基于vcsel的高功率半導(dǎo)體激光器及其vcsel激光器模組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及一種半導(dǎo)體激光器模組，尤其設(shè)及一種使用垂直腔面發(fā)射激光器 (Vertical Cavity Surface血itting Laser,簡稱VCSEL)作為光源的激光器模組；同時設(shè) 及一種基于VCS化激光器模組的高功率半導(dǎo)體激光器，屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過去二十年間，在高功率半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，基于GaAs材料的邊發(fā)射半導(dǎo)體激 光器一直占據(jù)統(tǒng)治地位，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域。然而，邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器 卻存在其致命的缺陷，雖然其預(yù)期壽命長達數(shù)萬小時，但是在脈沖狀態(tài)下，光學(xué)災(zāi)變性損壞 幾率極大，對壽命影響嚴重，所W，其實際使用壽命遠不能達到理想的預(yù)期壽命。因此，需要 提供一種新的可用于工業(yè)領(lǐng)域的半導(dǎo)體激光器。
[0003] 在半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，根據(jù)發(fā)光方向與激光巧片所在外延片平面的關(guān)系，激光器 可劃分為垂直腔面發(fā)射激光器（Vertical化vity Surface血itting Laser,簡稱VCSEL) 與邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器巧dge血itting Laser Diode)兩類。其中，垂直腔面發(fā)射激光器 的發(fā)光方向垂直于外延片方向，從反應(yīng)區(qū)的頂面射出，而邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的發(fā)光方向 平行于外延片方向，從反應(yīng)區(qū)的邊緣射出。垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL)與邊發(fā)射半導(dǎo)體 激光器的結(jié)構(gòu)可參見圖1所示的示意圖。
[0004] 邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器和VCS化分別具有如下特點：邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器是線性光 源，其在垂直方向和水平方向的發(fā)散角相差極大（垂直方向全角約在60?70度左右，水 平方向全角約在7?10度左右），并且其遠場光強呈現(xiàn)高斯分布；而VCS化是圓形光源，其 發(fā)散角較小（發(fā)散角全角約為15?20度左右），其遠場光強近似平頂分布，能量均勻。因 此，與邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器相比，VCS化發(fā)射的光線更容易匯聚，并且在遠場目標(biāo)物上能量 分布均勻。此外，與邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器相比，VCS化還具有其他的優(yōu)點，例如：具有較高的 工作溫度，預(yù)期壽命較長且故障率低，并且可W采用類似于L邸工藝進行封裝，封裝工藝要 求低。然而，傳統(tǒng)的VCSEL由于相對較低的電光效率、較差的光學(xué)亮度，在高功率市場一直 沒有得到關(guān)注。
[0005] 隨著技術(shù)的進步，VCS化逐漸實現(xiàn)了接近于邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的高功率輸出，同 時由于其獨特的結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用中存在的諸多優(yōu)點，如高可靠性、耐高溫、光學(xué)分布均勻、表面 高反射率等等。如果對VCSH^進行改進，使其可W逐漸應(yīng)用于部分工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，將會給半 導(dǎo)體激光器領(lǐng)域帶來一場全新的革命。
[0006] 垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL)與邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的具體性能對比請參見表 1〇
[0007]
【主權(quán)項】
1. 一種vcs化激光器模組，其特征在于包括多個vcs化巧片組成的vcs化巧片陣列和 設(shè)置在所述VCS化巧片陣列的出光面前方的內(nèi)壁反射型光學(xué)傳輸器件； 所述VCS化巧片陣列的出光面對經(jīng)過目標(biāo)物和所述內(nèi)壁反射型光學(xué)傳輸器件反射回 來的反射光線進行二次反射。
2. 如權(quán)利要求1所述的VCS化激光器模組，其特征在于： 所述內(nèi)壁反射型光學(xué)傳輸器件的出射口面積小于入射口面積。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的VCS化激光器模組，其特征在于： 所述內(nèi)壁反射型光學(xué)傳輸器件的入射口全部覆蓋且僅覆蓋所述VCS化巧片陣列的發(fā) 光區(qū)域。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的VCS化激光器模組，其特征在于： 所述VCS化巧片陣列中，多個VCS化巧片在一個平面內(nèi)緊密排列，其出光面組成一個平 面出光面。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的VCS化激光器模組，其特征在于： 所述VCS化巧片陣列中，多個VCS化巧片相互成一定角度排列，多個VCS化巧片的出光 面構(gòu)成一個W目標(biāo)物為圓屯、的近似弧形的多邊形出光面。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的VCS化激光器模組，其特征在于： 所述內(nèi)壁反射型光學(xué)傳輸器件是內(nèi)壁拋光的反射鏡筒。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的VCS化激光器模組，其特征在于： 所述內(nèi)壁反射型光學(xué)傳輸器件是基于內(nèi)壁全反射的導(dǎo)光錐。
8. 如權(quán)利要求7所述的VCS化激光器模組，其特征在于： 所述導(dǎo)光錐的入射口和出射口蒸鍛光學(xué)增透膜。
9. 一種高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于包括權(quán)利要求1?8中任意一項所述的 VCS化激光器模組。
【專利摘要】本實用新型涉及基于VCSEL的高功率半導(dǎo)體激光器及其VCSEL激光器模組。一種VCSEL激光器模組，包括由多個VCSEL芯片組成的VCSEL芯片陣列和設(shè)置在VCSEL芯片陣列的出光面前方的內(nèi)壁反射型光學(xué)傳輸器件；其中，VCSEL芯片陣列的出光面對經(jīng)過目標(biāo)物和內(nèi)壁反射型光學(xué)傳輸器件反射回來的反射光線進行二次反射。該VCSEL激光器模組，依賴VCSEL芯片表面極高的反射率和內(nèi)壁反射型光學(xué)傳輸器件，實現(xiàn)了高效率的激光傳輸，并對目標(biāo)物折回的反射光進行高效的二次利用，充分提高了激光的利用率。這種結(jié)構(gòu)可以大幅提高激光的出射效率和目標(biāo)物的吸收率，并可以有效匯聚光束，進一步提高出射口的光學(xué)功率密度。本實用新型同時提供了包括上述VCSEL激光器模組的高功率半導(dǎo)體激光器，這種激光器在激光醫(yī)療和工業(yè)激光加工等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H01S5-183, H01S5-42
【公開號】CN204290035
【申請?zhí)枴緾N201420681460
【發(fā)明人】李陽, 李德龍
【申請人】李德龍
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月10日