一種垂直疊層式光路模塊和一種多管芯半導體雷射器的製造方法
2023-11-07 18:09:47 2
一種垂直疊層式光路模塊和一種多管芯半導體雷射器的製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及雷射【技術領域】，尤其涉及一種垂直疊層式光路模塊和一種多管芯半導體雷射器。垂直疊層式光路模塊包括：一個熱沉模塊和N個光路單元，其中N為大於等於2的正整數；每個光路單元包括一個帶輔助熱沉的半導體雷射晶片CoS、一個快軸準直透鏡和一個慢軸準直透鏡；所述熱沉模塊的一面呈N+1級臺階狀，從低到高依次為第一級臺階至第N+1級臺階；所述第一級臺階上設置有N-1個透鏡架。多管芯半導體雷射器包括：臺階形底板和多個垂直疊層式光路模塊；多個垂直疊層式光路模塊分別固定在臺階形底板的不同臺階上。本實用新型實現了多個光路的模塊化，保證了工藝重複性和穩定性，提高了多管芯半導體雷射器的空間利用率。
【專利說明】一種垂直疊層式光路模塊和一種多管芯半導體雷射器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及雷射【技術領域】，尤其涉及一種垂直疊層式光路模塊和一種多管芯半導體雷射器。
【背景技術】
[0002]目前的多管芯半導體雷射器中，通常將多個帶輔助熱沉的半導體雷射晶片(CoS)、多個快軸準直透鏡和多個慢軸準直透鏡等光學元件全部集成在同一個底板上，並且為了增大半導體雷射器的功率，通常會集成更多的單元器件，這樣整個半導體雷射器在水平方向佔用的空間就會明顯增多；工作時每個CoS發出的光束經過快軸準直透鏡慢軸準直透鏡準直後，變為平行光束，再經過反射鏡的轉向，反射至耦合鏡進行匯聚，最後耦合進光纖。由於CoS是焊接在底板上的，如果某個出現故障，就需要重新更換，而底板是採用高導熱率的金屬製成，更換CoS的過程中，會影響其它單元器件，需要重新對它們進行調校，這種所有單元器件共底板的空間集成方式不能保證產品的工藝重複性和保證不同晶片產品的之間的通用性，並且可拆卸性差，維修成本高，耗費人力，很難實現多管芯半導體雷射器的批量化生產。
實用新型內容
[0003]針對上述現有技術存在的技術問題，本實用新型提供了一種垂直疊層式光路模塊，本實用新型的目的還在於提供一種多管芯半導體雷射器。
[0004]本實用新型公開了一種垂直疊層式光路模塊，包括:一個熱沉模塊和N個光路單元，其中N為大於等於2的正整數；所述N個光路單元依次為第一光路單元至第N光路單元;
[0005]每個光路單元包括一個帶輔助熱沉的半導體雷射晶片CoS、一個快軸準直透鏡和一個慢軸準直透鏡；
[0006]所述熱沉模塊的一面呈N+1級臺階狀，從低到高依次為第一級臺階至第N+1級臺階；
[0007]所述第一級臺階上設置有N-1個透鏡架；
[0008]每個光路單元中的快軸準直透鏡分別固定在光路單元自身的CoS的前端，所述CoS的前端為CoS輸出光束的那一端；
[0009]所述的N個光路單元中，第一光路單元中的CoS至第N光路單元中的CoS分別依次固定在第二級臺階至第N+1級臺階上，第一光路單元中的慢軸準直透鏡直接固定在第一級臺階上，第二光路單元至第N光路單元中的慢軸準直透鏡分別依次固定在不同的透鏡架上；
[0010]每個透鏡架由間隔一定距離且高度相等的兩個立柱構成，且所述兩個立柱分別設置在每個光路單元中的CoS的輸出光束的兩側；
[0011]每個光路單元中的CoS的輸出光束的光軸、快軸準直透鏡的光軸和慢軸準直透鏡的光軸在同一條直線上；
[0012]每個光路單元中的CoS的輸出光束只通過光路單元自身的慢軸準直透鏡；
