專利名稱：一種半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用裝置，屬于半導(dǎo)體激光的 應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高功率高亮度半導(dǎo)體激光器廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、印刷、科研、照明、激光顯示、 軍事及國(guó)防等領(lǐng)域，不僅是YAG和光纖激光等固體激光器的泵浦源，而且可以直接應(yīng)用于 激光熱處理、焊接與切割金屬薄板和非金屬、激光手術(shù)、激光美容、激光印刷與排照、激光夜 視照明、激光投影等?，F(xiàn)有技術(shù)中有兩條實(shí)現(xiàn)高功率半導(dǎo)體激光器的途徑一是通過(guò)提高 芯片生長(zhǎng)技術(shù)從而增加單芯片半導(dǎo)體激光器的輸出功率；二是通過(guò)增加半導(dǎo)體激光器發(fā)光 芯片的個(gè)數(shù)從而提高總輸出功率。當(dāng)單芯片輸出運(yùn)轉(zhuǎn)在極限水平時(shí)，通過(guò)增加芯片的個(gè)數(shù) 顯得非常重要。增加半導(dǎo)體激光器發(fā)光芯片數(shù)的產(chǎn)品有水平疊陣、垂直疊陣和面陣等。然 而，半導(dǎo)體激光芯片數(shù)或巴條數(shù)的增加，導(dǎo)致其光束質(zhì)量和功率密度下降，使得半導(dǎo)體激光 器的應(yīng)用受到很大限制。不同的單芯片半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)可以組合或集成出不同的 多芯片半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，即運(yùn)用光束整形實(shí)現(xiàn)高功率高亮度的半導(dǎo)體激光器。目前，商用單芯片半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)有如下通用形式C型(C-moimt)、B型 (B-mount)、F型(F-mount)、CT型和CS型。這些單芯片封裝結(jié)構(gòu)除C型外，熱沉的安裝面 與芯片的快軸垂直；C型結(jié)構(gòu)熱沉的安裝面與芯片的光軸垂直。商用多芯片半導(dǎo)體激光器 的封裝結(jié)構(gòu)有面陣(如G-Mack)、水平疊陣和垂直疊陣等。面陣熱沉的安裝面與芯片的光軸 垂直；水平和垂直疊陣熱沉的安裝面與芯片的快軸垂直。這些半導(dǎo)體激光器封裝結(jié)構(gòu)的缺 點(diǎn)是安裝固定快軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器時(shí)，無(wú)法改變快軸準(zhǔn)直光的指向性，難以實(shí)現(xiàn)高亮 度的合成光束。美國(guó)專利USM63534公開(kāi)了一種由多個(gè)C型單芯片半導(dǎo)體激光器形成的高功率激 光源，所有C型激光器固定在同一熱沉基面上，每個(gè)C型激光器帶有一個(gè)預(yù)先安裝好了的準(zhǔn) 直透鏡對(duì)其激光束進(jìn)行準(zhǔn)直，每個(gè)準(zhǔn)直透鏡后有一棱鏡對(duì)組成的擴(kuò)(壓)束鏡來(lái)平衡快慢軸 的光束特性。在這個(gè)系統(tǒng)中，各準(zhǔn)直光束平行且垂直于公共基面，有利于預(yù)先裝調(diào)準(zhǔn)直透鏡 和棱鏡對(duì)，但也有很多的缺陷。首先，C型激光器的熱沉大小決定了各激光器的分布間距， 說(shuō)明準(zhǔn)直透鏡的尺寸無(wú)法減小，即系統(tǒng)的體積大；其次，預(yù)先裝調(diào)準(zhǔn)直透鏡時(shí)必然會(huì)引入準(zhǔn) 直光的指向性誤差，因而安裝在熱沉基面上各準(zhǔn)直激光束相互之間不平行，即難以實(shí)現(xiàn)高 亮度的合成激光束。美國(guó)專利US7586963公開(kāi)了一種積木式半導(dǎo)體激光的裝置，該裝置由多個(gè)激光器 組成，這些激光器的安裝面與芯片的快軸垂直，依次固定在階梯熱沉上，即依次往后和上分 布。該裝置具有同一指向、靈活設(shè)置上下間距、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際生產(chǎn)中也有致命 缺點(diǎn)。