基于TO封装的半导体激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种基于TO封装的半导体激光器。

背景技术

宽光谱激光器在光学频率测量、光脉冲波形测量、超高速通讯和生物医学等领域具有广泛应用。在现有技术方案中，宽光谱激光器通常采用光纤超连续谱光源、自发辐射光源、多光谱合成光源等。现有技术的宽光谱激光器需要复杂的激光系统，整体装置的体积较大，不适用于有便携性要求的应用，而结构紧凑的TO封装半导体激光器的光谱宽度一般较窄，无法达到宽光谱应用的需求。

发明内容

基于此，有必要提供一种不仅实现了宽光谱应用的需求，且本申请的体积较小，可便于携带，且结构简单的基于TO封装的半导体激光器。

一种基于TO封装的半导体激光器，包括：

封装组件，所述封装组件包括TO管座及设置于TO管座上的TO管帽及激光座，所述TO管帽与所述TO管座之间形成封装腔室，所述激光座设置于所述封装腔室内；所述TO管帽的内侧壁上设置有光纤安装槽；

激光传输模块，所述激光传输模块包括设置于所述激光座上的光纤耦合器及安装于所述光纤安装槽内的高非线性光纤；

半导体激光件，所述半导体激光件设置于所述激光座上，所述半导体激光件发出的激光光束通过所述光纤耦合器耦合至所述高非线性光纤；

扩大镜，所述扩大镜设置于所述TO管帽上，且与所述高非线性光纤相连接，用于将经所述光纤耦合器耦合的激光光束扩大；

反射镜，所述反射镜设置于所述TO管帽上，用于接收所述扩大镜扩大后的激光光束，并将接收到的激光光束反射至外部。

通过设置半导体激光件、光纤耦合器及高非线性光纤，半导体激光件发出的激光光束能够通过光纤耦合器耦合至高非线性光纤内，可利用高非线性光纤的非线性效应实现将半导体激光件发出的激光光束的光谱展宽，并且在高非线性光纤内直接实现了非线性转换，减少了激光光束的损耗，提高了转换效率；通过设置扩大镜及反射镜，且扩大镜与高非线性光纤相连接，用于将经光纤耦合器耦合的激光光束扩大，使得反射镜能够接收更多的激光光束，且反射镜能够将接收到的激光光束反射至外部，同时将激光传输模块、半导体激光件、扩大镜及反射镜均设置于封装组件，不仅实现了宽光谱应用的需求，且本申请的体积较小，可便于携带，且结构简单。

在其中一个实施例中，所述半导体激光件的发光区域的中心与所述光纤耦合器的收集区域的中心对准。通过将半导体激光件的发光区域的中心与光纤耦合器的收集区域的中心对准，可使得光纤耦合器能够接收较多半导体激光件发出的激光光束。

在其中一个实施例中，所述反射镜的镜面镀有对所述扩大镜输出的光束进行高反射的介质反射膜或者金属膜。通过设置介质反射膜或者金属膜，可提供很高的反射率，可增加反射镜的镜面的反射率，进而可使反射镜反射更多的激光光束。

在其中一个实施例中，所述扩大镜具有相对设置的大端面及小端面，所述小端面与所述高非线性光纤相连接，所述大端面靠近所述反射镜设置。

在其中一个实施例中，自所述小端面至所述大端面方向，所述扩大镜的直径逐渐增大。

在其中一个实施例中，所述扩大镜的镜面中心与所述反射镜的镜面中心在同一水平面内。通过将扩大镜的镜面中心与反射镜的镜面中心设置于同一水平面内，可使得反射镜能够接收较多扩大镜输出的激光光束，且能够将接收到的激光光束反射至外部。

在其中一个实施例中，所述TO管帽远离TO管座的一端开设有棱镜安装槽，所述扩大镜及所述反射镜设置于棱镜安装槽内。

在其中一个实施例中，所述反射镜的镜面与水平面的夹角为30°～60°，或，所述反射镜的镜面与水平面的夹角为45°。反射镜能够更改激光光束的路线，反射镜接收到的激光光束与反射镜反射至外部的激光光束之间的夹角为90°，通过将反射镜的镜面与水平面的夹角为45°，使得反射镜反射至外部的激光光束与水平面相互垂直。

在其中一个实施例中，所述基于TO封装的半导体激光器还包括填充镜，所述填充镜设置于所述扩大镜与所述反射镜之间，以与所述扩大镜及所述反射镜形成完整的光窗。

在其中一个实施例中，所述光纤安装槽为螺旋结构。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例所示的基于TO封装的半导体激光器的结构示意图；

