基於陣列晶片式cos的尾纖輸出半導體雷射器及耦合方法
2023-05-31 20:29:46 1
基於陣列晶片式cos的尾纖輸出半導體雷射器及耦合方法
【專利摘要】本發明是一種基於陣列晶片式COS的尾纖輸出半導體雷射器及耦合方法。該半導體雷射器採用陣列晶片式COS，單個陣列晶片式COS包含4個雷射二極體組成的陣列，將陣列晶片式COS固定在底座上，對陣列晶片式COS出光先統一通過快軸準直透鏡FAC進行快軸整形，通過慢軸準直透鏡SAC陣列，對陣列晶片式COS的各個晶片發出的光進行慢軸整形，經過慢軸準直透鏡SAC再做一次慢軸整形，最後陣列晶片式COS的各晶片並排的光束合束經過準直透鏡，將光聚焦進入光纖。本發明中4個雷射二極體發出的光，能夠以最簡潔的方式實現合束。本發明省去了反射鏡的耦合工序，整體工藝難度及製作時間大大降低。並且大大節省封裝空間，形成緊湊的封裝。
【專利說明】基於陣列晶片式COS的尾纖輸出半導體雷射器及耦合方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於陣列晶片式COS的尾纖輸出半導體雷射器及耦合方法，屬於半導體雷射器【技術領域】。
【背景技術】
[0002]半導體雷射器由於具有體積小、重量輕、效率高等眾多優點，廣泛應用於工業、軍事、醫療、通訊等眾多領域。由於自身量子阱波導結構的限制，半導體雷射器的輸出光束質量與C02雷射器、固體YAG雷射器等傳統雷射器相比較差，阻礙了其應用領域的拓展。近幾年，隨著半導體材料外延生長技術、半導體雷射波導結構優化技術、腔面鈍化技術、高穩定性封裝技術、高效散熱技術的發展，特別是在直接半導體雷射工業加工應用以及大功率光纖雷射器泵浦源的需求推動了具有大功率，高光束質量的半導體雷射器飛速發展。
[0003]由於單晶片的半導體雷射器的功率遠遠不能滿足多樣化的需求，多個晶片雷射的合束是必然的，這才能使半導體雷射器的功率成倍的提升。
【發明內容】
[0004]本發明的目的為了克服上述現有技術存在的問題，而提供一種基於陣列晶片式COS的尾纖輸出半導體雷射器及耦合方法，本發明將4個雷射二極體製作在I個底座上，本發明的耦合方法就是用於完成這4個雷射二極體的合束封裝，實現半導體雷射器帶尾纖輸出。
[0005]本發明是通過下述技術方案實現的。
[0006]—種基於陣列晶片式COS的尾纖輸出半導體雷射器,包括底板、陣列晶片式COS、快軸準直鏡FAC、慢軸準直鏡SAC陣列、慢軸準直鏡SAC、準直透鏡、光纖；其特徵在於:
[0007]陣列晶片式COS與快軸準直鏡FAC、慢軸準直鏡SAC陣列、慢軸準直鏡SAC、準直透鏡都固定在底板上且分布成一條直線；
[0008]快軸準直鏡FAC的光軸對準陣列晶片式COS的每個雷射二極體的發光面；
[0009]慢軸準直鏡SAC陣列的每個慢軸準直鏡的光軸一一對準陣列晶片式COS的雷射二極體的發光面，並與快軸準直鏡FAC的光軸重合；
[0010]慢軸準直鏡SAC的光軸對準陣列晶片式COS的每個相對應的雷射二極體的發光面，並與快軸準直鏡FAC的光軸重合；
[0011]陣列晶片式COS出光先統一通過快軸準直透鏡FAC進行快軸整形，通過慢軸準直透鏡SAC陣列，對陣列晶片式COS的各個晶片發出的光進行慢軸整形，經過慢軸準直透鏡SAC再做一次慢軸整形，最後陣列晶片式COS的各晶片並排的光束合束經過準直透鏡，將光聚焦進入光纖。
[0012]所述的陣列晶片式COS包括底座、4塊金屬散熱塊、4個雷射二極體、若干金線；底座和4塊金屬散熱塊都帶有預成型焊料，每個雷射二極體通過共晶焊沿著金屬散熱塊焊料前端平齊的方向焊接於一塊金屬散熱塊上，每個金屬散熱塊再通過共晶焊沿著底座焊料前端平齊的方向分別焊接於底座上；4塊金屬散熱塊通過若干金線與底座串聯連接，加電實現雷射的輸出。
