[实用新型]一种半导体激光器侧泵模块

说明书

技术领域

本实用新型属于激光器领域，涉及一种半导体激光器，尤其是一种半导体激光器侧泵模块。

背景技术

随着全固态激光器在工业、医疗、军事等领域展现越来越广阔的应用前景，对作为核心部件的半导体激光侧泵模块提出了更高的要求。目前国内外的侧泵模块通常采用半导体激光器水平阵列呈正三角，正五角，正七角等分布泵浦中心的晶体棒。而半导体激光器阵列为了满足晶体棒对泵浦尺寸、功率密度等参数要求，又多采用1×3，1×4，1×N等传统水平阵列形式(Burbgan R，SPIE，1994，2206：256；吕百达，邵怀宗，红外与激光工程，1997，26(6)：29)。由于多个巴条呈一字排布，这样泵浦光束在慢轴方向的尺寸与晶体棒几乎一致；又由于半导体激光器巴条光束在晶体表面互相叠加使慢轴方向的泵浦光束很均匀；因此实际应用中在该方向无需加光学部件。而快轴方向只需加一个圆柱面透镜即可将该方向光束压缩控制在晶体棒尺寸内。这种侧泵方式的优势在于泵浦模块光学部件少，光学损耗少，但该方式给泵浦带来了很多潜在缺陷。为了满足泵浦功率要求，不得不采用多个半导体激光器巴条进行泵浦，比如客户需要60W的泵浦功率，那么就需要3个20W的巴条呈线阵排列(即1×3阵列，如图1和图2所示)。这将导致整个晶体棒的泵浦能量不均匀。而目前输出功率达60W以上的大功率半导体激光器产品成熟，通过光学整形的方法可用1个巴条大功率半导体激光器来代替由3个巴条封装在一起的1x3水平阵列大功率半导体激光器。这种方法不仅降低了成本，而且增强了可靠性，对该型产品的产业化升级具有重大意义。本实用新型专利利用目前市场上较为成熟的大功率半导体激光器巴条，并结合优化的光束整形系统来代替传统的多个小功率半导体激光器巴条泵浦源的新型侧泵技术。

具体而言，传统的侧泵技术存在以下缺点：

1)成本高。传统的侧泵技术需要多个小功率半导体激光器巴条线性排列才能达到泵浦功率要求，这导致泵浦源的成本高。

2)装配复杂。传统的泵浦系统中各个巴条条排布时纵向和横向必须保持一致，否则会导致泵浦光分布不均匀，造成转换效率低。因此泵浦系统对机械定位部件的加工和装配要求很严格。且系统经长时间工作将导致半导体激光器巴条间的排布一致性降低，造成泵浦效率下降。

3)可靠性差。传统的侧泵技术采用多个小功率半导体激光器巴条串联的连接方式，因此所需水冷模块的水路系统复杂，很容易发生漏水，造成整个泵浦模块的损坏。此外，为满足光束均匀性的要求，传统的泵浦技术中各个半导体激光器巴条之间只有约0.5mm的间隙，不易于安装，给电路连接带来困难，因此大大降低了系统的可靠性。

4)侧泵能量不均匀。传统的侧泵技术主要对半导体激光器泵浦源快轴方向光束进行压缩，慢轴方向不做处理，因此侧泵光束能量分布不均匀，从而使晶体棒受热不均产生热效应，这将导致整个模块的转换效率下降。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服传统侧泵技术的缺点，提供一种新型半导体激光器侧泵模块，该侧泵模块能利用大功率半导体激光器阵列作为泵浦源，经过扩束和匀化，使泵浦光束的均匀性和能量密度满足使用要求。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种新型半导体激光器侧泵模块，由一个或多个侧泵模块单元以及一个晶体棒组成，所述侧泵模块单元包括底板、固定于底板上的半导体激光器模块、设于半导体激光器模块前端的快轴准直镜和设于快轴准直镜后的扩束镜，所述扩束镜后为晶体棒。所述半导体激光器模块由一个巴条组成，所述侧泵模块单元还包括一个匀化镜，所述匀化镜设于扩束镜和晶体棒之间。

上述半导体激光器模块为传导冷却型大功率半导体激光器阵列，所述底板上还设有热沉，通过热沉将整个半导体激光器模块固定在底板上。

上述快轴准直镜为棒状透镜，对光束快轴方向进行准直压缩。

上述扩束镜为双凹柱面镜或平凸柱面镜。

上述匀化镜为平凸柱面镜。

进一步的，在上述匀化镜和晶体棒之间加设一个90°旋转后的平凸柱面镜，所述90°旋转后的平凸柱面镜对快轴方向光束进行进一步均匀化。

进一步的，上述半导体激光器模块也可以为单巴条液体制冷半导体激光器。

以上所述由多个单巴条大功率半导体激光器泵浦源组成的侧泵模块单元和一个晶体棒可组成正三角侧泵模块、正五角侧泵模块或者正七角侧泵模块。

本实用新型具有以下几点有益效果：