一种半导体激光器的光束整形器及制造方法与流程

本发明涉及半导体激光器技术领域，特别涉及一种半导体激光器的光束整形器及制造方法。

背景技术：

半导体激光器(laserdiode，简称ld)是利用半导体中的电子光跃迁引起光子受激发射而产生的光振荡器和光放大器的总称，以其转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制以及与其它半导体器件集成的能力强等特点而成为信息技术的关键器件。

但是，目前市场上光纤耦合的半导体激光器，其输出光斑受其光纤纤芯的芯径、光纤长度、弯曲曲率、特殊光纤结构的影响，在实际中容易出现激光光束强度呈现类似高斯函数的不均匀光场的空间分布，出现光斑不均匀，输出光斑带有暗环、空心、螺旋等不同形式的问题。这样的光斑不均现象，导致半导体激光器输出光束质量影响客户端实际应用，而且不均匀的光强分布在激光医疗、3d成像、激光照明、激光热处理等领域还会带来温度场不均匀、局域过烧等系列危害，使得终端客户使用受到不同程度的限制。另外，半导体激光器的安装标准，也对半导体激光器光斑的整形匀化提出了结构上的限制要求。

技术实现要素：

鉴于现有技术半导体激光器光斑不均匀且存在安装标准限制的问题，提出了本发明的一种半导体激光器的光束整形器和其制作方法，以便克服上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

依据本发明的一个方面，提供了一种半导体激光器的光束整形器，包括光纤，光纤的输出端设置有定制跳线，定制跳线包括：输出端插芯和光束整形模块；

输出端插芯安装在光纤的输出端，固定光纤；

光束整形模块包括连接套筒和自聚焦透镜；自聚焦透镜用于匀化光纤输出的光斑，设置在连接套筒内的出光一侧；输出端插芯插入设置在连接套筒内的另一侧，连接套筒的外形尺寸与跳线标准件插芯的外形尺寸保持一致。

可选地，连接套筒的外形尺寸与标准跳线sma905的插芯外形尺寸保持一致。

可选地，光纤为多模光纤，用于对传播的激光进行第一匀化处理，第一匀化处理后的激光输出到定制跳线，由定制跳线的自聚焦透镜进行第二匀化处理。

可选地，自聚焦透镜采用材料为光学玻璃的曲面透镜。

可选地，自聚焦透镜的表面设置有增透膜。

可选地，连接套筒以胶黏形式与输出端插芯粘接。

可选地，自聚焦透镜，以胶黏形式固定于连接套筒内部光斑输出的一侧。

可选地，光纤的外部设置有光纤护套，光纤的两端分别设有光纤尾套。

可选地，光纤的输入端设置有输入端跳线。

依据本发明的另一个方面，提供了一种制作方法，制作如上任一项的半导体激光器的光束整形器，该方法包括：

制作尺寸小于跳线标准件插芯的输出端插芯，在光纤的输出端连接输出端插芯；

组装连接套筒和自聚焦透镜，形成光束整形模块；

组装输出端插芯和连接套筒，以在光纤的输出端安装光束整形模块。

综上所述，本发明的有益效果是：

本申请通过优化标准跳线结构，在光纤的输出端，增加了光束整形模块，能够匀化光斑，而且，本申请安装后定制跳线的尺寸，即连接套筒的外形尺寸，与跳线标准件保持一致，从而便于客户的安装使用，在不影响客户的安装与使用前提下，优化了输出光斑的均匀性。并且，本申请的光束整形器工程容易实现，加工工艺简单易操作，成本较低。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一种半导体激光器的光束整形器结构示意图；

图2为图1中半导体激光器的光束整形器定制跳线结构示意图；

图3是本申请实施例中光斑测试图；

图4是本申请实施例中光场分布图；

图5为本发明一个实施例提供的一种制作方法流程示意图；

图中：光纤1、定制跳线2、输出端插芯21、连接套筒22、自聚焦透镜23、跳线螺母24、半导体激光器3、输入端跳线4、光纤护套5、光纤尾套6、光纤尾套7。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本发明的技术构思是：本申请提出一种特殊的定制跳线结构，并依据该定制跳线结构实现了一种半导体激光器的光束整形器。通过优化标准跳线结构，在光纤的输出端，增加了光束整形模块，能够匀化光斑，而且，本申请安装后定制跳线的尺寸，即连接套筒的外形尺寸，与跳线标准件保持一致，从而便于客户的安装使用，在不影响客户的安装与使用前提下，优化了输出光斑的均匀性。并且，本申请的光束整形器工程容易实现，加工工艺简单易操作，成本较低。

图1至图2示意性地示出了本申请半导体激光器的光束整形器的一个实施例。

如图1至图2所示，一种半导体激光器的光束整形器，用于对接或耦合半导体激光器3。该光束整形器包括光纤1，光纤1的输出端设置有定制跳线2，定制跳线2包括：输出端插芯21和光束整形模块，光束整形模块包括连接套筒22和自聚焦透镜23。

输出端插芯21安装在光纤1的输出端，用于固定光纤1。具体地，输出端插芯21的尺寸小于通常的跳线标准件插芯尺寸，内部具有固定光纤1的通孔。

光束整形模块包括连接套筒22和自聚焦透镜23；自聚焦透镜23用于匀化光纤1输出的光斑，设置在连接套筒22内的出光一侧；输出端插芯21插入设置在连接套筒22内的另一侧，连接套筒22的外形尺寸与跳线标准件插芯的外形尺寸保持一致。