[0013]所述的N個光路單元中的CoS的輸出光束的光軸都在同一垂直平面內且相互平行。
[0014]可選的，所述熱沉模塊上設置有至少兩個沉孔，用於將所述垂直疊層式光路模塊固定到多管芯半導體雷射器中的臺階形底板上；
[0015]所述熱沉模塊從第二級臺階至第N+1級臺階起，每級臺階的邊緣都設置有一個側邊條，每個光路單元中的CoS通過側邊條定位固定在臺階上。
[0016]可選的，當N等於2時，所述垂直疊層式光路模塊包括兩個光路單元，分別為第一光路單元和第二光路單元；
[0017]所述熱沉模塊的一面呈三級臺階狀，分別為第一級臺階、第二級階臺和第三級臺階；
[0018]所述熱沉模塊的第一級臺階上設置有一個透鏡架；
[0019]所述熱沉模塊上設置有兩個沉孔，分別為第一沉孔和第二沉孔；所述第一沉孔位於所述透鏡架與所述第二級臺階之間，且設置在第一級臺階上；所述第二個沉孔設置在第三級臺階上；
[0020]所述第一光路單元中的CoS固定在第二級臺階上，慢軸準直透鏡直接固定所述第一級臺階上；
[0021]所述第二光路單元中的CoS固定在第三級臺階上，慢軸準直透鏡固定在透鏡架上；
[0022]所述透鏡架位於所述第一沉孔和所述第一光路單元中的慢軸準直透鏡之間；
[0023]所述透鏡架高於第二級臺階，所述透鏡架低於第三級臺階，用於第一光路單元中的CoS的輸出光束從所述第二光路單元中的慢軸準直透鏡的下方通過，第二光路單元中的CoS的輸出光束從所述第一光路單元中的慢軸準直透鏡的上方通過。
[0024]可選的，當N大於2時，沿所述CoS的輸出光束的傳播方向，分別依次設置所述N-1個透鏡架，所述N-1個透鏡架分別為第N-1透鏡架至第一透鏡架，且高度逐漸遞減；
[0025]所述垂直疊層式光路模塊中相鄰兩個CoS的高度差相等。
[0026]可選的，當N等於3時，所述垂直疊層式光路模塊包括三個光路單元，分別為第一光路單元、第二光路單元和第三光路單元；
[0027]所述第一級臺階上設置有兩個透鏡架，分別為第一透鏡架和第二透鏡架，第一透鏡架低于于第二透鏡架；
[0028]所述熱沉模塊的一面呈四級臺階狀，分別為第一級臺階、第二級階臺、第三級臺階和第四級臺階；
[0029]所述第一光路單元中的CoS固定在第二級臺階上，慢軸準直透鏡直接固定在所述第一級臺階上；
[0030]所述第二光路單元中的CoS固定在第三級臺階上，慢軸準直透鏡固定在所述第一透鏡架上；
[0031]所述第三光路單元中的CoS固定在第四級臺階上，慢軸準直透鏡固定在所述第二透鏡架上；
[0032]第一透鏡架位於所述第二透鏡架和所述第一光路單元中的慢軸準直透鏡之間；
[0033]所述第二級臺階低於所述第一透鏡架，所述第三級臺階低於所述第二透鏡架，所述第三級臺階高於所述第一透鏡架，所述第四級臺階高於所述第二透鏡架，用於第一光路單元中的CoS的輸出光束從所述第二光路單元中的慢軸準直透鏡的下方通過，第二光路單元中的CoS的輸出光束從所述第三光路單元中的慢軸準直透鏡的下方通過，第二光路單元中的CoS的輸出光束從所述第一光路單元中的慢軸準直透鏡的上方通過，第三光路單元中的CoS的輸出光束從所述第二光路單元中的慢軸準直透鏡的上方通過；
[0034]所述熱沉模塊上設置有兩個沉孔，分別為第一沉孔和第二沉孔，所述第一沉孔位於所述第二透鏡架與所述第二級臺階之間，且設置在第一級臺階上，所述第二個沉孔設置在第四級臺階上；
[0035]可選的，所述垂直疊層式光路模塊還包括體布拉格光柵、熱敏電阻和防反片中的一種或多種；所述熱沉模塊採用高導熱率金屬製成。
[0036]本實用新型還公開了一種多管芯半導體雷射器，包括:臺階形底板和多個所述的垂直疊層式光路模塊；