為了獲得高亮度的合成光束，要求階梯面的平行度高，各個(gè)預(yù)先準(zhǔn)直的激光束指向性 和激光器熱沉的一致性好，這樣安裝在階梯上的各準(zhǔn)直激光束才能合成為指向性好的高亮 度光束。階梯面的平行度高導(dǎo)致精密加工的成本高和成品率低，不利于規(guī)模生產(chǎn)。[0006]美國(guó)專利US7733932公開(kāi)了一種組合式半導(dǎo)體激光的裝置，該裝置中含有多個(gè)半 導(dǎo)體激光器，這些半導(dǎo)體激光器焊接在階梯熱沉上，即激光器依次左右延伸和上下錯(cuò)開(kāi)?？?慢軸準(zhǔn)直后的激光束經(jīng)反射鏡實(shí)現(xiàn)左右合束。該裝置各激光束具有同一指向、靈活設(shè)置上 下間距、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)之一就是快軸準(zhǔn)直后光束指向是固定的，對(duì)快軸準(zhǔn)直透鏡 的安裝精度和反射鏡安裝穩(wěn)定性要求極高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有半導(dǎo)體激光列陣產(chǎn)生的激光束在快軸方向上很難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直 且平行的不足，提供一種半導(dǎo)體激光器封裝結(jié)構(gòu)，以及用該結(jié)構(gòu)形成的快慢軸準(zhǔn)直的半導(dǎo) 體激光陣列。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)包 括半導(dǎo)體激光芯片和熱沉；所述熱沉有至少兩個(gè)相互垂直的面，即芯片的封焊面和熱沉的 安裝面；芯片的封焊面用于芯片的封焊，熱沉的安裝面用于半導(dǎo)體激光器的固定；所述半 導(dǎo)體激光芯片封焊方位的選擇使芯片的快軸垂直于所述芯片的封焊面且芯片的慢軸垂直 于所述熱沉的安裝面，即半導(dǎo)體激光的快軸和光軸平行于熱沉的安裝面。本實(shí)用新型的有益效果是安裝固定半導(dǎo)體激光器時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)熱沉可以改變快軸和 光軸的指向，從而實(shí)現(xiàn)微調(diào)快軸和光軸的指向性。進(jìn)一步，所述熱沉包括兩個(gè)連接電極，分別與半導(dǎo)體激光芯片的正極和負(fù)極相連 接；所述熱沉由金屬材料、金屬?gòu)?fù)合材料或者金屬和非金屬材料的組合制成；所述熱沉上 具有定位銷或者定位孔。優(yōu)選地，所述金屬材料為銅；優(yōu)選地，所述金屬?gòu)?fù)合材料為銅鎢合金；優(yōu)選地，所 述金屬和非金屬材料的組合為氮化鋁和銅的組合。所述連接電極引線的指向可以背離安裝面；可以同時(shí)背離光軸；可以同時(shí)沿著光 軸；可以一個(gè)背離一個(gè)沿著光軸；也可以向上下彎曲。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種快慢軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器 包括快軸準(zhǔn)直透鏡、慢軸準(zhǔn)直透鏡和所述的半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)，所述快軸準(zhǔn)直透鏡 安裝固定在熱沉上，所述快軸準(zhǔn)直透鏡用于對(duì)半導(dǎo)體激光的快軸進(jìn)行準(zhǔn)直，所述慢軸準(zhǔn)直 透鏡用于對(duì)半導(dǎo)體激光的慢軸進(jìn)行準(zhǔn)直。采用上述方案的有益效果是安裝固定半導(dǎo)體激光器時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)熱沉可以改變快軸 和光軸的指向，從而實(shí)現(xiàn)微調(diào)快慢軸準(zhǔn)直的光束指向性。進(jìn)一步，所述慢軸準(zhǔn)直透鏡包括第一柱透鏡和第二柱透鏡，所述第二柱透鏡位于 第一柱透鏡和快軸準(zhǔn)直透鏡之間，第一柱透鏡用于慢軸準(zhǔn)直，所述第二柱透鏡用于矯正光 軸使之與熱沉的安裝面平行。進(jìn)一步，所述熱沉包括兩個(gè)連接電極，分別與半導(dǎo)體激光芯片的正極和負(fù)極相連 接；所述熱沉由金屬材料、金屬?gòu)?fù)合材料或者非金屬和金屬材料組合制成；所述熱沉上具 有定位銷或者定位孔。