；

所述光束合束系統(tǒng)包括至少一組高反鏡和至少一組二向色鏡；

半導體激光模塊發(fā)出的光通過高反鏡和二向色鏡實現(xiàn)波長合束和空間合束。

優(yōu)選地，所述光閘包括電機和扇形介質(zhì)鏡，用于控制激光的輸出；

電機帶動扇形介質(zhì)鏡進入光路，光閘為打開狀態(tài)，光束被扇形介質(zhì)鏡反射進入光束縮束系統(tǒng)；

電機帶動扇形介質(zhì)鏡脫離光路，光閘為關(guān)斷狀態(tài)，光束被吸收體吸收。

優(yōu)選地，所述光束縮束系統(tǒng)包括一組柱透鏡，用于將快軸的光寬壓縮為原來的一半。

優(yōu)選地，所述光纖耦合系統(tǒng)包括耦合器底座、聚焦鏡組和保護線，保護線固定在耦合器底座上。

優(yōu)選地，還包括45°高透鏡，45°高透鏡設(shè)置在慢軸二次準直與光閘之間，用于將一部分入射光反射到功率計進行功率探測，另一部分光直接通過。

優(yōu)選地，還包括45°高反鏡，45°高反鏡設(shè)置在光閘之后，光閘為關(guān)斷狀態(tài)時，將合束后的光束反射到吸收體中，被吸收體吸收。

優(yōu)選地，還包括平臺；

所述光源、光束合束系統(tǒng)、光閘和光束縮束系統(tǒng)均設(shè)置有保護罩和上蓋板；

所述半導體激光器設(shè)置有溫度與濕度檢測電路板、漏水檢測線和通氣孔，用于對半導體激光器內(nèi)部環(huán)境條件實時檢測與控制。

優(yōu)選地，所述光源包括第一半導體激光模塊、第二半導體激光模塊、第三半導體激光模塊和第四半導體激光模塊；

第一半導體激光模塊和第二半導體激光模塊相對設(shè)置，且底部均設(shè)置有墊塊，第一半導體激光模塊和第二半導體激光模塊分別經(jīng)一組高反鏡和二向色鏡實現(xiàn)波長合束，合束光為c1；

第三半導體激光模塊和第四半導體激光模塊相對設(shè)置，且在出光方向均設(shè)置有連接筒，第三半導體激光模塊和第四半導體激光模塊分別經(jīng)另一組高反鏡和二向色鏡實現(xiàn)波長合束，合束光為c2；

所述光束c1和光束c2空間合束，所述第一、第二、第三和第四半導體激光模塊的光束從發(fā)光端面到達慢軸二次準直的光程相等。

(三)有益效果

(1)本發(fā)明全部采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，高功率光纖耦合輸出半導體激光器系統(tǒng)集成度高；

(2)半導體激光器設(shè)置溫度與濕度檢測電路板、漏水檢測線和通氣孔可以對半導體激光器內(nèi)部環(huán)境條件做到實時檢測與控制；

(3)各部分保護罩上下表面均設(shè)置密封槽，可使高功率光纖耦合輸出半導體激光器系統(tǒng)防水、防塵，能夠勝任在惡劣的環(huán)境條件下連續(xù)穩(wěn)定工作；

(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便，成本低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的高功率光纖耦合輸出半導體激光器立體圖。

圖2為本發(fā)明實施例的高功率光纖耦合輸出半導體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例的高功率光纖耦合輸出半導體激光器激光傳播路徑圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

本發(fā)明提供的高功率光纖耦合輸出半導體激光器采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計的半導體激光模塊，進行空間合束和波長合束，再進行慢軸二次準直、快軸縮束，最后通過光纖耦合系統(tǒng)實現(xiàn)光纖輸出。