[0037]多個垂直疊層式光路模塊分別固定在臺階形底板的不同臺階上，每個固定有垂直疊層式光路模塊的臺階上設置有至少兩個固定孔，用於固定垂直疊層式光路模塊。
[0038]可選的，所述臺階形底板採用高導熱率金屬製成；
[0039]可選的，所述每個固定有垂直疊層式光路模塊的臺階上設置有兩個固定孔，所述兩個固定孔都為螺紋孔；每個垂直疊層式光路模塊上的兩個沉孔與每個固定有垂直疊層式光路模塊的臺階上的兩個固定孔的位置相對應；
[0040]所述多個垂直疊層式光路模塊分別以螺紋連接的方式固定在臺階形底板的臺階上；
[0041]所述臺階形底板中相鄰兩個臺階的高度差相等；
[0042]每個垂直疊層式光路模塊中相鄰兩個CoS的高度差為所述臺階形底板中相鄰兩個臺階的高度差的m倍，其中m為大於等於2的正整數。
[0043]可選的，所述的多管芯半導體雷射器還包括:多個反射鏡、一個耦合鏡和一條耦合光纖;
[0044]每個垂直疊層式光路模塊與η個反射鏡相對應，其中η等於每個垂直疊層式光路模塊中CoS的個數；
[0045]每個垂直疊層式光路模塊相對應的η個反射鏡沿對應垂直疊層式光路模塊中CoS的輸出光束的傳播方向分別依次垂直固定在對應垂直疊層式光路模塊所在的臺階上，且所述η個反射鏡的高度逐漸增加，用於將所述對應垂直疊層式光路模塊中每個光路單元中的CoS的輸出光束反射至耦合鏡的入射面；
[0046]所述耦合光纖位於所述耦合鏡的出射面所在的一側，且所述耦合鏡的軸線與所述耦合光纖的軸線位於同一直線上。
[0047]與現有技術相比，本實用新型的技術效果為:
[0048]本實用新型通過將N個CoS、N個快軸準直透鏡和N個慢軸準直透鏡集成在同一熱沉模塊上，並且將它們在垂直方向上合理分布，組成一個獨立的半導體雷射單元器件，即垂直疊層式光路模塊，從而實現了多個光路的模塊化，充分利用了有效空間，在裝調過程中可以保證很高的工藝重複性和穩定性，簡化了工人操作，提升生產效率。和自動化的耦合設備相比，垂直疊層式光路模塊的裝調具備更多的靈活性，比自動化設備耦合效率更高，並且實現了多管芯半導體雷射器的批量化生產，提高了多管芯半導體雷射器的空間利用率，解決了不同多管芯產品之間產品組件通用性問題，減少產品在開發和生產過程中的成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0049]圖1是本實用新型中的垂直疊層式光路模塊實施例一的結構示意圖；
[0050]圖2是本實用新型中的垂直疊層式光路模塊實施例一的A向視圖；
[0051]圖3是本實用新型中的垂直疊層式光路模塊實施例二的結構示意圖；
[0052]圖4是本實用新型中的垂直疊層式光路模塊實施例二的A向視圖；
[0053]圖5是本實用新型實施例中的多管芯半導體雷射器中臺階形底板的結構示意圖；
[0054]圖6是本實用新型實施例中的多管芯半導體雷射器的結構示意圖；
[0055]圖中:垂直疊層式光路模塊100、200 ;熱沉模塊101、201 ;帶輔助熱沉的半導體雷射晶片CoS102、202 ;快軸準直透鏡103、203 ;慢軸準直透鏡104、204 ;第一級臺階105、205 ；第二級臺階106、206 ;第三級臺階107、207 ;第四級臺階208 ;透鏡架108 ;第一透鏡架209 ；第二透鏡架210 ;第一沉孔111、211 ;第二沉孔112、212 ;側邊條113、213 ;臺階形底板300 ；固定孔301 ;反射鏡401 ;耦合鏡402 ;耦合光纖403。
【具體實施方式】
[0056]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。