優(yōu)選地，所述金屬材料為銅；優(yōu)選地，所述金屬?gòu)?fù)合材料為銅鎢合金；優(yōu)選地，所 述金屬和非金屬材料的組合為氮化鋁和銅的組合。所述連接電極引線的指向可以背離安裝面；可以同時(shí)背離光軸；可以同時(shí)沿著光軸；可以一個(gè)背離一個(gè)沿著光軸；也可以向上下彎曲。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種快慢軸準(zhǔn)直的一維半導(dǎo)體激 光列陣包括至少兩個(gè)所述的快慢軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器和一個(gè)具有平面的主板；所述快慢 軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器安裝在所述主板上，安裝固定半導(dǎo)體激光器時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)熱沉使經(jīng)快慢 軸準(zhǔn)直的激光束相互平行；所述半導(dǎo)體激光器在半導(dǎo)體激光芯片的快軸和光軸兩個(gè)方向依 次錯(cuò)開(kāi)，所述半導(dǎo)體激光器在半導(dǎo)體激光芯片快軸方向上錯(cuò)開(kāi)的距離為0. 2 2mm ；所述半 導(dǎo)體激光器在半導(dǎo)體激光芯片光軸方向上錯(cuò)開(kāi)的距離為6 30mm。采用上述方案的有益效果是安裝固定半導(dǎo)體激光器時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)熱沉可以改變快軸 和光軸的指向，即微調(diào)快慢軸準(zhǔn)直的光束指向性，使各快慢軸準(zhǔn)直的激光指向預(yù)定的方向， 實(shí)現(xiàn)高亮度合成光束。進(jìn)一步，所述具有平面的主板可以是激光器的機(jī)箱，也可以是具體制冷功能的熱沉。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種快慢軸準(zhǔn)直的二維半導(dǎo)體激 光列陣包括有至少兩個(gè)所述的快慢軸準(zhǔn)直的一維半導(dǎo)體激光列陣，所述一維半導(dǎo)體激光列 陣安裝在不同的平面上，依次沿著半導(dǎo)體激光芯片慢軸方向錯(cuò)開(kāi)一定距離，其距離大小大 于慢軸準(zhǔn)直光斑的長(zhǎng)度，距離的大小為4 20mm ；在快軸方向，所述一維半導(dǎo)體激光列陣依 次錯(cuò)開(kāi)，錯(cuò)開(kāi)的大小為0. 5 10mm，依次錯(cuò)開(kāi)的一維半導(dǎo)體激光列陣使得一維半導(dǎo)體激光 列陣的準(zhǔn)直光斑之間具有間隙，間隙越小，二維列陣越緊湊。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種快慢軸準(zhǔn)直的二維半導(dǎo)體激 光列陣包括一個(gè)具有階梯面的主板和至少兩個(gè)所述的快慢軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器，所述快 慢軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器依次固定在階梯面上，安裝固定半導(dǎo)體激光器時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)熱沉使經(jīng) 快慢軸準(zhǔn)直的激光束相互平行；在同一階梯面上，所述半導(dǎo)體激光器在快軸和光軸兩個(gè)方 向依次錯(cuò)開(kāi)，沿快軸方向錯(cuò)開(kāi)的距離由快軸準(zhǔn)直透鏡的焦距確定，其大小比快軸準(zhǔn)直光斑 寬度稍大，為0. 2 2mm，沿光軸方向錯(cuò)開(kāi)的距離由半導(dǎo)體激光芯片長(zhǎng)短、快軸準(zhǔn)直透鏡的 厚度以及熱沉的大小確定，為6 30mm ；在不同階梯面上，相鄰的半導(dǎo)體激光器沿快軸方 向錯(cuò)開(kāi)的距離為0. 5 IOmm ；所述階梯面的間距大小比慢軸準(zhǔn)直光斑的長(zhǎng)度稍大，為4 20mmo采用上述方案的有益效果是安裝固定半導(dǎo)體激光時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)熱沉可以改變快軸和 光軸的指向，即微調(diào)快慢軸準(zhǔn)直的光束指向性，使各快慢軸準(zhǔn)直的激光指向預(yù)定的方向，實(shí) 現(xiàn)高亮度合成光束。進(jìn)一步，所述具有階梯面的主板為激光器的機(jī)箱或者具有制冷功能的熱沉。