如圖1為本發(fā)明實施例的高功率光纖耦合輸出半導體激光器立體圖，圖2為本發(fā)明實施例的高功率光纖耦合輸出半導體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1和圖2所示，高功率光纖耦合輸出半導體激光器包括：四個半導體激光模塊、光束合束系統(tǒng)、慢軸二次準直、光閘、光束縮束系統(tǒng)、光纖耦合系統(tǒng)、吸收體和用于固定模塊的平臺。所述的光束合束系統(tǒng)、慢軸二次準直、光閘、光束縮束系統(tǒng)、光纖耦合系統(tǒng)和吸收體均位于半導體激光模塊的出光方向上。

半導體激光模塊分為a組(a1和a2)和b組(b1和b2)，其中，半導體激光模塊a1和b1相對設(shè)置，且均固定在墊塊34上，墊塊34位于平臺36的一端。半導體激光模塊a2和b2相對設(shè)置，均直接固定在平臺36上，且在其出光方向均連接有一個連接筒7，連接筒用于光路密封。a組半導體激光模塊的中心波長是938nm，b組半導體激光模塊的中心波長是976nm。所采用的四個半導體激光模塊結(jié)構(gòu)完全相同，半導體激光模塊包括殼底熱沉13a、保護罩10a、上蓋板10、通氣孔、正極接線柱8、負極接線柱9、進水口5、出水口6和窗口鏡。保護罩上設(shè)置有通氣孔，通過填充干凈干燥空氣使模塊內(nèi)部保持干燥；正極接線柱與外接電源的正極相接，負極接線柱與外接電源的負極相接；殼底熱沉開有安裝孔，半導體激光模塊a1和b1固定在墊塊34上，半導體激光模塊a2和b2固定在平臺36上；殼底熱沉13a上開有進水口5和出水口6，用于與外部的冷水機相連接；保護罩和上蓋板開有安裝孔，用于兩者相互固定；墊塊34上開有安裝孔35，用于固定在平臺36上，平臺36固定在平臺底座37上。

光束合束系統(tǒng)包括兩個高反鏡18a、18b，和兩個二向色鏡19a、19b。其中，高反鏡18a固定于半導體激光模塊a1發(fā)光面的前端，二向色鏡19a固定于半導體激光模塊b1發(fā)光面的前端；高反鏡18b固定于半導體激光模塊a2發(fā)光面的前端，二向色鏡19b固定于半導體激光模塊b2發(fā)光面的前端。鏡片18a、18b、19a和19b均固定在通水底座16上，通水底座設(shè)置有通水口17；光束合束系統(tǒng)設(shè)置有漏水檢測線15，用于檢測平臺是否有水；光束合束系統(tǒng)設(shè)置有保護罩11和上蓋板，并且保護罩11上設(shè)置4個通光孔，分別與各半導體激光模塊窗口鏡相連通；光束合束系統(tǒng)在出光方向還設(shè)置有一通光孔，允許激光光束通過；光束合束系統(tǒng)保護罩內(nèi)側(cè)開有安裝孔，用于將保護罩固定在平臺上；光束合束系統(tǒng)保護罩和上蓋板開有安裝孔，用于二者的相互固定；光束合束系統(tǒng)保護罩上下表面均設(shè)置凹槽，通過硅膠密封圈來對整個保護罩進行密封。

慢軸二次準直包括慢軸準直鏡(sac)20，位于光束合束系統(tǒng)的出光方向，用于將慢軸光斑大小變換為所需大小，慢軸準直鏡(sac)設(shè)置在通水塊上，通水塊上開有進水口與出水口。

光閘包括電機23和扇形介質(zhì)鏡22，光閘與激光入射方向呈45°放置，可將激光光束偏轉(zhuǎn)90°。扇形介質(zhì)鏡22上鍍有相應波長的高反膜。電機驅(qū)動器27控制電機的轉(zhuǎn)動，帶動扇形介質(zhì)22鏡進入或脫離光路。光閘用來控制激光的輸出，當為打開狀態(tài)時，光纖耦合輸出激光；當為關(guān)斷狀態(tài)時，光纖耦合不能輸出激光，激光偏轉(zhuǎn)進入吸收體32，，被吸收體32吸收。