[0057]本實用新型將半導體雷射器中的單元器件分別模塊化，且為了充分利用空間利用率，將多個光路垂直分布在熱沉模塊上，組成垂直疊層式光路模塊。
[0058]垂直疊層式光路模塊實例一
[0059]圖1是本實用新型中的垂直疊層式光路模塊實施例一的結構示意圖；圖2是本實用新型中的垂直疊層式光路模塊實施例一的A向視圖。如圖1和圖2所示，本實用新型公開了一種垂直疊層式光路模塊100，包括:一個熱沉模塊101和兩個光路單元；兩個光路單元依次為第一光路單元至第二光路單元；每個光路單元包括一個帶輔助熱沉的半導體雷射晶片CoS102、一個快軸準直透鏡103和一個慢軸準直透鏡104。熱沉模塊101的一面呈三級臺階狀，從低到高依次為第一級臺階105、第二級臺階106和第三級臺階107，即臺階的高度逐漸遞增。這樣設置可以方便光學元件的安裝，並且有利於散熱，每階臺階的寬度可以根據各個光學元件的幾何尺寸和它們在臺階上的安裝位置確定。
[0060]熱沉模塊的第一級臺階105上設置有一個透鏡架108，透鏡架108是由間隔一定距離且高度相等的兩個立柱構成，兩個立柱分別設置在每個光路單元中的CoS的輸出光束的兩側，兩個立體可以和熱沉模塊為一體的結構；熱沉模塊上設置有兩個沉孔，分別為第一沉孔111和第二沉孔112 ;所述第一沉孔111位於所述透鏡架108與所述第二級臺階106之間，且設置在第一級臺階105上；第二個沉孔112設置在第三級臺階107上。設置有沉孔可以將垂直疊層式光路模塊100通過螺釘固定到多管芯半導體雷射器中的臺階形底板上，這樣將垂直疊層式光路模塊100固定到多管芯半導體雷射器後，螺釘的頭部將完全沒入沉孔中，避免螺釘凸於臺階表面，遮擋CoS102輸出的光束。
[0061]熱沉模塊從第二級臺階至第三級臺階起，每級臺階的邊緣，如圖1所示都設置有一個側邊條113，側邊條為長條狀的突起，每個光路單元中的COS102通過側邊條113定位固定在臺階上，這樣可以方便CoS的安裝，便於調校。
[0062]每個光路單元中的快軸準直透鏡103分別固定在光路單元自身的CoS102的前端；CoS102的前端，即為CoS102輸出光束的那一端；第一光路單元中的CoS102固定在第二級臺階106上，。慢軸準直透鏡直接104用膠固定第一級臺階105上；第二光路單元中的CoS102固定在第三級臺階上，慢軸準直透鏡104用膠固定在透鏡架108上，即透鏡架108的兩個立柱的頂端面上；為了保證良好的熱傳導，CoS102可用金屬焊料進行燒結固定。透鏡架108位於第一沉孔111和第一光路單元中的慢軸準直透鏡104之間；安裝CoS、快軸準直透鏡和慢軸準直透鏡時，可以通過微調架，使每個光路單元中的CoS的輸出光束的光軸、快軸準直透鏡的光軸和慢軸準直透鏡的光軸在同一條直線上，這樣可以避免光學元件的離軸引入光學相差，造成光束質量下降，影響後續的耦合效率。垂直疊層式光路模塊100的兩個光路單元中CoS102的輸出光束的光軸都在同一垂直平面內且相互平行。
[0063]如圖2所示，從垂直疊層式光路模塊100的A向觀察每個光路單元中CoS102的輸出光束傳播路徑示意圖，如箭頭所示。透鏡架108高於第二級臺階106，透鏡架108低於第三級臺階107，用於第一光路單元中的CoS102的輸出光束從第二光路單元中的慢軸準直透鏡104的下方通過，第二光路單元中的CoS102的輸出光束從所述第一光路單元中的慢軸準直透鏡104的上方通過。
[0064]為了確保每個光路單元中的CoS102的輸出光束只通過光路單元自身的慢軸準直透鏡104，要選用適合高度的慢軸準直透鏡。