[0013]所述的金屬散熱塊是用熱導率高的材料製作而成。
[0014]所述的底座是由熱導率高的鍍金陶瓷材料製作而成。
[0015]—種基於陣列晶片式COS的尾纖輸出半導體雷射器的f禹合方法，其特徵在於按以下步驟進行:
[0016]1)陣列晶片式COS的4個雷射二極體發出的光經過快軸準直鏡FAC的準直後，光在垂直於晶片方向變為平行光；
[0017]2)陣列晶片式COS的4個雷射二極體發出的光經過快軸準直鏡FAC準直後的光到達慢軸準直鏡SAC陣列，該陣列每一個SAC對應一個雷射二極體，對其慢軸方向進行一次壓縮；
[0018]3)經過快軸準直鏡FAC、慢軸準直鏡SAC陣列後，四束光經過慢軸準直鏡SAC再次進行慢軸整形，得到4個雷射二極體合束後的平行光；
[0019]4)合束後的平行光經過準直透鏡，最後聚焦在光纖上。
[0020]本發明對比已有技術具有以下創新點:
[0021]本發明中4個雷射二極體發出的光，能夠以最簡潔的方式實現合束。因為光學元件中快軸準直鏡FAC成本最高、製作難度最大，本發明減少了快軸準直鏡FAC的使用量；同時，相比常規的利用臺階及反射鏡的空間合束技術，該技術省去了反射鏡的耦合工序，整體工藝難度及製作時間大大降低。並且大大節省封裝空間，形成緊湊的封裝。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的陣列晶片式COS結構示意圖；
[0023]圖2為本發明示結構意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0025]如圖1所示。所述陣列晶片式COS包括底座4、四塊金屬散熱塊(2.1，2.2，2.3，2.4)、四個雷射二極體(1.1，1.2，1.3，1.4)、若干金線(3.1,3.2,3.3,3.4);所述的底座4是由熱導率高的鍍金陶瓷材料製作而成，所述的金屬散熱塊是用熱導率高的材料製作而成，鍍金陶瓷底座4和四塊金屬散熱塊(2.1，2.2，2.3，2.4)都帶有預成型焊料，每個雷射二極體通過共晶焊沿著金屬散熱塊焊料前端平齊的方向焊接於一塊金屬散熱塊上，每個金屬散熱塊再通過共晶焊沿著底座焊料前端平齊的方向分別焊接於底座上；四塊金屬散熱塊通過若干金線(3.1，3.2，3.3，3.4)與底座4串聯連接，加電實現雷射的輸出。所述的金屬散熱塊是用熱導率高的材料製作而成。所述的底座是由熱導率高的鍍金陶瓷材料製作而成。
[0026]如圖2所示，基於陣列晶片式C0S的尾纖輸出半導體雷射器，包括底板10、陣列晶片式C0S 5、快軸準直鏡FAC 6、慢軸準直鏡SAC陣列7、慢軸準直鏡SAC 8、準直透鏡9、光纖
11;
[0027]陣列晶片式C0S 5與快軸準直鏡FAC 6、慢軸準直鏡SAC陣列7、慢軸準直鏡SAC
8、準直透鏡9都固定在底板10上且分布成一條直線；
[0028]快軸準直鏡FAC 6的光軸對準陣列晶片式COS 5的每個雷射二極體的發光面；
[0029]慢軸準直鏡SAC陣列7的每個慢軸準直鏡的光軸一一對準陣列晶片式COS 5的雷射二極體的發光面，並與快軸準直鏡FAC 6的光軸重合；
[0030]慢軸準直鏡SAC 8的光軸對準陣列晶片式COS 5的每個相對應的雷射二極體的發光面，並與快軸準直鏡FAC 6的光軸重合；
[0031]陣列晶片式COS 5出光先統一通過快軸準直透鏡FAC 6進行快軸整形，通過慢軸準直透鏡SAC陣列7，對陣列晶片式COS 5的4個雷射二極體發出的光進行慢軸整形，經過慢軸準直透鏡SAC 7再做一次慢軸整形，最後陣列晶片式COS 5的4個雷射二極體並排的光束合束經過準直透鏡9，將光聚焦進入光纖11。
