專利名稱：高功率藍(lán)綠激光芯片封裝結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及高功率藍(lán)綠激光芯片封裝結(jié)構(gòu)及方法。
背景技術(shù)：
藍(lán)綠激光芯片是激光顯示系統(tǒng)中重要的器件之一，目前藍(lán)綠激光芯片都是采用摻釹離子的激光工作物質(zhì)與LBO晶體，KTP晶體，BIBO晶體等非線性變頻晶體通過光膠或是膠合的方式構(gòu)成緊湊型結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)請(qǐng)參閱圖la，b所示，其芯片結(jié)構(gòu)為摻釹離子激光工作物質(zhì)1與非線性變頻晶體2的通光面3之間用紫外膠4粘合或是摻釹離子激光工作物質(zhì) 1與非線性變頻晶體2的通光面3深化光膠后，在芯片的兩側(cè)面采用導(dǎo)熱膠5，6與導(dǎo)熱材料硅片7，8粘合。實(shí)際使用時(shí)，當(dāng)808nm泵浦光源進(jìn)入芯片后產(chǎn)生變頻激光輸出。示意圖 la，b結(jié)構(gòu)均適合于低泵浦功率低輸出功率的藍(lán)綠激光器。當(dāng)示意圖Ia芯片結(jié)構(gòu)承載過大的泵浦功率時(shí)，諧振腔中功率密度過高，造成芯片通光面3中間紫外膠4損壞，導(dǎo)致腔內(nèi)損耗過大，進(jìn)而引起輸出變頻激光功率下降，甚至芯片損壞。當(dāng)示意圖Ib芯片結(jié)構(gòu)承載過大的泵浦功率時(shí)，摻釹離子激光工作物質(zhì)出現(xiàn)嚴(yán)重的熱效應(yīng)并將熱量傳導(dǎo)至非線性變頻晶體中，造成熱效應(yīng)疊加，導(dǎo)致諧振腔漂出穩(wěn)區(qū)范圍，引起輸出變頻激光功率下降。針對(duì)目前產(chǎn)品化的藍(lán)綠激光芯片，采用示意圖Ia封裝結(jié)構(gòu)芯片最大承載泵浦功率約為200mW，采用示意圖Ib封裝結(jié)構(gòu)芯片最大承載泵浦功率約為500mW。隨著激光顯示技術(shù)的發(fā)展，特別是激光電視，數(shù)碼影院等大屏幕激光顯示的應(yīng)用對(duì)三基色光源功率的要求，顯然上述兩種封裝結(jié)構(gòu)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足。針對(duì)激光顯示的應(yīng)用，目前高功率藍(lán)綠激光器多采用摻釹離子的激光工作物質(zhì)與 LBO晶體，KTP晶體，BIBO晶體等非線性變頻晶體組成分離式結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)請(qǐng)參閱圖2所示，其結(jié)構(gòu)為摻釹離子激光工作物質(zhì)1與非線性變頻晶體2分別固定于兩個(gè)夾具內(nèi)，通過在摻釹離子激光工作物質(zhì)1的入射光面鍍?nèi)茨づc鍍有反射透射膜的腔鏡9構(gòu)成激光器諧振腔結(jié)構(gòu)，當(dāng)808nm泵浦光源進(jìn)入分離式藍(lán)綠激光器結(jié)構(gòu)后產(chǎn)生變頻激光輸出。采用此結(jié)構(gòu)， 如果摻釹離子激光工作物質(zhì)與KTP晶體組合，雖然成本較低，但只適用于小功率激光輸出， 過高的輸出功率會(huì)使KTP晶體出現(xiàn)灰跡效應(yīng)導(dǎo)致晶體損壞。分離式結(jié)構(gòu)的藍(lán)綠激光器中采用摻釹離子激光工作物質(zhì)與KTP晶體和LBO晶體等非線性變頻晶體組合，其一是為了彌補(bǔ)非線性變頻晶體較低的有效非線性系數(shù)需要通過延長變頻晶體尺寸來提升其變頻效率，從而使得整個(gè)激光系統(tǒng)尺寸過大；其二是由于是分離式結(jié)構(gòu)的激光系統(tǒng)中需要更多的器件使得系統(tǒng)過于復(fù)雜，在實(shí)際使用時(shí)調(diào)節(jié)封裝很麻煩，無形中增加了成本。