[0065]垂直疊層式光路模塊實施例二
[0066]圖3是本實用新型中的垂直疊層式光路模塊實施例二的結構示意圖；圖4是本實用新型中的垂直疊層式光路模塊實施例二的A向視圖。如圖3和圖4所示，本實用新型公開了一種垂直疊層式光路模塊200,包括:一個熱沉模塊201和三個光路單兀,分別為第一光路單元、第二光路單元和第三光路單元。每個光路單元包括一個帶輔助熱沉的半導體雷射晶片CoS202、一個快軸準直透鏡203和一個慢軸準直透鏡204 ;熱沉模塊201臺階呈四級臺階狀，分別為第一級臺階205、第二級階臺206、第三級臺階207和第四級臺階208，第一級臺階至第四級臺階的高度逐漸遞增；第一級臺階205上設置有兩個透鏡架，從第一級臺階205與第二級臺206的邊界所在的一側起，沿每個光路單元中的CoS的輸出光束的傳播方向，分別依次設置上述兩個透鏡架，且高度逐漸遞減，上述兩個透鏡架分別為第二透鏡架210和第一透鏡架209，第二透鏡架210高於第一透鏡架209。
[0067]每個光路單元中的快軸準直透鏡203分別固定在光路單元自身的CoS202的前端，所述CoS202的前端為CoS202輸出光束的那一端。
[0068]第一光路單元中的CoS202固定在第二級臺階206上，第一光路單元中的慢軸準直透鏡204直接固定在第一級臺階205上；第二光路單元中的CoS202固定在第三級臺階207上，第二光路單元中的慢軸準直透鏡204固定在第一透鏡架209上，即透鏡架209的兩個立柱的頂端面上。
[0069]第三光路單元中的CoS202固定在第四級臺階208上，第三光路單元中的慢軸準直透鏡204固定在第二透鏡架210上，即透鏡架210的兩個立柱的頂端面上；使每個光路單元中的CoS的輸出光束的光軸、快軸準直透鏡的光軸和慢軸準直透鏡的光軸在同一條直線上的安裝調節方式和作用同實施例一相同。垂直疊層式光路模塊200的三個光路單元中的CoS的輸出光束的光軸都在同一垂直平面內且相互平行。
[0070]垂直疊層式光路模塊200中所有相鄰兩個CoS的高度差都相等，即第四級臺階208上的CoS與第三級臺階207上的CoS的高度差等於第三級臺階207上的CoS與第二級臺階206上的CoS的高度差。
[0071]如圖4所示，從垂直疊層式光路模塊200的A向觀察每個光路單元中CoS的輸出光束傳播路徑示意圖，如箭頭所示。第一透鏡架209位於第二透鏡架210和第一光路單元中的慢軸準直透鏡之間；第二級臺階206低於第一透鏡架209，第三級臺階207低於第二透鏡架210，第三級臺階207高於第一透鏡架209，第四級臺階208高於第二透鏡架204，用於第一光路單元中的CoS的輸出光束從第二光路單元中的慢軸準直透鏡的下方通過，第二光路單元中的CoS的輸出光束從第三光路單元中的慢軸準直透鏡的下方通過，第二光路單元中的CoS的輸出光束從第一光路單元中的慢軸準直透鏡的上方通過，第三光路單元中的CoS的輸出光束從第二光路單元中的慢軸準直透鏡的上方通過，為了確保每個光路單元中的CoS的輸出光束只通過光路單元自身的慢軸準直透鏡，要選用適合高度的慢軸準直透鏡。
[0072]熱沉模塊上設置有兩個沉孔，分別為第一沉孔211和第二沉孔212 ;第一沉孔211位於所述第二透鏡架210與所述第二級臺階206之間，且設置在第一級臺階205上；第二個沉孔212設置在第四級臺階208上。
[0073]熱沉模塊從第二級臺階至第四級臺階起，每級臺階的邊緣，如圖3所示都設置有一個側邊條213，側邊條為長條狀的突起，每個光路單元中的CoS213通過側邊條213定位固定在臺階上。