图2为本发明一实施例所示的基于TO封装的半导体激光器的部分结构示意图。

附图标记说明

10、基于TO封装的半导体激光器；100、封装组件；110、TO管座；120、TO管帽；130、激光座；200、激光传输模块；210、光纤耦合器；220、高非线性光纤；300、半导体激光件；400、扩大镜；410、小端面；420、大端面；500、反射镜；600、填充镜。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1及图2，本发明一实施例提供了一种基于TO封装的半导体激光器10，包括封装组件100、激光传输模块200、半导体激光件300、扩大镜400及反射镜500，激光传输模块200、半导体激光件300、扩大镜400及反射镜500均封装于封装组件100上，半导体激光件300用于发出激光光束。半导体激光件300通过激光传输模块200将激光光束传输至扩大镜400，扩大镜400用于将经激光传输模块200传输过来的激光光束扩大。反射镜500用于接收扩大镜400扩大后的激光光束，并将接收到的激光光束反射至外部。

封装组件100包括TO管座110及设置于TO管座110上的TO管帽120及激光座130，TO管帽120与TO管座110之间形成封装腔室，激光座130设置于封装腔室内。TO管帽120的内侧壁上设置有光纤安装槽。TO管帽120远离TO管座110的一端开设有棱镜安装槽。具体地，TO管帽120包括横板及分别连接于横板两端的左侧板及右侧板，左侧板及右侧板连接于TO管座110上。横板、左侧板、右侧板及TO管座110共同围设形成封装腔室。

激光传输模块200包括设置于激光座130上的光纤耦合器210及安装于光纤安装槽内的高非线性光纤220。在本实施例中，光纤耦合器210固定连接于激光座130上。示例性地，光纤耦合器210粘贴于激光座130上。在其他可行地实施例中，光纤耦合器210可拆卸连接于激光座130上。示例性地，光纤耦合器210卡接于激光座130上，可便于光纤耦合器210的拆卸及维修。

高非线性光纤220卡设于光纤安装槽内，可将高非线性光纤220固定于光纤安装槽内，防止高非线性光纤220乱晃，影响与光纤耦合器210的连接，进而可保证激光光束的传输。具体地，光纤安装槽为螺旋结构。在其他的实施例中，光纤安装槽可以为其他结构，示例性地，光纤安装槽为一字型结构。

半导体激光件300设置于激光座130上，半导体激光件300发出的激光光束通过光纤耦合器210耦合至高非线性光纤220。具体地，光纤耦合器210与高非线性光纤220的一端连接。在本实施例中，半导体激光件300固定连接于激光座130上。示例性地，半导体激光件300粘贴于激光座130上。在其他可行地实施例中，半导体激光件300可拆卸连接于激光座130上。示例性地，半导体激光件300卡接于激光座130上，可便于半导体激光件300的拆卸及维修。

需要理解的是：当强激光脉冲与非线性介质发生作用时，各种不同频率相互作用就产生了新频率的激光，这种相互作用越强，产生的频谱展宽越宽，从而生成一定波长范围的宽带光谱，即超连续光谱。超连续光谱的宽度由非线性介质的色散和输入激光脉冲的强度决定，为了产生较宽的超连续光谱，通常将非线性光纤的零色散波长设计在注入脉冲波长附近。高非线性光纤220由于具有特殊的色散和非线性特性,比一般光纤更容易产生超连续谱。通过光纤的色散特性进行特殊设计可以获得参数优化的超连续光谱。

扩大镜400设置于棱镜安装槽内，且与高非线性光纤220相连接，用于将经光纤耦合器210耦合的激光光束扩大。具体地。高非线性光纤220的另一端与扩大镜400相连接。在本实施例中，扩大镜400固定连接于棱镜安装槽内。示例性地，扩大镜400粘贴于棱镜安装槽上。在其他可行地实施例中，扩大镜400可拆卸连接于棱镜安装槽内。示例性地，棱镜安装槽内设置有卡槽，扩大镜400卡接于卡槽内，可便于扩大镜400的拆卸及维修。

反射镜500设置于棱镜安装槽内，且与扩大镜400相对应设置，用于接收扩大镜400扩大后的激光光束，并将接收到的激光光束反射至外部。在本实施例中，反射镜500固定连接于棱镜安装槽内。示例性地，反射镜500粘贴于棱镜安装槽上。在其他可行地实施例中，反射镜500可拆卸连接于棱镜安装槽内。示例性地，反射镜500内设置有卡槽，反射镜500卡接于卡槽内，可便于反射镜500的拆卸及维修。

需要理解的是：光纤耦合器210用于收集半导体激光件300发出的激光光束，并将收集到的激光光束通过高非线性光纤220传输至扩大镜400，扩大镜400将接收到的激光光束扩大，使得反射镜500能够接收更多的激光光束。

通过设置半导体激光件300、光纤耦合器210及高非线性光纤220，半导体激光件300发出的激光光束能够通过光纤耦合器210耦合至高非线性光纤220内，可利用高非线性光纤220的非线性效应实现将半导体激光件300发出的激光光束的光谱展宽，并且在高非线性光纤220内直接实现了非线性转换，减少了激光光束的损耗，提高了转换效率；通过设置扩大镜400及反射镜500，且扩大镜400与高非线性光纤220相连接，用于将经光纤耦合器210耦合的激光光束扩大，使得反射镜500能够接收更多的激光光束，且反射镜500能够将接收到的激光光束反射至外部，同时将激光传输模块200、半导体激光件300、扩大镜400及反射镜500均设置于封装组件100，不仅实现了宽光谱应用的需求，且本申请的体积较小，可便于携带，且结构简单。

