雙波長半導體雷射光束耦合結構的製作方法

2023-11-30 23:51:01 1

雙波長半導體雷射光束耦合結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種雙波長半導體雷射光束耦合結構，第一雷射器晶片和第二雷射器晶片發出的波長不同的光束分別由各自前方的一個微柱透鏡和一個柱面鏡在快軸和慢軸方向進行準直後形成準平行光束，這兩束準平行光束照射在一片對第一雷射器晶片發光波長透射並對第二雷射器晶片發光波長反射的雙色鏡上形成共軸的合束光，合束後的光束由聚焦透鏡會聚成像到輸出光纖端面上完成耦合，該結構使雷射光束在快軸和慢軸方向都得到了準直，需要會聚的光束都為準平行光束，解除了傳統技術方案中對雷射器晶片安裝位置的限制，降低了雷射器裝調的難度，在保證獲得最佳耦合效率的同時還增強了雷射器內部結構設計的靈活性。
【專利說明】雙波長半導體雷射光束耦合結構

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種半導體雷射光束的耦合結構，尤其涉及一種將兩種不同波長的半導體雷射光束耦合到一根光纖的結構。

【背景技術】
[0002]在工業、醫學和科研領域中廣泛地使用808nm、980nm、1064nm等紅外雷射作為工作光源，這些光都屬於不可見光，但在實際使用當中很多情況下需要知道這些工作光束的傳播路徑和照射位置，這就需要提供一個與不可見工作光束的光路完全重合的可見光光束來作為指不光束。
[0003]傳統的技術方案是在稱合光路中將兩個雷射器晶片發出的不同波長的光束各自在快軸方向進行準直，然後經過雙色鏡合束為共軸光束，再經過聚焦透鏡耦合進入一根光纖。在此方案中，由於沒有對雷射光束的慢軸方向進行準直，兩個雷射器晶片必須放置在雙色鏡兩側共軛像的位置上，同時需要根據雷射器晶片的有源區尺寸和慢軸發散角計算出最佳的耦合物距，即是說要達到相對最佳的耦合效率，兩個雷射器晶片的安裝位置是固定且唯一的，並且由於不同雷射器晶片的有源區尺寸和慢軸發散角有所不同，還需要考慮匹配的問題，這樣就增加了雷射器裝調時的難度，在一定程度上還會降低耦合效率，除此之外，隨著雷射器應用領域的深入，有時需要對雷射光束增加一些光束整形或者濾波，對於上述的技術方案，兩個雷射器晶片距離雙色鏡的距離往往非常近，很難再插入一些額外的光學器件，限制了雷射器內部結構設計的靈活性。


【發明內容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種雙波長半導體雷射光束耦合結構，該結構使雷射光束在快軸和慢軸方向都得到了準直，需要會聚的光束都為準平行光束，解除了傳統技術方案中對雷射器晶片安裝位置的限制，降低了雷射器裝調的難度，在保證獲得最佳耦合效率的同時還增強了雷射器內部結構設計的靈活性。
[0005]本實用新型採用的技術方案是:一種雙波長半導體雷射光束耦合結構，其特徵在於，第一雷射器晶片和第二雷射器晶片發出的波長不同的光束分別由各自前方的一個微柱透鏡和一個柱面鏡在快軸和慢軸方向進行準直後形成準平行光束，這兩束準平行光束照射在一片對第一雷射器晶片發光波長透射並對第二雷射器晶片發光波長反射的雙色鏡上形成共軸的合束光，合束後的光束由聚焦透鏡會聚成像到輸出光纖端面上完成I禹合。
[0006]其中，所述微柱透鏡和柱面鏡依據雷射器晶片有源區的尺寸和快慢軸發散角的大小進行設計，第一雷射器晶片和第二雷射器晶片可以使用不同規格的微柱透鏡和柱面鏡達到準直效果，微柱透鏡和柱面鏡也可以是具有相同快慢軸準直效果的球透鏡或非球面鏡。
[0007]其中，所述雙色鏡兩面鍍膜，一面鍍增透膜，另一面鍍分色膜，分色膜對第一雷射器晶片發光波長為透射，對第二雷射器晶片發光波長為反射。
[0008]其中，所述第一雷射器晶片和聚焦透鏡共軸放置，雙色鏡傾斜一個角度放置在它們中間的位置，第一雷射器晶片的放置位置前後可調，第二雷射器晶片的放置範圍是，其光束光軸相對第一雷射器晶片光束光軸的傾斜角度為30°到150°，沿軸的最近位置只需不遮擋光路即可，雙色鏡的傾斜角根據第二雷射器晶片的位置調整至兩束準平行光束共軸合束。
[0009]其中，所述聚焦透鏡可以是球面、非球面或自聚焦透鏡。
[0010]其中，所述光纖端面經過研磨和拋光，並鍍增透膜。
[0011]本實用新型的有益效果是:通過對雷射光束採用快慢軸完全準直的結構，解除了對雷射器晶片安裝位置的限制，該結構在雷射器晶片安裝時對其位置的要求不再嚴苛，從而降低了雷射器裝調的難度，並且獲得了足夠的空間在耦合光路中插入一些額外的光學器件來實現雷射器更多的應用功能，增強了雷射器內部結構設計的靈活性，並且，針對兩種不同的雷射器晶片，還可以通過設計不同規格的微柱透鏡和柱面鏡來達到良好的準直效果，保證獲得最佳的耦合效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是雙波長半導體雷射光束耦合結構的方案示意圖。
[0013]圖2是雷射器晶片放置位置變化範圍示意圖。
[0014]圖3是雙波長半導體雷射光束耦合結構的立體示意圖。
[0015]圖中:1.第一雷射器晶片，2.第二雷射器晶片，3.第一微柱透鏡，4.第二微柱透鏡，5.第一柱面鏡,6.第二柱面鏡,7.雙色鏡,8.聚焦透鏡,9.光纖。