[0074]兩個沉孔和側邊條的作用和實施一中的作用相同。
[0075]在實施例一和實施二中，為了保證良好的散熱性，熱沉模塊可以採用高導熱率金屬製成，例如:銅。熱沉模塊上還可以固定體布拉格光柵、熱敏電阻、防反片中的一種或多種。慢軸準直透鏡還可以固定在透鏡架的兩個立柱的之間，即慢軸準直透鏡懸掛固定在兩個立柱之間。沉孔的位置還可以根據實際情況的來確定。
[0076]以下進一步具體描述包括7個垂直疊層式光路模塊的多管芯半導體雷射器的實施例。
[0077]多管芯半導體雷射器實施例
[0078]圖5是本實用新型實施例中的多管芯半導體雷射器中臺階形底板的結構示意圖，圖6是本實用新型實施例中的多管芯半導體雷射器的結構示意圖。如圖5和6所示，本實施例公開了一種多管芯半導體雷射器，包括:臺階形底板300和多個垂直疊層式光路模塊100 ;多管芯半導體雷射器還包括:多個反射鏡401、一個耦合鏡402和一條耦合光纖403 ；
[0079]多個垂直疊層式光路模塊100分別通過用螺釘固定在臺階形底板300的不同臺階上，每個固定有垂直疊層式光路模塊100的臺階上設置有兩個固定孔301，用於固定垂直疊層式光路模塊100。兩個固定孔301都為螺紋孔；每個垂直疊層式光路模塊上的兩個沉孔與每個固定有垂直疊層式光路模塊的臺階上的兩個固定孔的位置相對應；臺階形底板300中所有相鄰兩個臺階的高度差都相等；每個垂直疊層式光路模塊100中相鄰兩個CoS的高度差為臺階形底板300中相鄰兩個臺階的高度差的m倍，其中m為大於等於2的正整數，此方式可以保證每個垂直疊層式光路模塊100中CoS的輸出光束在經過反射鏡401反射後空間排布彼此不交疊。
[0080]每個垂直疊層式光路模塊與兩個反射鏡401相對應；每個垂直疊層式光路模塊100相對應的兩個反射鏡401沿對應垂直疊層式光路模塊100中CoS的輸出光束的傳播方向分別依次垂直固定在對應垂直疊層式光路模塊100所在的臺階上，且兩個反射鏡401的高度逐漸增加，每個反射鏡401的反射面和與之相對應的垂直疊層式光路模塊100上的快軸準直透鏡的光軸和慢軸準直透鏡的光軸所在的直線所成的夾角為45°，用於將對應垂直疊層式光路模塊100中每個光路單元中的CoS的輸出光束反射至耦合鏡402的入射面；其中，每個垂直疊層式光路模塊100中第一光路單元的CoS的輸出光束由高度較低的那個反射鏡401進行反射,第二光路光單兀的CoS的輸出光束由另一個反射鏡401進行反射。為保證每個垂直疊層式光路模塊100中的兩條光束都由各自對應的反射鏡401進行反射，反射鏡401的高度要根據實際情況來確定。
[0081]耦合光纖403位於耦合鏡402的出射面所在的一側，且耦合鏡402的軸線與耦合光纖403的軸線位於同一直線上。
[0082]反射至耦合鏡402的入射面的光束為平行光束，平行光束最後經耦合鏡402匯聚後，稱合進稱合光纖403。
[0083]為了保證良好的散熱性，臺階形底板300可以採用高導熱率金屬製成，例如:銅。
[0084]本實用新型的另一個實施例中，多管芯半導體雷射器的臺階形底板還可根據實施例二中的垂直疊層式光路模塊200的具體尺寸來設計臺階形底板中臺階的高度和固定孔的位置，並將實施例二中的多個垂直疊層式光路模塊200分別固定安裝在臺階上，組裝成多管芯半導體雷射器。每個垂直疊層式光路模塊200與三個反射鏡相對應。相對的三個反射鏡的高度和位置關係與包括垂直疊層式光路模塊100的多管芯半導體雷射器實施例確定的方法相同。
