基于陣列芯片式cos的尾纖輸出半導(dǎo)體激光器及耦合方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于陣列芯片式COS的尾纖輸出半導(dǎo)體激光器及耦合方法。該半導(dǎo)體激光器采用陣列芯片式COS，單個(gè)陣列芯片式COS包含4個(gè)激光二極管組成的陣列，將陣列芯片式COS固定在底座上，對(duì)陣列芯片式COS出光先統(tǒng)一通過(guò)快軸準(zhǔn)直透鏡FAC進(jìn)行快軸整形，通過(guò)慢軸準(zhǔn)直透鏡SAC陣列，對(duì)陣列芯片式COS的各個(gè)芯片發(fā)出的光進(jìn)行慢軸整形，經(jīng)過(guò)慢軸準(zhǔn)直透鏡SAC再做一次慢軸整形，最后陣列芯片式COS的各芯片并排的光束合束經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡，將光聚焦進(jìn)入光纖。本發(fā)明中4個(gè)激光二極管發(fā)出的光，能夠以最簡(jiǎn)潔的方式實(shí)現(xiàn)合束。本發(fā)明省去了反射鏡的耦合工序，整體工藝難度及制作時(shí)間大大降低。并且大大節(jié)省封裝空間，形成緊湊的封裝。
【專利說(shuō)明】基于陣列芯片式COS的尾纖輸出半導(dǎo)體激光器及耦合方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于陣列芯片式COS的尾纖輸出半導(dǎo)體激光器及耦合方法，屬于半導(dǎo)體激光器【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光器由于具有體積小、重量輕、效率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、醫(yī)療、通訊等眾多領(lǐng)域。由于自身量子阱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的限制，半導(dǎo)體激光器的輸出光束質(zhì)量與C02激光器、固體YAG激光器等傳統(tǒng)激光器相比較差，阻礙了其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。近幾年，隨著半導(dǎo)體材料外延生長(zhǎng)技術(shù)、半導(dǎo)體激光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、腔面鈍化技術(shù)、高穩(wěn)定性封裝技術(shù)、高效散熱技術(shù)的發(fā)展，特別是在直接半導(dǎo)體激光工業(yè)加工應(yīng)用以及大功率光纖激光器泵浦源的需求推動(dòng)了具有大功率，高光束質(zhì)量的半導(dǎo)體激光器飛速發(fā)展。
[0003]由于單芯片的半導(dǎo)體激光器的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足多樣化的需求，多個(gè)芯片激光的合束是必然的，這才能使半導(dǎo)體激光器的功率成倍的提升。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，而提供一種基于陣列芯片式COS的尾纖輸出半導(dǎo)體激光器及耦合方法，本發(fā)明將4個(gè)激光二極管制作在I個(gè)底座上，本發(fā)明的耦合方法就是用于完成這4個(gè)激光二極管的合束封裝，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器帶尾纖輸出。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006]—種基于陣列芯片式COS的尾纖輸出半導(dǎo)體激光器,包括底板、陣列芯片式COS、快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC陣列、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC、準(zhǔn)直透鏡、光纖；其特征在于:
[0007]陣列芯片式COS與快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC陣列、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC、準(zhǔn)直透鏡都固定在底板上且分布成一條直線；
[0008]快軸準(zhǔn)直鏡FAC的光軸對(duì)準(zhǔn)陣列芯片式COS的每個(gè)激光二極管的發(fā)光面；
[0009]慢軸準(zhǔn)直鏡SAC陣列的每個(gè)慢軸準(zhǔn)直鏡的光軸一一對(duì)準(zhǔn)陣列芯片式COS的激光二極管的發(fā)光面，并與快軸準(zhǔn)直鏡FAC的光軸重合；
[0010]慢軸準(zhǔn)直鏡SAC的光軸對(duì)準(zhǔn)陣列芯片式COS的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的激光二極管的發(fā)光面，并與快軸準(zhǔn)直鏡FAC的光軸重合；
[0011]陣列芯片式COS出光先統(tǒng)一通過(guò)快軸準(zhǔn)直透鏡FAC進(jìn)行快軸整形，通過(guò)慢軸準(zhǔn)直透鏡SAC陣列，對(duì)陣列芯片式COS的各個(gè)芯片發(fā)出的光進(jìn)行慢軸整形，經(jīng)過(guò)慢軸準(zhǔn)直透鏡SAC再做一次慢軸整形，最后陣列芯片式COS的各芯片并排的光束合束經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡，將光聚焦進(jìn)入光纖。
[0012]所述的陣列芯片式COS包括底座、4塊金屬散熱塊、4個(gè)激光二極管、若干金線；底座和4塊金屬散熱塊都帶有預(yù)成型焊料，每個(gè)激光二極管通過(guò)共晶焊沿著金屬散熱塊焊料前端平齊的方向焊接于一塊金屬散熱塊上，每個(gè)金屬散熱塊再通過(guò)共晶焊沿著底座焊料前端平齊的方向分別焊接于底座上；4塊金屬散熱塊通過(guò)若干金線與底座串聯(lián)連接，加電實(shí)現(xiàn)激光的輸出。