通过上述实施例，本申请提出了一种特殊的定制跳线2，通过在光源结构上增加光束整形模块，可以优化光斑远场分布，解决ld光场分布不均匀问题，改善输出光斑的暗环、空心和螺旋现象，实现可控的输出激光光束的调制。而且，本申请的定制跳线2，具有与跳线标准件一致的外形尺寸，符合国标规格，不影响客户的使用，能够取得在不影响客户使用情况下，改善光斑均匀性的有益效果。

参考本申请图2所示，定制跳线2的连接套筒22具有与跳线标准件一致的外形尺寸，从而，本申请的光束整形器安装后，定制跳线2的连接套筒22就可以像标准跳线的插芯一样使用，方便地插入对应规格的终端设备中，实现激光束的输出，相比于传统的具有普通跳线的光束整形器，本申请的光束整形器在保持原有尺寸规格不变的基础上，增加了光束整形模块，从而提高了光斑的输出效果。

如图2所示，该定制跳线2还包括跳线螺母24，实际连接时，可以通过该跳线螺母24实现定制跳线2的整体连接安装。

在本申请的一个实施例中，连接套筒22的外形尺寸与标准跳线sma905的插芯外形尺寸保持一致，从而保持符合sma905插芯的国标规格，不影响客户的安装与使用。可理解地，用于输出激光和连接光束整形模块的输出端插芯21，由于其需要插入连接套筒22内，因此其长度和直径较标准跳线sma905的插芯要小一些。当然，本申请也可以应用于其他标准规格的标准跳线中，在此不一一举例。

具体地，为了满足光束的可调性及应用的多样性，针对不用产品衍生多款输出端插芯21，以及配合的自聚焦透镜。

在本申请的一个实施例中，光纤1为多模光纤1，用于对传播的激光进行第一匀化处理，从而，光纤1在传输过程中各阶模式叠加分布，模式能量由中心朝径向移动，能量分布逐渐均匀，最终在光纤1端面处形成准均匀光束。第一匀化处理后的激光输出到定制跳线2，由定制跳线2的自聚焦透镜23进行第二匀化处理。经过两次匀化处理后，输出光斑的均匀性将得到更大的提升。

在本申请的一个实施例中，自聚焦透镜23采用材料为光学玻璃的曲面透镜。进一步地，自聚焦透镜23的表面可以根据产品效率需求，选择和设置相应规格的增透膜，并且，还可以根据产品的实际使用情况，选择相应的自聚焦透镜的节距与有效焦距。

在本申请的一个实施例中，连接套筒22以胶黏形式与输出端插芯21粘接，实现稳固组装，保证产品的长期可靠性。

在本申请的一个实施例中，自聚焦透镜23，以胶黏形式固定于连接套筒22内部光斑输出的一侧，保持产品稳定，提高使用寿命。可理解地，输出端插芯21、连接套筒22和自聚焦透镜23之间，除胶黏方式外，还可以采用其他的机械连接方式，在此不再赘述。

连接套筒22的材料优选为铜。连接套筒22内，根据激光器使用的种类及输出光斑的情况，优化输出端插芯21的长度，并据此调整自聚焦透镜23与输出端插芯21的间距。

在本申请的一个实施例中，光纤1的输入端设置有输入端跳线4。从而更好地与半导体激光器耦合或对接。图1中，所示半导体激光器3为消相干连续远红外光波长激光器，用于发出激光。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，光纤1的外部还设置有光纤护套5，光纤护套5可以保护光纤1不受外力损伤，使用中，可根据实际应用需求变更光纤护套5的内外径尺寸。此外，光纤1的两端分别设有光纤尾套，见图1所示的光纤尾套6和光纤尾套7，光纤尾套用以保护光纤1与两端跳线的连接位置。

图3是本申请实施例中光斑测试图；图4是本申请实施例中光场分布图。由图3和图4可知，本申请的光束整形器，通过在光纤输出端安装光束整形模块，改变光线传播路径，有效增益光斑中空处的光能密度，有效解决了高功率半导体激光器输出光斑中心有暗区，输出光斑不均匀的问题，同时保持了标准跳线插芯尺寸规格，不影响客户的安装使用。并且，本申请的光束整形器工程容易实现，加工工艺简单易操作，成本较低。

本申请还公开了一种制作方法，制作如上任一项的半导体激光器的光束整形器，如图5所示，该方法包括：

步骤s510：制作尺寸小于跳线标准件插芯的输出端插芯，在光纤的输出端连接输出端插芯，用以输出激光和安装光束整形模块。

步骤s520：组装连接套筒和自聚焦透镜，形成光束整形模块。具体地，采用胶黏方式组装连接套筒和自聚焦透镜。

步骤s530：组装输出端插芯和连接套筒，以在光纤的输出端安装光束整形模块。具体地，将输出端插芯插入连接套筒的一侧，并施胶固定，实现光束整形模块的连接安装。

此外，本方法还包括：

在光纤输入端制作跳线。

以及，在制作光纤跳线前，为光纤套上光纤护套、光纤尾套和跳线散件等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。