【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描述。圖1顯示了雙波長半導體雷射光束耦合結構的方案示意圖，圖3是其立體示圖，如圖所示，第一雷射器晶片I和第二雷射器晶片2分別發射出不同波長的雷射光束，該光束是非對稱的發散光束(快軸發散角30°到40°，慢軸發散角6°到10° )。第一雷射器晶片I發出的光束經過安裝在其前方的第一微柱透鏡3，使光束在快軸方向準直，通過第一微柱透鏡3的光束垂直晶片端面呈扇形射出，照射到前方的第一柱面鏡5上，作用是將光束在慢軸方向準直，於是從第一柱面鏡5射出的光束為準平行光束，同樣，第二雷射器晶片2發出的光束也經過其前方的第二微柱透鏡4和第二柱面鏡6在快軸和慢軸方向進行準直後形成準平行光束，這兩束準平行光束照射在一片傾斜放置的雙色鏡7上，該雙色鏡7兩面鍍膜，一面鍍增透膜，一面鍍分色膜，分色膜對第一雷射器晶片I發光波長為透射，對第二雷射器晶片2發光波長為反射,兩束準平行光束經過雙色鏡7後形成共軸的合束光，合束後的光束再經過聚焦透鏡8會聚成像到輸出光纖9的端面上，其光斑的尺寸不大於光纖芯徑，發散角小於光纖數值孔徑對應的角度，即可達到高效耦合的目的。
[0017]上述的第一微柱透鏡3和第一柱面鏡5依據第一雷射器晶片I的有源區尺寸和發散角大小進行設計，第二微柱透鏡4和第二柱面鏡6依據第二雷射器晶片2的有源區尺寸和發散角大小進行設計，這樣使兩路雷射光束能同時達到良好的準直效果。第一微柱透鏡3和第一柱面鏡5到第一雷射器晶片I的距離為它們的焦距，但在實際安裝中，需要通過檢查雷射光束遠場光斑的方向和準直度來確定準確的安裝位置，第二微柱透鏡4和第二柱面鏡6的安裝位置使用同樣的方法確定。
[0018]上述的第一雷射器晶片I和聚焦透鏡8共軸放置，雙色鏡7傾斜一個角度放置在它們中間的位置。第一雷射器晶片I的放置位置前後可調，第二雷射器晶片2可以在一定範圍內進行放置，具體位置範圍如圖2所示，其光束光軸相對第一雷射器晶片I光束光軸的傾斜角度可以在30°到150°之間，沿軸的最近位置只需不遮擋光路即可。雙色鏡7的傾斜角根據第二雷射器晶片2的位置調整，使反射路的準平行光束可以和透射路的準平行光束共軸合束。
[0019]最後應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制，並且在應用上可以延伸到其他的修改、變化、應用和實施例，同時認為所有這樣的修改、變化、應用、實施例都在本實用新型的精神和範圍內。
【權利要求】
1.一種雙波長半導體雷射光束耦合結構，其特徵在於，第一雷射器晶片和第二雷射器晶片發出的波長不同的光束分別由各自前方的一個微柱透鏡和一個柱面鏡在快軸和慢軸方向進行準直後形成準平行光束，這兩束準平行光束照射在一片對第一雷射器晶片發光波長透射並對第二雷射器晶片發光波長反射的雙色鏡上形成共軸的合束光，合束後的光束由聚焦透鏡會聚成像到輸出光纖端面上完成耦合。
2.根據權利要求1所述的一種雙波長半導體雷射光束耦合結構，其特徵在於，所述微柱透鏡和柱面鏡依據雷射器晶片有源區的尺寸和快慢軸發散角的大小進行設計，第一雷射器晶片和第二雷射器晶片可以使用不同規格的微柱透鏡和柱面鏡達到準直效果，微柱透鏡和柱面鏡也可以是具有相同快慢軸準直效果的球透鏡或非球面鏡。
3.根據權利要求1所述的一種雙波長半導體雷射光束耦合結構，其特徵在於，所述雙色鏡兩面鍍膜，一面鍍增透膜，另一面鍍分色膜，分色膜對第一雷射器晶片發光波長為透射，對第二雷射器晶片發光波長為反射。
4.根據權利要求1所述的一種雙波長半導體雷射光束耦合結構，其特徵在於，所述第一雷射器晶片和聚焦透鏡共軸放置，雙色鏡傾斜一個角度放置在它們中間的位置，第一雷射器晶片的放置位置前後可調，第二雷射器晶片的放置範圍是，其光束光軸相對第一雷射器晶片光束光軸的傾斜角度為30°到150°，沿軸的最近位置只需不遮擋光路即可，雙色鏡的傾斜角根據第二雷射器晶片的位置調整至兩束準平行光束共軸合束。
5.根據權利要求1所述的一種雙波長半導體雷射光束耦合結構，其特徵在於，所述聚焦透鏡可以是球面、非球面或自聚焦透鏡。
6.根據權利要求1所述的一種雙波長半導體雷射光束耦合結構，其特徵在於，所述光纖端面經過研磨和拋光，並鍍增透膜。
【文檔編號】G02B6/42GK204028412SQ201420498564
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月1日 優先權日:2014年9月1日
【發明者】周鵬磊, 馬寧, 劉玉鳳, 周穎, 陸怡思, 付躍權, 張揚, 郭在徵, 姜再欣, 董琳琳 申請人:北京杏林睿光科技有限公司