圖1為本實(shí)用新型半導(dǎo)體激光芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例2半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例3快慢軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器示意圖； 圖6為圖5的準(zhǔn)直光斑示意圖；[0032]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例4快慢軸準(zhǔn)直的一維半導(dǎo)體激光列陣示意圖；圖8為圖7的準(zhǔn)直光斑示意圖；圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例5快慢軸準(zhǔn)直的二維半導(dǎo)體激光列陣示意圖；圖10為圖9的準(zhǔn)直光斑示意圖；圖11為圖10的光斑重新分布示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用 新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。實(shí)施例1 半導(dǎo)體激光器如圖1所示，半導(dǎo)體激光芯片10有四個(gè)關(guān)鍵面，它們分別是前腔面(即輸出腔面) 11和后腔面12、上面13和下面14。為了有效散熱，通常下面14為正極面，上面13則為負(fù) 極面。半導(dǎo)體激光芯片10有三個(gè)軸，它們分別是光軸Z，即由后腔面12指向前腔面11 ；快 軸Y，它垂直于上下電極面；慢軸X，它垂直于^軸。半導(dǎo)體激光所發(fā)出的光束在快軸方向 上發(fā)散角度大，通常需要特殊的微柱透鏡對(duì)快軸準(zhǔn)直；光束在慢軸方向上的發(fā)散角度小，慢 軸準(zhǔn)直透鏡一般為普通的柱透鏡。如圖2所示，半導(dǎo)體激光器20包括有半導(dǎo)體激光芯片10和熱沉21，熱沉21有至 少兩個(gè)相互垂直的面22和23。半導(dǎo)體激光芯片10封焊在面22上，封焊方位的選擇使半導(dǎo) 體激光的快軸Y垂直于面22，且半導(dǎo)體激光的慢軸X垂直于面23。面23用于安裝固定半 導(dǎo)體激光器20，例如，可以用螺釘通過(guò)熱沉21上的孔M來(lái)固定半導(dǎo)體激光器20。這樣的 方位選擇使半導(dǎo)體激光的光軸Z平行于安裝面23，安裝時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)熱沉21即可改變快軸Y和光 軸Z方向，從而實(shí)現(xiàn)微調(diào)快軸Y和光軸Z功能。熱沉21上可以有其它定位用的特征，如定 位銷或定位孔。熱沉21可以是導(dǎo)熱性極好的金屬材料，如銅；可以是金屬?gòu)?fù)合材料，如銅鎢 合金；也可以是非金屬材料，如氮化鋁、氧化鈹?shù)?。如圖3所示，半導(dǎo)體激光器30包括有半導(dǎo)體激光芯片10和熱沉31，熱沉31有至 少兩個(gè)相互垂直的面32和33。封焊面32上焊有一個(gè)過(guò)渡片35，過(guò)渡片35的厚度在0. Imm 到2mm間，過(guò)渡片35的材料通常是氮化鋁或氧化鈹。半導(dǎo)體激光芯片10封焊在過(guò)渡片35 上，封焊方位的選擇使半導(dǎo)體激光的快軸Y垂直于面32，且半導(dǎo)體激光的慢軸X垂直于面 33。面33用于安裝固定半導(dǎo)體激光器30，例如，可以用螺釘通過(guò)熱沉31上的孔34來(lái)固定 半導(dǎo)體激光器30。這樣的方位選擇使半導(dǎo)體激光的光軸Z平行于安裝面33，安裝時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)熱 沉31即可改變快軸Y和光軸Z方向，從而實(shí)現(xiàn)微調(diào)快軸Y和光軸Z。