[发明专利]一种高功率半导体激光器聚焦输出结构

说明书

一种高功率半导体激光器聚焦输出结构，包括一聚焦透镜（10），用于将光束整形后的多个激光叠加的光斑进行聚焦；其特征在于：置于聚焦透镜（10）后设有光阑（20），对聚焦后光束的直径及光线传输角度进行控制；置于聚焦透镜（10）的焦点位置处设有光纤输出头（30），接收聚焦光束，实现高功率激光的光纤传输。本发明，采用光阑对聚焦透镜的球差进行优化，将光纤输出头处光斑直径及光线传输角度过大的光线进行初步限制，有效降低光纤输出头部分的无效光线数量，进一步降低光纤输出头处的温度，有效提高器件的稳定性，同时光阑的限制作用，可以有效提升半导体激光器输出激光的光束质量。

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体地说，涉及到高功率半导体激光器封装的聚焦耦合结构。

背景技术

半导体激光器具有电光效率高、体积小、寿命长等优点，在军事、医疗、通信、工业加工等领域具有 广泛应用，特别是特种光纤拉制技术、激光晶体生长技术的发展，半导体激光器波长对特种光纤和激光晶体中稀土离子的具有吸收激发的作用，使得半导体激光器在光纤激光、固体激光技术的泵浦源应用中具有独特的优势。而工业加工应用中对激光输出功率水平的要求越来越高，近几年千瓦级功率水平的光纤激光器技术逐渐成熟，需要输出功率水平高、光束质量好、性能稳定的半导体激光器作为其泵浦源。

高功率半导体激光器常对多个激光芯片采用光束整形、聚焦、耦合技术实现光纤尾纤输出，输出功率水平越高其激光芯片的数量也就越多，在光束整形聚焦耦合过程中会有更多的功率损失。封装工艺中，光束整形、聚焦中采用光学透镜将激光芯片发出的光进行压缩、偏转、聚焦，其光束的传输、反射效率较高，其损失的光功率很小。在光束的耦合过程中，光纤头的装配位置、角度的偏差，都会影响最终的耦合效率，其中不能耦合进入光纤纤芯进行传输而导致损失的功率会在光纤头外置形成热，热量的积累会导致光纤头温度的升高，对光纤头固定的稳定性造成一定影响，对输出功率稳定性、激光器的寿命都会产生影响。通过装配的调节可以在一定程度上减少装配误差，提高耦合效率，但由于聚焦透镜的球差作用仍会有一部分功率在光纤头位置进行耗散，对高功率半导体激光器来说更是不容忽视的。专利201711404131.6公布了一种光纤耦合输入端结构，采用具有侧面研磨面的光纤和一个或多个具有侧面研磨面的光波导结构的光纤输出端结构对多余的光进行剥离降低光纤包层光对光纤的热损伤。但该方法加工困难，不利于批量化生产。

发明内容

针对高功率半导体激光器的光纤输出端温度特性，本发明所要解决的技术问题是，提出一种高功率半导体激光器聚焦输出结构，以降低光纤输出端温度，同时提高半导体激光器的光束质量。

本发明采取的技术方案是：一种高功率半导体激光器聚焦输出结构，包括一聚焦透镜，用于将光束整形后的多个激光叠加的光斑进行聚焦；其特征在于：置于聚焦透镜后设有光阑，对聚焦后光束的直径及光线传输角度进行控制；置于聚焦透镜的焦点位置处设有光纤输出头，接收聚焦光束，实现高功率激光的光纤传输。

所述的聚焦透镜是单个透镜也或是多个透镜构成的透镜组，且其通光面镀有激光波长匹配的高透过率膜层。

所述的光阑的通光孔径加工成锥形孔径，同时在表面做磨砂处理防止被阻挡的光在光阑表面形成反射。

所述的光纤输出头由光纤、玻璃管、金属管装配而成，光纤输出头端面镀有激光波长匹配的高透过率膜层。

与现有技术相比，本发明可以获得以下有益效果：采用光阑对聚焦光束进行限制，将聚焦光束中一部分不能耦合进入光纤的光束进行拦截，在一定程度上降低了聚焦透镜球差的效应，使得聚焦光斑在光纤输出头端面的光斑直径变小，有效降低光纤输出头处的温度，提高器件的稳定性。光阑面上通光孔径直径计算时，可以将数值孔径值设定为小于光纤自身数值孔径的值，最终在光纤内传输的光线的角度会偏小，可有效提高半导体激光器的光束质量。通过本方案可以实现高光束质量、稳定性好的高功率半导体激光器的封装。

附图说明