[0085]綜上所述，本實用新型通過將具有相同個數的CoS、快軸準直透鏡和慢軸準直透鏡集成在同一熱沉模塊上，並且將它們在垂直方向上合理分布，組成一個垂直疊層式光路模塊，從而實現了多個光路的模塊化，在裝調過程中可以保證很高的工藝重複性和穩定性。實現了多晶片半導體雷射器的批量化生產，提高了多管芯半導體雷射器的空間利用率，解決了不同多晶片產品之間多晶片產品組件通用性問題。
[0086]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用於限定本實用新型的保護範圍。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種垂直疊層式光路模塊，其特徵在於，包括:一個熱沉模塊和N個光路單元，其中N為大於等於2的正整數；所述N個光路單元依次為第一光路單元至第N光路單元； 每個光路單元包括一個帶輔助熱沉的半導體雷射晶片CoS、一個快軸準直透鏡和一個慢軸準直透鏡； 所述熱沉模塊的一面呈N+1級臺階狀，從低到高依次為第一級臺階至第N+1級臺階； 所述第一級臺階上設置有N-1個透鏡架； 每個光路單元中的快軸準直透鏡分別固定在光路單元自身的CoS的前端，所述CoS的前端為CoS輸出光束的那一端；所述的N個光路單元中，第一光路單元中的CoS至第N光路單元中的CoS分別依次固定在第二級臺階至第N+1級臺階上，第一光路單元中的慢軸準直透鏡直接固定在第一級臺階上，第二光路單元至第N光路單元中的慢軸準直透鏡分別依次固定在不同的透鏡架上；每個透鏡架由間隔一定距離且高度相等的兩個立柱構成，且所述兩個立柱分別設置在每個光路單元中的CoS的輸出光束的兩側； 每個光路單元中的CoS的輸出光束的光軸、快軸準直透鏡的光軸和慢軸準直透鏡的光軸在同一條直線上； 每個光路單元中的CoS的輸出光束只通過光路單元自身的慢軸準直透鏡； 所述的N個光路單元中的CoS的輸出光束的光軸都在同一垂直平面內且相互平行。
2.根據權利要求1所述的垂直疊層式光路模塊，其特徵在於，所述熱沉模塊上設置有至少兩個沉孔，用於將所述垂直疊層式光路模塊固定到多管芯半導體雷射器中的臺階形底板上； 所述熱沉模塊從第二級臺階至第N+1級臺階起，每級臺階的邊緣都設置有一個側邊條，每個光路單元中的CoS通過側邊條定位固定在臺階上。
3.根據權利要求2所述的垂直疊層式光路模塊，其特徵在於，當N等於2時，所述垂直疊層式光路模塊包括兩個光路單元，分別為第一光路單元和第二光路單元； 所述熱沉模塊的一面呈三級臺階狀，分別為第一級臺階、第二級階臺和第三級臺階； 所述熱沉模塊的第一級臺階上設置有一個透鏡架； 所述熱沉模塊上設置有兩個沉孔，分別為第一沉孔和第二沉孔；所述第一沉孔位於所述透鏡架與所述第二級臺階之間，且設置在第一級臺階上；所述第二個沉孔設置在第三級臺階上； 所述第一光路單元中的CoS固定在第二級臺階上，慢軸準直透鏡直接固定所述第一級臺階上； 所述第二光路單元中的CoS固定在第三級臺階上，慢軸準直透鏡固定在透鏡架上； 所述透鏡架位於所述第一沉孔和所述第一光路單元中的慢軸準直透鏡之間； 所述透鏡架高於第二級臺階，所述透鏡架低於第三級臺階，用於第一光路單元中的CoS的輸出光束從所述第二光路單元中的慢軸準直透鏡的下方通過，第二光路單元中的CoS的輸出光束從所述第一光路單元中的慢軸準直透鏡的上方通過。
4.根據權利要求2所述的垂直疊層式光路模塊，其特徵在於，當N大於2時，沿所述CoS的輸出光束的傳播方向，分別依次設置所述N-1個透鏡架，所述N-1個透鏡架分別為第N-1透鏡架至第一透鏡架，且高度逐漸遞減； 所述垂直疊層式光路模塊中相鄰兩個CoS的高度差相等。
