[发明专利]光学系统及改进光学系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高功率半导体激光发射器封装领域，尤其涉及在高功率半导体激光发射器封装中光束间隙的减小甚至消除。

背景技术

高功率半导体激光发射器封装提供高的输出功率和小的体积，从而使得其可以很好地应用到很多领域，这些领域包括：材料处理、医疗器械、电信、印刷等。半导体激光发射器封装能够耦合到可以用作波导或为光纤激光发射器提供激光腔的光纤。

在一些高功率半导体激光发射器封装中，例如在多单发射器封装中，呈阶梯状布置各个半导体激光发射器，各个半导体激光发射器可以包括一个或多个激光二极管。来自每个半导体激光发射器的光束经过快轴准直透镜、慢轴准直透镜后变为平行光束。为了得到高的亮度和高的光耦合效率，会使这些平行光束到达用于组合两路或更多路光束的耦合透镜。当多单发射器封装中包括的发射器数量较多时，可以如图1所示那样布置这些发射器，这样，来自顶部发射器的光束和来自底部发射器的光束以相互垂直的偏振方向到达偏振光合束器(Polarization Beam Combiner，PBC)对应的两个入射面，经PBC合束以后再到达耦合透镜。图2和图3示出另外的高功率半导体激光发射器封装。在图1所示的封装中包括十个发射器，在图2所示的封装中包括七个发射器，在图3所示的封装中包括三个发射器。

由于在多单发射器封装中的各个部件的机械公差、各个发射器发出的光束之间的差异以及组装过程带来的公差，一般在设计时会预设光束中心线之间的距离(等于光束宽度加上预设的光束间隙)，即发射器阶梯之间的高度差，预设的光束间隙用于容许这些公差。当发射器、准直透镜(包括快轴准直透镜和慢轴准直透镜)以及可能还有反射镜等组装完成后，到达耦合透镜(在存在PBC的情况中，到达PBC)的各个光束之间的间隙为预设的光束间隙与实际公差之和或之差。由此可见，各个光束之间的间隙并不是事先确定的。通过光斑监视屏观察各光束对应的光斑可以发现，在到达耦合透镜之前(在存在PBC的情形中，在到达PBC之前)，来自相邻半导体激光发射器的光束之间存在间隙g，如图4的上半部分所示。

在图4的下半部分中，反射镜M1、M2、M3分别将来自半导体激光发射器E1、E2、E3的光束B1、B2、B3反射到耦合透镜CL。耦合透镜CL然后将这些平行光束聚焦到具有某一数值孔径(Numeric Aperture，NA)和纤芯直径的光纤F中。

光束之间存在的间隙导致较低的亮度。换言之，在耦合透镜具有相同调焦长度的情况下从光纤输出的光的NA性能差，例如，光的发散角大、亮度低。

当多单发射器封装中发射器的数量增加而产品使用者希望保持较好的NA性能(例如，光的发散角较小、亮度较高)、较小的纤芯直径、较高的耦合效率和较小的封装尺寸时，上面提到的光束间隙成为关键问题。

因此，需要一种装置和方法，以在光束到达耦合透镜之前(在有PBC的情形中，在到达PBC之前)减小甚至消除来自相邻半导体激光发射器的光束之间的间隙。

发明内容

为解决上面提到的问题，本发明提供了一种光学系统和用于改进光学系统的方法。

根据本发明，通过利用透光介质片来实现光束平移，从而在光束到达耦合透镜之前(在有PBC的情形中，在到达PBC之前)减小甚至消除各光束之间的间隙。

本发明提供一种光学系统，包括：多个半导体激光发射器，所述多个半导体激光发射器中的每个半导体激光发射器可操作地耦合到用于对所述半导体激光发射器发射的光束进行准直的快轴准直光学器件和慢轴准直光学器件，以使所述多个半导体激光发射器发射的光束能够成为基本平行光束；以及耦合光学器件，用于将所述基本平行光束耦合到光纤中，其中，所述光学系统还包括一个或多个透光介质片，所述一个或多个透光介质片被布置成，在所述基本平行光束到达所述耦合光学器件之前，平移所述基本平行光束中的至少一路光束，以使到达所述耦合光学器件的所述基本平行光束的总宽度能够减小。

根据本发明的一个或多个实施例，所述光学系统还包括多个光束定向装置，所述多个光束定向装置中的每个光束定向装置可操作地耦合到慢轴准直光学器件以将经所述慢轴准直光学器件准直后的光束定向到所述耦合光学器件。

根据本发明的一个或多个实施例，所述一个或多个透光介质片被布置在对应的光束定向装置与所述耦合光学器件之间。

根据本发明的一个或多个实施例，所述一个或多个透光介质片被布置成紧跟在对应的光束定向装置之后。

根据本发明的一个或多个实施例，所述多个光束定向装置为反射镜。