激光顯示應(yīng)用需要低成本、高效率、高功率的激光光源，因此上述的結(jié)構(gòu)也無法滿足此領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足激光顯示領(lǐng)域?qū)τ诖蠊β仕{(lán)綠激光芯片的需求，針對(duì)現(xiàn)有藍(lán)綠激光芯片結(jié)構(gòu)無法滿足激光顯示這一全新應(yīng)用領(lǐng)域的劣勢(shì)，結(jié)合周期極化鈮酸鋰(PPLN)非線性變頻晶體高轉(zhuǎn)換效率的特點(diǎn)。本發(fā)明提出了高功率藍(lán)綠激光芯片封裝結(jié)構(gòu)及方法。通過在激光晶體入射光面和周期極化鈮酸鋰(PPLN)非線性變頻晶體的出射光面鍍膜形成激光諧振腔結(jié)構(gòu)，在芯片通光方向上兩晶體相對(duì)的光學(xué)面之間通過隔離材料隔出一定的距離，使之構(gòu)成高功率藍(lán)綠激光芯片結(jié)構(gòu)。在芯片四周通過膠水與夾料粘合，起到加固芯片的作用。


圖la、b是現(xiàn)采用的藍(lán)綠激光芯片封裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是采用分離式藍(lán)綠激光芯片封裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明第三實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明第四實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明第五實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明第六實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明第七實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明第八實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；具體實(shí)施方法下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明實(shí)施例一結(jié)構(gòu)如圖3所示，將激光晶體1與非線性變頻晶體2的通光面拋光清洗后，在激光晶體1的入射光面即左面鍍808nm增透膜(AR@808nm)、1064nm高反膜 (HRil064nm)；右面鍍 1064nm 增透膜(AR@1064nm)、532nm 高反膜(HR@532nm)，在非線性變頻晶體2的左面鍍1064nm和532nm的增透膜(AR@1064nm、532nm)，在出射光面即右面鍍 1064nm的高反膜(HR@1064nm)、532nm增透膜(AR@532nm)，激光晶體1入射光面鍍膜與非線性變頻晶體2出射光面鍍膜形成激光諧振腔結(jié)構(gòu)，在芯片通光方向上兩晶體相對(duì)的光學(xué)面之間通過隔離材料10隔出一定的距離11，使之構(gòu)成高功率藍(lán)綠激光芯片結(jié)構(gòu)。此處隔離材料10的長度決定了隔出的距離11，為0至10mm。在芯片的下面通過膠水與夾料12粘合， 起到加固芯片的作用。當(dāng)高功率808nm泵浦光源13入射芯片后產(chǎn)生變頻激光14輸出。通過在激光晶體1和非線性變頻晶體2的入射光面、出射光面鍍膜形成的激光諧振腔的兩個(gè)面必須嚴(yán)格且精確的控制平行。實(shí)施例二 結(jié)構(gòu)如圖4所示，通過實(shí)施例一封裝的高功率藍(lán)綠激光芯片結(jié)構(gòu)可以將芯片的上下面通過膠水與夾料12粘合，從而形成雙片加固封裝結(jié)構(gòu)。較單側(cè)固定夾料， 雙側(cè)夾料的加固封裝結(jié)構(gòu)可以更好的固定芯片。實(shí)施例三結(jié)構(gòu)如圖5所示，通過實(shí)施例一封裝的高功率藍(lán)綠激光芯片結(jié)構(gòu)可以將芯片的上下面和側(cè)面通過膠水與夾料12粘合，從而形成三片加固封裝結(jié)構(gòu)。較單片加固封裝和雙片加固封裝，三片夾料封裝結(jié)構(gòu)能更好的固定芯片，另外可以從側(cè)面給晶體散熱。實(shí)施例四結(jié)構(gòu)如圖6所示，通過實(shí)施例一封裝的高功率藍(lán)綠激光芯片結(jié)構(gòu)可以將芯片的四周通過膠水與夾料12粘合，從而形成四片加固封裝結(jié)構(gòu)。