半導(dǎo)體激光器的正電 極36和負(fù)電極37也封焊在面32上，正電極36和負(fù)電極37的指向背離安裝面33 ；通過(guò)金 線連接正電極36和負(fù)電極37到半導(dǎo)體激光芯片的正極和負(fù)極(圖未示)。實(shí)施例2 半導(dǎo)體激光器如圖4所示，半導(dǎo)體激光器40包括有半導(dǎo)體激光芯片10和熱沉41，熱沉41有至 少兩個(gè)相互垂直的面42和43。封焊面42上焊有一個(gè)過(guò)渡片45，過(guò)渡片45的厚度在0. Imm 到2mm間，過(guò)渡片45的材料通常是氮化鋁或氧化鈹。半導(dǎo)體激光芯片10封焊在過(guò)渡片45 上，封焊方位的選擇使半導(dǎo)體激光的快軸Y垂直于面42，且半導(dǎo)體激光的慢軸X垂直于面 43。面43用于安裝固定半導(dǎo)體激光器40，例如，可以用螺釘通過(guò)熱沉41上的孔44來(lái)固定半導(dǎo)體激光器40。這樣的方位選擇使半導(dǎo)體激光的光軸Z平行于安裝面43，安裝時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)熱 沉41即可改變快軸Y和光軸Z方向，從而實(shí)現(xiàn)微調(diào)快軸Y和光軸Z。半導(dǎo)體激光器的正電 極46和負(fù)電極47也封焊在面42上，正電極46和負(fù)電極47的指向可以同時(shí)背離光軸Z，可 以同時(shí)沿著光軸Z，可以一個(gè)背離一個(gè)沿著光軸Z，也可以向上下彎曲。通過(guò)金線連接正電 極46和負(fù)電極47到半導(dǎo)體激光芯片的正極和負(fù)極(圖未示)。實(shí)施例3 快慢軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器如圖5所示，快慢軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器50包括有半導(dǎo)體激光芯片10、熱沉51、 快軸準(zhǔn)直透鏡55、慢軸準(zhǔn)直透鏡56。熱沉51有至少兩個(gè)相互垂直的面52和53。半導(dǎo)體激 光芯片10封焊在面52上，封焊方位的選擇使半導(dǎo)體激光的快軸Y垂直于面52，且半導(dǎo)體激 光的慢軸X垂直于面53，面53用于安裝固定半導(dǎo)體激光器50，例如，可以用螺釘通過(guò)熱沉 51上的孔M來(lái)固定準(zhǔn)直后的半導(dǎo)體激光器50?？燧S準(zhǔn)直透鏡55和慢軸準(zhǔn)直透鏡56的焦 距選擇使準(zhǔn)直后的光束在快慢軸上的發(fā)散角相等或接近。快軸準(zhǔn)直透鏡陽(yáng)安裝在熱沉51 上實(shí)現(xiàn)快軸準(zhǔn)直。由于快軸準(zhǔn)直透鏡陽(yáng)的焦距較小，在0. 2mm到2mm范圍，經(jīng)快軸準(zhǔn)直后 的光束可能因快軸準(zhǔn)直透鏡陽(yáng)的安裝誤差而偏離光軸Z。在安裝激光器50時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)熱沉 51可使偏離光軸的快軸光線指向預(yù)定的方向，如光軸Z方向，從而實(shí)現(xiàn)微調(diào)光軸Z。慢軸準(zhǔn) 直透鏡56用于對(duì)慢軸準(zhǔn)直，由于慢軸準(zhǔn)直透鏡56的焦距一般較長(zhǎng)，如IOmm到IOOmm范圍， 對(duì)安裝誤差很不敏感。半導(dǎo)體激光芯片10沿光軸Z方向的長(zhǎng)度一般為Imm到10mm，在實(shí) 際生產(chǎn)中半導(dǎo)體激光芯片10的光軸Z有可能不是嚴(yán)格平行于安裝面53。當(dāng)半導(dǎo)體激光芯 片10的光軸不平行于安裝面53時(shí)，慢軸準(zhǔn)直透鏡56分解為兩個(gè)柱透鏡56a和56b。柱透 鏡56a遠(yuǎn)離芯片10的前腔面，用于貢獻(xiàn)慢軸準(zhǔn)直透鏡56的焦距；柱透鏡56b盡量靠近芯片 10的前腔面，用于矯正慢軸準(zhǔn)直后的光軸使之與安裝面53平行。熱沉51上可以有其它定 位用的特征，如定位銷或定位孔。熱沉51可以是導(dǎo)熱性極好的金屬材料，如銅；可以是金屬 復(fù)合材料，如銅鎢合金；也可以是非金屬和金屬材料組合，如氮化鋁和銅的組合體、氧化鈹 和銅的組合體等。圖6所示為準(zhǔn)直后快慢軸兩方向的發(fā)散角相等或接近時(shí)半導(dǎo)體激光器50的準(zhǔn)直 光斑60。光斑60的大小在快慢軸兩個(gè)方向分別為H和L。