5.根據權利要求4所述的垂直疊層式光路模塊，其特徵在於， 當N等於3時，所述垂直疊層式光路模塊包括三個光路單元，分別為第一光路單元、第二光路單元和第三光路單元； 所述第一級臺階上設置有兩個透鏡架，分別為第一透鏡架和第二透鏡架，第一透鏡架低于于第二透鏡架； 所述熱沉模塊的一面呈四級臺階狀，分別為第一級臺階、第二級階臺、第三級臺階和第四級臺階； 所述第一光路單元中的CoS固定在第二級臺階上，慢軸準直透鏡直接固定在所述第一級臺階上； 所述第二光路單元中的CoS固定在第三級臺階上，慢軸準直透鏡固定在所述第一透鏡架上； 所述第三光路單元中的CoS固定在第四級臺階上，慢軸準直透鏡固定在所述第二透鏡架上； 第一透鏡架位於所述第二透鏡架和所述第一光路單元中的慢軸準直透鏡之間； 所述第二級臺階低於所述第一透鏡架，所述第三級臺階低於所述第二透鏡架，所述第三級臺階高於所述第一透鏡架，所述第四級臺階高於所述第二透鏡架， 用於第一光路單元中的CoS的輸出光束從所述第二光路單元中的慢軸準直透鏡的下方通過，第二光路單元中的CoS的輸出光束從所述第三光路單元中的慢軸準直透鏡的下方通過，第二光路單元中的CoS的輸出光束從所述第一光路單元中的慢軸準直透鏡的上方通過，第三光路單元中的CoS的輸出光束從所述第二光路單元中的慢軸準直透鏡的上方通過； 所述熱沉模塊上設置有兩個沉孔，分別為第一沉孔和第二沉孔，所述第一沉孔位於所述第二透鏡架與所述第二級臺階之間，且設置在第一級臺階上，所述第二個沉孔設置在第四級臺階上。
6.根據權利要求1-5中任一所述的垂直疊層式光路模塊,其特徵在於,所述垂直疊層式光路模塊還包括體布拉格光柵、熱敏電阻和防反片中的一種或多種；所述熱沉模塊採用高導熱率金屬製成。
7.一種多管芯半導體雷射器，其特徵在於，包括:臺階形底板和多個如權利要求3-5中任一所述的垂直疊層式光路模塊； 多個垂直疊層式光路模塊分別固定在臺階形底板的不同臺階上，每個固定有垂直疊層式光路模塊的臺階上設置有至少兩個固定孔，用於固定垂直疊層式光路模塊。
8.根據權利要求7所述的多管芯半導體雷射器，其特徵在於，所述臺階形底板採用高導熱率金屬製成。
9.根據權利要求7所述的多管芯半導體雷射器，其特徵在於， 所述每個固定有垂直疊層式光路模塊的臺階上設置有兩個固定孔，所述兩個固定孔都為螺紋孔；每個垂直疊層式光路模塊上的兩個沉孔與每個固定有垂直疊層式光路模塊的臺階上的兩個固定孔的位置相對應； 所述多個垂直疊層式光路模塊分別以螺紋連接的方式固定在臺階形底板的臺階上； 所述臺階形底板中相鄰兩個臺階的高度差相等； 每個垂直疊層式光路模塊中相鄰兩個CoS的高度差為所述臺階形底板中相鄰兩個臺階的高度差的m倍，其中m為大於等於2的正整數。
10.根據權利要求9所述的多管芯半導體雷射器，其特徵在於，所述的多管芯半導體雷射器還包括:多個反射鏡、一個稱合鏡和一條稱合光纖； 每個垂直疊層式光路模塊與η個反射鏡相對應，其中η等於每個垂直疊層式光路模塊中CoS的個數； 每個垂直疊層式光路模塊相對應的η個反射鏡沿對應垂直疊層式光路模塊中CoS的輸出光束的傳播方向分別依次垂直固定在對應垂直疊層式光路模塊所在的臺階上，且所述η個反射鏡的高度逐漸增加，用於將所述對應垂直疊層式光路模塊中每個光路單元中的CoS的輸出光束反射至耦合鏡的入射面； 所述耦合光纖位於所述耦合鏡的出射面所在的一側，且所述耦合鏡的軸線與所述耦合光纖的軸線位於同一直線上。
【文檔編號】H01S5/024GK203951037SQ201420380886
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2014年7月10日
【發明者】楊朝棟, 姜笑塵, 劉瑞, 高燕燕, 何曉光 申請人:北京凱普林光電科技有限公司