慢軸二次準直20和光閘23外部設(shè)置保護罩12，保護罩12設(shè)置通光孔，用于與光束合束系統(tǒng)、光束縮束系統(tǒng)和吸收體相連通。保護罩上下表面均設(shè)置凹槽14，通過硅膠密封圈來對整個保護罩進行密封，保護罩外部連接有指示光支架，指示光25設(shè)置在指示光支架26，指示光用于激光器在使用過程中指示激光的實際位置。

光束縮束系統(tǒng)用來將快軸的光寬壓縮為原來的一半，包括一組柱透鏡29、擴束鏡架28、保護罩13和上蓋板，柱透鏡29設(shè)置在擴束鏡架28上，擴束鏡架28設(shè)置進水口與出水口，擴束鏡架28開有安裝孔，用于將擴束鏡架固定在平臺36上，保護罩13和上蓋板開有安裝孔，用于將上蓋板固定在保護罩上。

光纖耦合系統(tǒng)用來使空間傳輸?shù)募す饩劢购笤诠饫w中傳輸，包括耦合器底座30、聚焦鏡組和保護線31，保護線31固定在耦合器底座30上，用于檢測耦合器與光纖接頭32是否連接，耦合器底座開有安裝孔，固定在光束縮束系統(tǒng)保護罩13上，聚焦鏡組設(shè)置在耦合器底座內(nèi)，用于聚焦經(jīng)過光束縮束系統(tǒng)的激光。

吸收體32設(shè)置有通水口33，用來對吸收體進行冷卻。

半導體激光器還包括45°高透鏡21和45°高反鏡24，45°高透鏡21設(shè)置在慢軸準直鏡20與扇形介質(zhì)鏡22之間，用于對經(jīng)過光束合束系統(tǒng)的激光取樣監(jiān)測，并換算為實時激光功率；45°高反鏡24設(shè)置在扇形介質(zhì)鏡22之后，用于將光束反射到吸收體中，被吸收體吸收。45°高透鏡21和高反鏡24均設(shè)置在通水塊上，通水塊上開有進水口與出水口。45°高反鏡24鍍有增反膜，用于增加相應波長范圍光束的反射，45°高透鏡21鍍有增透膜，用于增加相應波長范圍光束的透射。

墊塊34、平臺36、上蓋板10材料為鋁合金，可以使高功率光纖耦合輸出半導體激光器具有更輕的重量。通水底座16、26材料為不銹鋼。

圖3為本發(fā)明實施例的高功率光纖耦合輸出半導體激光器激光傳播路徑圖，如圖3所示，半導體激光模塊a1發(fā)出的光經(jīng)過高反鏡18a反射，與半導體激光模塊b1發(fā)出的光通過二向色鏡19a進行波長合束，波長合束后的光束為c1。半導體激光模塊a2和b2的光束合束與a1和b1的光束合束過程相同，a2和b2波長合束后的光束為c2，兩組半導體激光模塊(a1和b1、a2和b2)分別經(jīng)過波長合束后，c1與c2在傳播方向(即圖2中的豎直方向)存在一定的高度差，可以使c1和c2實現(xiàn)空間合束。

4個半導體激光模塊經(jīng)過光束合束系統(tǒng)實現(xiàn)波長合束和空間合束后，4個半導體激光模塊的光束從發(fā)光端面到達慢軸二次準直鏡20(sac)的光程相等，保證了各模塊激光光斑亮度的一致性(光程差相等)。光束經(jīng)過慢軸準直后，通過45°高透鏡21，一少部分光被反射到功率計進行功率探測，另一部分光直接通過。電機23被電機驅(qū)動器27控制，當電機打開時，扇形介質(zhì)鏡22進入光路，光束被扇形介質(zhì)鏡22反射，通過一組柱透鏡29將快軸方向的光寬壓縮為原來的一半，最后通過耦合器底座30將光束耦合到光纖接頭中，半導體激光模塊輸出功率為2kw，4個模塊合束后，經(jīng)過光纖耦合輸出功率大于6000w；當電機關(guān)閉時，扇形介質(zhì)鏡22脫離光路，光束被45°高反鏡24反射到吸收體32內(nèi)，從而被吸收。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。