[0013]所述的金屬散熱塊是用熱導(dǎo)率高的材料制作而成。
[0014]所述的底座是由熱導(dǎo)率高的鍍金陶瓷材料制作而成。
[0015]—種基于陣列芯片式COS的尾纖輸出半導(dǎo)體激光器的f禹合方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行:
[0016]1)陣列芯片式COS的4個(gè)激光二極管發(fā)出的光經(jīng)過(guò)快軸準(zhǔn)直鏡FAC的準(zhǔn)直后，光在垂直于芯片方向變?yōu)槠叫泄猓?br> [0017]2)陣列芯片式COS的4個(gè)激光二極管發(fā)出的光經(jīng)過(guò)快軸準(zhǔn)直鏡FAC準(zhǔn)直后的光到達(dá)慢軸準(zhǔn)直鏡SAC陣列，該陣列每一個(gè)SAC對(duì)應(yīng)一個(gè)激光二極管，對(duì)其慢軸方向進(jìn)行一次壓縮；
[0018]3)經(jīng)過(guò)快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC陣列后，四束光經(jīng)過(guò)慢軸準(zhǔn)直鏡SAC再次進(jìn)行慢軸整形，得到4個(gè)激光二極管合束后的平行光；
[0019]4)合束后的平行光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡，最后聚焦在光纖上。
[0020]本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn):
[0021]本發(fā)明中4個(gè)激光二極管發(fā)出的光，能夠以最簡(jiǎn)潔的方式實(shí)現(xiàn)合束。因?yàn)楣鈱W(xué)元件中快軸準(zhǔn)直鏡FAC成本最高、制作難度最大，本發(fā)明減少了快軸準(zhǔn)直鏡FAC的使用量；同時(shí)，相比常規(guī)的利用臺(tái)階及反射鏡的空間合束技術(shù)，該技術(shù)省去了反射鏡的耦合工序，整體工藝難度及制作時(shí)間大大降低。并且大大節(jié)省封裝空間，形成緊湊的封裝。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明的陣列芯片式COS結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明示結(jié)構(gòu)意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]如圖1所示。所述陣列芯片式COS包括底座4、四塊金屬散熱塊(2.1，2.2，2.3，2.4)、四個(gè)激光二極管(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(dǎo)率高的鍍金陶瓷材料制作而成，所述的金屬散熱塊是用熱導(dǎo)率高的材料制作而成，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(yù)成型焊料，每個(gè)激光二極管通過(guò)共晶焊沿著金屬散熱塊焊料前端平齊的方向焊接于一塊金屬散熱塊上，每個(gè)金屬散熱塊再通過(guò)共晶焊沿著底座焊料前端平齊的方向分別焊接于底座上；四塊金屬散熱塊通過(guò)若干金線(3.1，3.2，3.3，3.4)與底座4串聯(lián)連接，加電實(shí)現(xiàn)激光的輸出。所述的金屬散熱塊是用熱導(dǎo)率高的材料制作而成。所述的底座是由熱導(dǎo)率高的鍍金陶瓷材料制作而成。
[0026]如圖2所示，基于陣列芯片式C0S的尾纖輸出半導(dǎo)體激光器，包括底板10、陣列芯片式C0S 5、快軸準(zhǔn)直鏡FAC 6、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC陣列7、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC 8、準(zhǔn)直透鏡9、光纖
11;
[0027]陣列芯片式C0S 5與快軸準(zhǔn)直鏡FAC 6、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC陣列7、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC
8、準(zhǔn)直透鏡9都固定在底板10上且分布成一條直線；
[0028]快軸準(zhǔn)直鏡FAC 6的光軸對(duì)準(zhǔn)陣列芯片式COS 5的每個(gè)激光二極管的發(fā)光面；
[0029]慢軸準(zhǔn)直鏡SAC陣列7的每個(gè)慢軸準(zhǔn)直鏡的光軸一一對(duì)準(zhǔn)陣列芯片式COS 5的激光二極管的發(fā)光面，并與快軸準(zhǔn)直鏡FAC 6的光軸重合；
[0030]慢軸準(zhǔn)直鏡SAC 8的光軸對(duì)準(zhǔn)陣列芯片式COS 5的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的激光二極管的發(fā)光面，并與快軸準(zhǔn)直鏡FAC 6的光軸重合；
[0031]陣列芯片式COS 5出光先統(tǒng)一通過(guò)快軸準(zhǔn)直透鏡FAC 6進(jìn)行快軸整形，通過(guò)慢軸準(zhǔn)直透鏡SAC陣列7，對(duì)陣列芯片式COS 5的4個(gè)激光二極管發(fā)出的光進(jìn)行慢軸整形，經(jīng)過(guò)慢軸準(zhǔn)直透鏡SAC 7再做一次慢軸整形，最后陣列芯片式COS 5的4個(gè)激光二極管并排的光束合束經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡9，將光聚焦進(jìn)入光纖11。