實(shí)施例4 快慢軸準(zhǔn)直的一維半導(dǎo)體激光列陣如圖7所示，快慢軸準(zhǔn)直的一維半導(dǎo)體激光列陣70包括有一個(gè)主板71和多個(gè) 快慢軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器50 50b, 50c···半導(dǎo)體激光器50a包括有半導(dǎo)體激光芯片 10a、熱沉51a、快軸準(zhǔn)直透鏡和慢軸準(zhǔn)直透鏡。熱沉51a有至少兩個(gè)相互垂直的面，即芯片 的封焊面5 和熱沉的安裝面53a。半導(dǎo)體激光芯片IOa封焊在芯片的封焊面5 上，封焊 方位的選擇使半導(dǎo)體激光的快軸Y垂直于芯片的封焊面52a，且半導(dǎo)體激光的慢軸X垂直于 熱沉的安裝面53a，熱沉的安裝面53a用于把快慢軸準(zhǔn)直后的半導(dǎo)體激光器50a安裝固定在 主板71的公共基面72上。同樣地，半導(dǎo)體激光器50b包括有半導(dǎo)體激光芯片、熱沉51b、快 軸準(zhǔn)直透鏡和慢軸準(zhǔn)直透鏡。熱沉51b有至少兩個(gè)相互垂直的面，即芯片的封焊面52b和 熱沉的安裝面53b。半導(dǎo)體激光芯片封焊在芯片的封焊面52b上，封焊方位的選擇使半導(dǎo)體 激光的快軸Y垂直于芯片的封焊面52b，且半導(dǎo)體激光的慢軸X垂直于熱沉的安裝面53b， 熱沉的安裝面5 用于把快慢軸準(zhǔn)直后的半導(dǎo)體激光器50b安裝固定在主板71的公共基 面72上。在公共基面72上，半導(dǎo)體激光器50a、50b和50c等在快軸和光軸兩個(gè)方向一次依次錯(cuò)開(kāi)?？燧S方向錯(cuò)開(kāi)的距離由快軸準(zhǔn)直透鏡的焦距確定，其大小比快軸準(zhǔn)直光斑寬度 H稍大，一般為0. 2mm到2mm ；光軸方向錯(cuò)開(kāi)的距離由半導(dǎo)體激光芯片長(zhǎng)短，快軸準(zhǔn)直透鏡的 厚度以及熱沉的大小確定，一般為6mm到30mm。主板71可以是激光器的機(jī)箱，也可以是具 有制冷功能的熱沉?？炻S準(zhǔn)直的一維半導(dǎo)體激光列陣70的合成光斑80如圖8所示，其中80a來(lái)自 快慢軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器50a、80b來(lái)自快慢軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器50b、80c來(lái)自快慢軸 準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器50c，依此類推。在安裝激光器50a時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)熱沉51a使快軸光線指向預(yù)定的方向，在安裝激光器 50b時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)熱沉51b使快軸光線指向預(yù)定的方向，在安裝激光器50c時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)熱沉51c使快 軸光線指向預(yù)定的方向。依次類推，從而獲得指向性極高的合成光斑80c。實(shí)施例5 快慢軸準(zhǔn)直的二維半導(dǎo)體激光列陣如圖9和10所示，快慢軸準(zhǔn)直的二維半導(dǎo)體激光列陣90包括有至少兩個(gè)一維半 導(dǎo)體激光列陣91a、91b、91c。每個(gè)一維半導(dǎo)體激光列陣有一個(gè)半導(dǎo)體激光器的安裝基面， 一維半導(dǎo)體激光列陣91a、91b、91c的安裝基面分別是92a、92b、92c。安裝基面92a、92b和 92c不在同一平面上，它們依次沿著慢軸X方向錯(cuò)開(kāi)一定距離，其距離大小比慢軸準(zhǔn)直光斑 的長(zhǎng)度L稍大。在快軸Y方向，一維半導(dǎo)體激光列陣91a、91b和91c依次錯(cuò)開(kāi)，錯(cuò)開(kāi)的大小 使得一維半導(dǎo)體激光列陣91a、91b和91c的準(zhǔn)直光斑IOlaUOlb和IOlc之間有一定間隙。 間隙越小，二維列陣90越緊湊。安裝基面92a、92b和92c也可以是同一主板上的階梯面， 每個(gè)半導(dǎo)體激光器依次固定在階梯面92a、92b和92c上。