[0032]首先組裝好陣列晶片式COS 5，然後組裝一個快軸準直鏡FAC 6，在垂直於陣列晶片式COS 5方向上對雷射器二極體發出的光進行整形,整形後的光束在垂直於陣列晶片式COS 5方向變為平行光。
[0033]慢軸準直鏡SAC陣列7是一組柱透鏡，在平行於陣列晶片式COS 5方向上，每個雷射二極體發出的光各自經過一個對應的慢軸準直鏡SAC陣列7的慢軸準直鏡SAC,在平行於陣列晶片式COS 5方向實現壓縮；
[0034]慢軸準直鏡SAC 8是一個柱透鏡，在平行於陣列晶片式COS 5方向上對經過慢軸準直鏡SAC 8壓縮後的光再次進行整形，整形後的光束在平行於陣列晶片式COS 5方向變為平行光；
[0035]陣列晶片式COS 5的四個雷射二極體發出的四束光成為平行光，合為一束光，到達準直器9，最後聚焦由尾部的光纖11輸出。
【權利要求】
1.一種基於陣列晶片式COS的尾纖輸出半導體雷射器,包括底板、陣列晶片式COS、快軸準直鏡FAC、慢軸準直鏡SAC陣列、慢軸準直鏡SAC、準直透鏡、光纖；其特徵在於: 陣列晶片式COS與快軸準直鏡FAC、慢軸準直鏡SAC陣列、慢軸準直鏡SAC、準直透鏡都固定在底板上且分布成一條直線； 快軸準直鏡FAC的光軸對準陣列晶片式COS的每個雷射二極體的發光面； 慢軸準直鏡SAC陣列的每個慢軸準直鏡的光軸一一對準陣列晶片式COS的雷射二極體的發光面，並與快軸準直鏡FAC的光軸重合； 慢軸準直鏡SAC的光軸對準陣列晶片式COS的每個相對應的雷射二極體的發光面，並與快軸準直鏡FAC的光軸重合； 陣列晶片式COS出光先統一通過快軸準直透鏡FAC進行快軸整形，通過慢軸準直透鏡SAC陣列，對陣列晶片式COS的各個晶片發出的光進行慢軸整形，經過慢軸準直透鏡SAC再做一次慢軸整形，最後陣列晶片式COS的各晶片並排的光束合束經過準直透鏡，將光聚焦進入光纖。
2.根據權利要求1所述的一種基於陣列晶片式COS的尾纖輸出半導體雷射器，其特徵在於:所述的陣列晶片式COS包括底座、4塊金屬散熱塊、4個雷射二極體、若干金線；底座和4塊金屬散熱塊都帶有預成型焊料，每個雷射二極體通過共晶焊沿著金屬散熱塊焊料前端平齊的方向焊接於一塊金屬散熱塊上，每個金屬散熱塊再通過共晶焊沿著底座焊料前端平齊的方向分別焊接於底座上；4塊金屬散熱塊通過若干金線與底座串聯連接，加電實現雷射的輸出。
3.根據權利要求2所述的一種基於陣列晶片式COS的尾纖輸出半導體雷射器，其特徵在於:所述的金屬散熱塊是用熱導率高的材料製作而成。
4.根據權利要求2所述的一種基於陣列晶片式COS的尾纖輸出半導體雷射器，其特徵在於:所述的底座是由熱導率高的鍍金陶瓷材料製作而成。
5.利用權利要求1一 4之一所述的一種基於陣列晶片式COS的尾纖輸出半導體雷射器的耦合方法，其特徵在於按以下步驟進行: 1)陣列晶片式COS的4個雷射二極體發出的光經過快軸準直鏡FAC的準直後，光在垂直於晶片方向變為平行光； 2)陣列晶片式COS的4個雷射二極體發出的光經過快軸準直鏡FAC準直後的光到達慢軸準直鏡SAC陣列，該陣列每一個SAC對應一個雷射二極體，對其慢軸方向進行一次壓縮； 3)經過快軸準直鏡FAC、慢軸準直鏡SAC陣列後，四束光經過慢軸準直鏡SAC再次進行慢軸整形，得到4個雷射二極體合束後的平行光； 4)合束後的平行光經過準直透鏡，最後聚焦在光纖上。
【文檔編號】H01S5/06GK104300359SQ201410537456
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月13日 優先權日:2014年10月13日
【發明者】胡慧璇, 盧昆忠 申請人:武漢銳科光纖雷射器技術有限責任公司