四片封裝結(jié)構(gòu)較單片封裝結(jié)構(gòu)、雙片封裝結(jié)構(gòu)和三片封裝結(jié)構(gòu)，能從芯片四周幫助晶體散熱，完全固定芯片。實(shí)施例五結(jié)構(gòu)如圖7所示，將激光晶體1與非線性變頻晶體2的通光面拋光清洗后，在激光晶體1的入射光面即左面鍍808nm增透膜(AR@808nm)、1064nm高反膜(HRil064nm and 532nm)；右面鍍 1064nm 增透膜(AR@1064nm)、532nm 高反膜(HR@532nm)， 在非線性變頻晶體2的左面鍍1064nm和532nm的增透膜(AR@1064nm、532nm)，在出射光面即右面鍍1064nm的高反膜(HR@1064nm)、532nm增透膜(AR@532nm)，激光晶體1入射光面鍍膜與非線性變頻晶體2出射光面鍍膜形成激光諧振腔結(jié)構(gòu)，在芯片通光方向上兩晶體相對(duì)的光學(xué)面之間通過三塊隔離材料10隔出一定的距離11，使之構(gòu)成高功率藍(lán)綠激光芯片結(jié)構(gòu)。此處隔離材料10的長度決定了隔出的距離11，為0至10mm。采用三塊隔離材料隔離可實(shí)現(xiàn)單一芯片上兩光束不同功率變頻激光輸出。在芯片的下面通過膠水與夾料12粘合， 起到加固芯片的作用。當(dāng)兩束高功率808nm泵浦光源13入射芯片后產(chǎn)生兩束變頻激光14 輸出。通過在激光晶體1和非線性變頻晶體2的入射光面、出射光面鍍膜形成的激光諧振腔的兩個(gè)面必須嚴(yán)格且精確的控制平行。實(shí)施例六結(jié)構(gòu)如圖8所示，通過實(shí)施例五封裝的多光束高功率藍(lán)綠激光芯片結(jié)構(gòu)可以將芯片的上下面通過膠水與夾料12粘合，從而形成雙片加固封裝結(jié)構(gòu)。較單側(cè)固定夾料，雙側(cè)夾料的加固封裝結(jié)構(gòu)可以更好的固定芯片。實(shí)施例七結(jié)構(gòu)如圖9所示，通過實(shí)施例五封裝的多光束高功率藍(lán)綠激光芯片結(jié)構(gòu)可以將芯片的上下面和側(cè)面通過膠水與夾料12粘合，從而形成雙片加固封裝結(jié)構(gòu)。較單片加固封裝和雙片加固封裝，三片夾料封裝結(jié)構(gòu)能更好的固定芯片，另外可以從側(cè)面給晶體散熱。實(shí)施例八結(jié)構(gòu)如圖10所示，通過實(shí)施例五封裝的多光束高功率藍(lán)綠激光芯片結(jié)構(gòu)可以將芯片的四周通過膠水與夾料12粘合，從而形成四片加固封裝結(jié)構(gòu)。四片封裝結(jié)構(gòu)較單片封裝結(jié)構(gòu)、雙片封裝結(jié)構(gòu)和三片封裝結(jié)構(gòu)，能從芯片四周幫助晶體散熱，完全固定芯片。本發(fā)明是通過在激光晶體的入射光面與周期極化鈮酸鋰(PPLN)非線性變頻晶體的出射光面鍍膜形成激光諧振腔結(jié)構(gòu)，在芯片通光方向上兩晶體相對(duì)的光學(xué)面之間通過隔離材料隔出一定的距離，芯片的上面粘合，下面粘合、側(cè)面粘合或是四周粘合，形成單片加固結(jié)構(gòu)、雙片加固結(jié)構(gòu)、三片加固結(jié)構(gòu)和四片加固結(jié)構(gòu)。在芯片通光方向上激光晶體與周期極化鈮酸鋰(PPLN)非線性變頻晶體相對(duì)的兩個(gè)面可以是鍍膜面可以不是鍍膜面。所述的高功率808nm泵浦光源可以是IW以上的808nm半導(dǎo)體激光光源。808nm半導(dǎo)體激光器模式可以是TM模式，可以是TE模式。所述的摻釹激光晶體可以是Nd YAG晶體，Nd YVO4晶體，Nd GdVO4晶體等。所述的非線性非線性變頻晶體可以是PPLN(PeriodiCally Poled LiNbO4)晶體，PPLT(Periodically PoledLiTaO4)晶體，PPKTP(Periodically Poled KTiOPO4)晶體， KTP(KTiOPO4)晶體，LBO(LiB3O5)晶體和 BIBO(BiB3O6)晶體等。所述的隔離材料可以是絕熱材料(如石英玻璃等)，可以是導(dǎo)熱材料(如硅片