安裝固定時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)各個(gè)半導(dǎo)體激光 器使準(zhǔn)直后的光束指向預(yù)定的方向。通過(guò)反射鏡、或反射鏡對(duì)、或棱鏡組對(duì)快慢軸準(zhǔn)直的二維半導(dǎo)體激光列陣90的光 斑100重新組合。例如，用單反射鏡逐一反射光束101a、101b、101c使其轉(zhuǎn)折九十度角，并 在快軸Y方向使各光束中心對(duì)齊。又如，采用反射鏡對(duì)或棱鏡組在快軸Y方向逐一平移光 束101a、101b、101c使它們?cè)诳燧S方向中心對(duì)齊。如圖11所示，即可獲得高功率高光束質(zhì) 量的半導(dǎo)體激光源110。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用 新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)包括半 導(dǎo)體激光芯片和熱沉；所述半導(dǎo)體激光芯片包括前腔面、后腔面、正極面和負(fù)極面，所述半 導(dǎo)體激光芯片具有三個(gè)軸分別為光軸、快軸和慢軸，所述光軸由后腔面指向前腔面，所述快 軸垂直于正極面和負(fù)極面，所述慢軸垂直于光軸和快軸；所述熱沉有至少兩個(gè)相互垂直的 面，即芯片的封焊面和熱沉的安裝面，所述芯片的封焊面用于半導(dǎo)體激光芯片的封焊，所述 熱沉的安裝面用于半導(dǎo)體激光器的固定；所述半導(dǎo)體激光芯片封焊方位的選擇使半導(dǎo)體激 光芯片的快軸垂直于芯片的封焊面且芯片的慢軸垂直于熱沉的安裝面，即半導(dǎo)體激光的快 軸和光軸平行于熱沉的安裝面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述熱沉包括兩個(gè) 連接電極，分別與半導(dǎo)體激光芯片的正極和負(fù)極相連接；所述熱沉上具有定位銷或者定位 孔。
3.一種應(yīng)用半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)的裝置，所述裝置為快慢軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光 器，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器包括快軸準(zhǔn)直透鏡、慢軸準(zhǔn)直透鏡和如權(quán)利要求1所述 的半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)，所述快軸準(zhǔn)直透鏡安裝固定在熱沉上，所述快軸準(zhǔn)直透鏡用 于對(duì)半導(dǎo)體激光的快軸進(jìn)行準(zhǔn)直，所述慢軸準(zhǔn)直透鏡用于對(duì)半導(dǎo)體激光的慢軸進(jìn)行準(zhǔn)直。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)的裝置，其特征在于，所述慢 軸準(zhǔn)直透鏡包括第一柱透鏡和第二柱透鏡，所述第二柱透鏡位于第一柱透鏡和快軸準(zhǔn)直透 鏡之間，第一柱透鏡用于慢軸準(zhǔn)直，所述第二柱透鏡用于矯正光軸使之與熱沉的安裝面平 行。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的應(yīng)用半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)的裝置，其特征在于，所述 熱沉包括兩個(gè)連接電極，分別與半導(dǎo)體激光芯片的正極和負(fù)極相連接；所述熱沉上具有定 位銷或者定位孔。
6.一種應(yīng)用半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)的裝置，所述裝置為快慢軸準(zhǔn)直的一維半導(dǎo)體激 光列陣，其特征在于，所述一維半導(dǎo)體激光列陣包括至少兩個(gè)如權(quán)利要求3所述的快慢軸 準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器和一個(gè)具有平面的主板，所述快慢軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器安裝在所述 主板上，安裝固定半導(dǎo)體激光器時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)熱沉使經(jīng)快慢軸準(zhǔn)直的激光束相互平行；所述半導(dǎo) 體激光器在半導(dǎo)體激光芯片的快軸和光軸兩個(gè)方向依次錯(cuò)開(kāi)，所述半導(dǎo)體激光器在半導(dǎo)體 激光芯片快軸方向上錯(cuò)開(kāi)的距離為0. 