下面结合附图详细说明本发明的实施例的基于TO封装的半导体激光器10。

参阅图1及图2，根据本申请的一些实施例，可选地，半导体激光件300的发光区域的中心与光纤耦合器210的收集区域的中心对准。通过将半导体激光件300的发光区域的中心与光纤耦合器210的收集区域的中心对准，可使得光纤耦合器210能够接收较多半导体激光件300发出的激光光束。

参阅图1及图2，根据本申请的一些实施例，可选地，反射镜500的镜面镀有对扩大镜400输出的激光光束进行高反射的介质反射膜或者金属膜。通过设置介质反射膜或者金属膜，可提供很高的反射率，可增加反射镜500的镜面的反射率，进而可使反射镜500反射更多的激光光束。

需要理解的是：反射镜500的镜面可以镀有对扩大镜400输出的激光光束进行高反射的介质反射膜。反射镜500的镜面也可以镀有对扩大镜400输出的激光光束进行高反射的金属膜，本申请对此不做限定，可根据使用需求自行设定。反射镜500的镜面也可以镀有对扩大镜400输出的激光光束进行高反射的其他膜层，只要该膜层具有对扩大镜400输出的激光光束进行高反射的作用即可。

需要理解的是：一般金属都具有较大的消光系数，当光束由空气入射到金属表面时，进入金属内的光振幅迅速衰减，使得进入金属内部的光能相应减少，而反射光能增加。消光系数越大，光振幅衰减越迅速，进入金属内部的光能越少，反射率越高。示例性地，可选择光系数较大，光学性质较稳定的那些金属作为金属膜材料。在紫外区常用的金属薄材料是铝，在可见光区常用铝和银，在红外区常用金、银和铜，此外，铬和铂也常作一些特种薄膜的膜料。由于铝、银、铜等材料在空气中很容易氧化而降低性能，所以必须用电介质膜加以保护。常用的保护膜材料有一氧化硅、氟化镁、二氧化硅、三氧化二铝等。

金属膜的优点是制备工艺简单，工作的波长范围宽。为了使金属膜的反射率进一步提高，可以在膜的外侧加镀几层一定厚度的电介质层，组成金属电介质反射膜。

介质反射膜是建立在多光束干涉基础上的，在反射镜500的镜面上镀一层折射率高于反射镜500材料的薄膜，就可以增加光学表面的反射率。最简单的多层反射是由高、低折射率的二种材料交替蒸镀而成的，每层膜的光学厚度为某一波长的四分一。在这种条件下，参加叠加的各界面上的反射光矢量，振动方向相同。合成振幅随着薄膜层数的增加而增加。

参阅图1及图2，根据本申请的一些实施例，可选地，扩大镜400具有相对设置的大端面420及小端面410，小端面410与高非线性光纤220相连接，大端面420靠近反射镜500设置。在本实施例中，高非线性光纤220固定连接于扩大镜400的小端面410上。示例性地，高非线性光纤220熔接于扩大镜400的小端面410。在其他可行地实施例中，高非线性光纤220可拆卸连接于扩大镜400的小端面410上。示例性地，高非线性光纤220卡接于扩大镜400的小端面410上。

小端面410的直径小于大端面420的直径，且自小端面410至大端面420方向，扩大镜400的直径逐渐增大，可便于将从小端面410接收到的激光光束逐渐扩大，可保证激光光束的稳定性。具体地，扩大镜400可以理解为圆台结构。

参阅图1及图2，根据本申请的一些实施例，可选地，扩大镜400的镜面中心与反射镜500的镜面中心在同一水平面内，通过将扩大镜400的镜面中心与反射镜500的镜面中心设置于同一水平面内，可使得反射镜500能够接收较多扩大镜400输出的激光光束，且能够将接收到的激光光束反射至外部。

具体地，反射镜500的镜面与水平面的夹角为30°～60°。需要理解的是：对于反射镜500的镜面与水平面的夹角，本申请不做限定，可根据使用需求自行设定。需要说明的是：反射镜500能够更改激光光束的路线。反射镜500接收到的激光光束与反射镜500反射至外部的激光光束之间的夹角为90°。

更具体地，反射镜500的镜面与水平面的夹角为45°。即反射镜500接收到的激光光束与水平面相互平行，则反射镜500反射至外部的激光光束与水平面相互垂直。

参阅图1及图2，根据本申请的一些实施例，可选地，基于TO封装的半导体激光器10还包括填充镜600，填充镜600设置于扩大镜400与反射镜500之间，以与扩大镜400及反射镜500形成完整的光窗。具体地，填充镜600粘接于扩大镜400与反射镜500之间。需要理解的是：填充镜600不具有反射的作用，仅是为了实现与扩大镜400与反射镜500形成完整的光窗。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。