所述的隔離個(gè)數(shù)可以是一個(gè)隔離材料，可以是多個(gè)隔離材料。采用多個(gè)隔離材料隔離可實(shí)現(xiàn)單一芯片上多光束不同功率變頻激光輸出。所述隔離材料隔出一定的距離可以是0到IOmm不同的長度取值范圍。所述的芯片上下面通過膠水粘合的夾料可以是絕熱材料或絕熱膠，可以是導(dǎo)熱膠或金屬膜(如金等)
此結(jié)構(gòu)與方法也同時(shí)適用于多個(gè)高功率藍(lán)綠激光芯片的封裝。
權(quán)利要求
1.高功率藍(lán)綠激光芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于通過在激光晶體入射光面和周期極化鈮酸鋰(PPLN)非線性變頻晶體的出射光面鍍膜形成激光諧振腔結(jié)構(gòu)，在芯片通光方向上兩晶體相對(duì)的光學(xué)面之間通過隔離體材料隔出一定的距離，使之構(gòu)成高功率藍(lán)綠激光芯片結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1所述的高功率藍(lán)綠激光芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于在芯片的下面通過膠水與夾料粘合，形成單片加固結(jié)構(gòu)。當(dāng)承載高功率808nm激光泵浦時(shí)，可獲取高功率的藍(lán)綠變頻激光輸出。
3.權(quán)利要求1所述的高功率藍(lán)綠激光芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于在芯片上下面通過膠水與夾料粘合，形成雙片加固結(jié)構(gòu)。當(dāng)承載高功率808nm激光泵浦時(shí)，可獲取高功率的藍(lán)綠變頻激光輸出。
4.權(quán)利要求1所述的高功率藍(lán)綠激光芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于在芯片倆側(cè)面及下面通過膠水與夾料粘合，形成三片加固結(jié)構(gòu)。當(dāng)承載高功率808nm激光泵浦時(shí)，可獲取高功率的藍(lán)綠變頻激光輸出。
5.權(quán)利要求1所述的高功率藍(lán)綠激光芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于在芯片四周通過膠水與夾料粘合，形成四片加固結(jié)構(gòu)。當(dāng)承載高功率808nm激光泵浦時(shí)，可獲取高功率的藍(lán)綠變頻激光輸出。
6.權(quán)利要求1所述的隔離材料，其特征在于所述隔離材料可以是絕熱材料(如石英玻璃等)，可以是導(dǎo)熱材料(如硅片等)。
7.權(quán)利要求1所述的隔離材料，其特征在于所述隔離材料的個(gè)數(shù)可以是一個(gè)隔離材料，可以是多個(gè)隔離材料。采用多個(gè)隔離材料隔離可實(shí)現(xiàn)單一芯片上多光束不同功率變頻激光輸出。
8.權(quán)利要求1所述的兩晶體通光方向上相對(duì)的光學(xué)面之間隔出一定的距離，其特征在于所述的距離可以是0到IOmm不同的長度取值范圍。
9.權(quán)利要求2所述的夾料粘合，其特征在于所述的夾料可以是絕熱材料或絕熱膠，可以是導(dǎo)熱膠或金屬膜(如金等)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高功率藍(lán)綠激光芯片封裝結(jié)構(gòu)及方法，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過在激光晶體入射光面和周期極化鈮酸鋰(PPLN)非線性變頻晶體的出射光面鍍膜形成激光諧振腔結(jié)構(gòu)，在芯片通光方向上兩晶體相對(duì)的光學(xué)面之間通過隔離材料隔出一定的距離，使之構(gòu)成高功率藍(lán)綠激光芯片結(jié)構(gòu)。在芯片四周通過膠水與夾料粘合，起到加固晶體的作用。
文檔編號(hào)H01S3/08GK102340094SQ20111005195
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者李向陽, 杜寅超, 蘇紅平 申請(qǐng)人:南京長青激光科技有限責(zé)任公司