2 2mm ；所述半導(dǎo)體激光器在半導(dǎo)體激光芯片光軸 方向上錯(cuò)開(kāi)的距離為6 30_。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)的裝置，其特征在于，所述具 有平面的主板為激光器的機(jī)箱或者具有制冷功能的熱沉。
8.一種應(yīng)用半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)的裝置，所述裝置為快慢軸準(zhǔn)直的二維半導(dǎo)體 激光列陣，其特征在于，所述二維半導(dǎo)體激光列陣包括至少兩個(gè)如權(quán)利要求6所述的快慢 軸準(zhǔn)直的一維半導(dǎo)體激光列陣，所述一維半導(dǎo)體激光列陣安裝在不同的平面上，依次沿著 半導(dǎo)體激光芯片慢軸方向錯(cuò)開(kāi)一定距離，該距離的大小大于慢軸準(zhǔn)直光斑的長(zhǎng)度，距離的 大小為4 20mm ；在快軸方向，所述一維半導(dǎo)體激光列陣依次錯(cuò)開(kāi)，錯(cuò)開(kāi)的大小為0. 5 10mm，依次錯(cuò)開(kāi)的一維半導(dǎo)體激光列陣使得一維半導(dǎo)體激光列陣的準(zhǔn)直光斑之間具有間 隙。
9.一種應(yīng)用半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)的裝置，所述裝置為快慢軸準(zhǔn)直的二維半導(dǎo)體激光列陣，其特征在于，所述二維半導(dǎo)體激光列陣包括一個(gè)具有階梯面的主板和至少兩個(gè)如 權(quán)利要求3或4所述的快慢軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器，所述快慢軸準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器依次 固定在階梯面上，安裝固定半導(dǎo)體激光器時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)熱沉使經(jīng)快慢軸準(zhǔn)直的激光束相互平行； 在同一階梯面上，所述半導(dǎo)體激光器在快軸和光軸兩個(gè)方向依次錯(cuò)開(kāi)，沿快軸方向錯(cuò)開(kāi)的 距離為0. 2 2mm，沿光軸方向錯(cuò)開(kāi)的距離為6 30mm ；在不同階梯面上，相鄰的半導(dǎo)體激 光器沿快軸方向錯(cuò)開(kāi)的距離為0. 5 IOmm ；所述階梯面的間距大小大于慢軸準(zhǔn)直光斑的長(zhǎng) 度，間距大小為4 20mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)的裝置，其特征在于，所述具 有階梯面的主板為激光器的機(jī)箱或者具有制冷功能的熱沉。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用裝置。所述半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體激光芯片和熱沉；所述半導(dǎo)體激光芯片包括前腔面、后腔面、正極面和負(fù)極面，所述半導(dǎo)體激光芯片具有三個(gè)軸分別為光軸、快軸和慢軸，所述光軸由后腔面指向前腔面，所述快軸垂直于正極面和負(fù)極面，所述慢軸垂直于光軸和快軸；所述熱沉有至少兩個(gè)相互垂直的面，即芯片的封焊面和熱沉的安裝面，所述封焊面用于半導(dǎo)體激光芯片的封焊，所述安裝面用于半導(dǎo)體激光器的固定；所述半導(dǎo)體激光芯片封焊方位的選擇使半導(dǎo)體激光芯片的快軸垂直于封焊面且慢軸垂直于安裝面，即半導(dǎo)體激光的快軸和光軸平行于安裝面。
文檔編號(hào)H01S5/40GK201927883SQ201020533460
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
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