[0032]首先組裝好陣列芯片式COS 5，然后組裝一個(gè)快軸準(zhǔn)直鏡FAC 6，在垂直于陣列芯片式COS 5方向上對(duì)激光器二極管發(fā)出的光進(jìn)行整形,整形后的光束在垂直于陣列芯片式COS 5方向變?yōu)槠叫泄狻?br> [0033]慢軸準(zhǔn)直鏡SAC陣列7是一組柱透鏡，在平行于陣列芯片式COS 5方向上，每個(gè)激光二極管發(fā)出的光各自經(jīng)過(guò)一個(gè)對(duì)應(yīng)的慢軸準(zhǔn)直鏡SAC陣列7的慢軸準(zhǔn)直鏡SAC,在平行于陣列芯片式COS 5方向?qū)崿F(xiàn)壓縮；
[0034]慢軸準(zhǔn)直鏡SAC 8是一個(gè)柱透鏡，在平行于陣列芯片式COS 5方向上對(duì)經(jīng)過(guò)慢軸準(zhǔn)直鏡SAC 8壓縮后的光再次進(jìn)行整形，整形后的光束在平行于陣列芯片式COS 5方向變?yōu)槠叫泄猓?br> [0035]陣列芯片式COS 5的四個(gè)激光二極管發(fā)出的四束光成為平行光，合為一束光，到達(dá)準(zhǔn)直器9，最后聚焦由尾部的光纖11輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種基于陣列芯片式COS的尾纖輸出半導(dǎo)體激光器,包括底板、陣列芯片式COS、快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC陣列、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC、準(zhǔn)直透鏡、光纖；其特征在于: 陣列芯片式COS與快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC陣列、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC、準(zhǔn)直透鏡都固定在底板上且分布成一條直線； 快軸準(zhǔn)直鏡FAC的光軸對(duì)準(zhǔn)陣列芯片式COS的每個(gè)激光二極管的發(fā)光面； 慢軸準(zhǔn)直鏡SAC陣列的每個(gè)慢軸準(zhǔn)直鏡的光軸一一對(duì)準(zhǔn)陣列芯片式COS的激光二極管的發(fā)光面，并與快軸準(zhǔn)直鏡FAC的光軸重合； 慢軸準(zhǔn)直鏡SAC的光軸對(duì)準(zhǔn)陣列芯片式COS的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的激光二極管的發(fā)光面，并與快軸準(zhǔn)直鏡FAC的光軸重合； 陣列芯片式COS出光先統(tǒng)一通過(guò)快軸準(zhǔn)直透鏡FAC進(jìn)行快軸整形，通過(guò)慢軸準(zhǔn)直透鏡SAC陣列，對(duì)陣列芯片式COS的各個(gè)芯片發(fā)出的光進(jìn)行慢軸整形，經(jīng)過(guò)慢軸準(zhǔn)直透鏡SAC再做一次慢軸整形，最后陣列芯片式COS的各芯片并排的光束合束經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡，將光聚焦進(jìn)入光纖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于陣列芯片式COS的尾纖輸出半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述的陣列芯片式COS包括底座、4塊金屬散熱塊、4個(gè)激光二極管、若干金線；底座和4塊金屬散熱塊都帶有預(yù)成型焊料，每個(gè)激光二極管通過(guò)共晶焊沿著金屬散熱塊焊料前端平齊的方向焊接于一塊金屬散熱塊上，每個(gè)金屬散熱塊再通過(guò)共晶焊沿著底座焊料前端平齊的方向分別焊接于底座上；4塊金屬散熱塊通過(guò)若干金線與底座串聯(lián)連接，加電實(shí)現(xiàn)激光的輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于陣列芯片式COS的尾纖輸出半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述的金屬散熱塊是用熱導(dǎo)率高的材料制作而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于陣列芯片式COS的尾纖輸出半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述的底座是由熱導(dǎo)率高的鍍金陶瓷材料制作而成。
5.利用權(quán)利要求1一 4之一所述的一種基于陣列芯片式COS的尾纖輸出半導(dǎo)體激光器的耦合方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行: 1)陣列芯片式COS的4個(gè)激光二極管發(fā)出的光經(jīng)過(guò)快軸準(zhǔn)直鏡FAC的準(zhǔn)直后，光在垂直于芯片方向變?yōu)槠叫泄猓? 2)陣列芯片式COS的4個(gè)激光二極管發(fā)出的光經(jīng)過(guò)快軸準(zhǔn)直鏡FAC準(zhǔn)直后的光到達(dá)慢軸準(zhǔn)直鏡SAC陣列，該陣列每一個(gè)SAC對(duì)應(yīng)一個(gè)激光二極管，對(duì)其慢軸方向進(jìn)行一次壓縮； 3)經(jīng)過(guò)快軸準(zhǔn)直鏡FAC、慢軸準(zhǔn)直鏡SAC陣列后，四束光經(jīng)過(guò)慢軸準(zhǔn)直鏡SAC再次進(jìn)行慢軸整形，得到4個(gè)激光二極管合束后的平行光； 4)合束后的平行光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡，最后聚焦在光纖上。
【文檔編號(hào)】H01S5/06GK104300359SQ201410537456
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】胡慧璇, 盧昆忠 申請(qǐng)人:武漢銳科光纖激光器技術(shù)有限責(zé)任公司