CN101662125B - 对列阵器件进行光束快轴压缩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对列阵器件进行光束快轴压缩的方法，该方法包括：制作列阵器件光束快轴压缩用圆柱透镜；确定该圆柱透镜与列阵器件之间的位置关系；按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起。利用本发明，能够满足列阵器件和叠层列阵器件光束快轴压缩的要求，实现了对列阵器件进行光束快轴压缩。

Description

对列阵器件进行光束快轴压缩的方法

技术领域

本发明涉及光电子领域，涉及到大功率半导体激光器列阵器件的快轴光束压缩，用于获得高亮度的固体激光器和光纤激光器的泵浦源，尤其涉及一种对列阵器件进行光束快轴压缩的方法。

背景技术

大功率半导体激光器列阵器件(以下简称为列阵器件)属于非通讯类的半导体激光器，是半导体有源器件大家族中的一个重要组成部分。由于具有功率大、电光效率高、波长范围广、体积小且易于电调制的优点，目前是高能固体激光器重要的泵浦源之一，在军事、工业等领域有广阔的应用前景。

作为一种激光光源，列阵器件的一个致命缺点是光束发散角不对称，在平行于p-n结(慢轴)方向上发散角(半高全宽)为10度左右，在垂直于p-n结(快轴)方向上发散角为40度左右。这种光束分布对于泵浦固体激光器和光纤激光器来说极为不利，尤其是快轴方向。所以列阵器件的快轴方向的光束压缩是非常必要的。

此外，为了改善光束质量，提高泵浦功率，泵浦源的封装形式一般采用叠层列阵封装，由此对光束压缩方式提出了更高的要求，除了可靠性之外，封装尺寸大小、封装精度、器件整体远场发散角的控制都是新的问题。原有的封装技术针对的是单管器件进行的光束压缩，已不能满足列阵器件和叠层列阵器件压缩的要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种对列阵器件进行光束快轴压缩的方法，以满足列阵器件和叠层列阵器件光束快轴压缩的要求，实现对列阵器件进行光束快轴压缩。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种对列阵器件进行光束快轴压缩的方法，该方法包括：

制作列阵器件光束快轴压缩用圆柱透镜；

确定该圆柱透镜与列阵器件之间的位置关系；

按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起；

其中，对于单列阵器件，所述确定圆柱透镜与列阵器件之间的位置关系的步骤包括：

将微沟道封装的单列阵器件固定在一个二维可调节机械装置上，两维移动包括沿x轴和y轴的平移移动；

将一个接收屏放置于距单列阵器件1m以外的区域里，在接收屏的中心处划上一条水平基准线，使该水平基准线与将单列阵器件的高度相同；

将单列阵器件的正负极与驱动源的正负极连接；

将焊有圆柱透镜的陶瓷固定在一个五维可调节机械装置上，五维包括有x轴、y轴、z轴的平移调节，绕y轴的转动的角度θ轴和绕z轴转动的

轴的转动调节；

加电，电流控制在阈值以上不超过5A；

将CCD镜头对准接收屏，调节显示器设置，以清楚地看到标记的水平线及单列阵器件的发光为宜；以及

调节五维可调节机械装置，使单列阵器件发出的光经圆柱透镜准直成平行光后，在显示器上出现一条平直的亮带与基准线重合；

对于叠层列阵器件，所述确定圆柱透镜与列阵器件之间的位置关系的步骤包括：

将叠层列阵器件固定在一个二维可调节机械装置上，两维移动包括沿x轴和y轴的平移移动；

将接收屏放置在距叠层列阵器件L米以外的区域里，使叠层列阵器件的发光区中心线与接收屏上水平基准线在同一高度上，若叠层列阵器件的发光区高度为X米，要求叠层列阵器件准直后的远场发散角为ψ弧度，则存在如下关系式：L＞X/ψ；

将叠层列阵器件的正负极与驱动电源的正负极相连接；

将焊有圆柱透镜的陶瓷固定在一个五维可调节机械装置上，五维包括有x，y轴、z轴的平移调节，绕y轴的转动的角度θ轴和绕z轴转动的轴的转动调节，光束压缩沿着叠层列阵器件从上向下进行；

加电，工作电路控制在阈值电流以上不超过5A；

将CCD镜头对准接收屏，调节显示器设置，以清楚地看到标记的水平线及叠层列阵器件的发光为宜；以及

调节五维可调节机械装置，使叠层列阵器件发出的光经圆柱透镜准直成平行光后，在显示器上出现一条平直的亮带与基准线重合。

上述方案中，所述制作列阵器件光束快轴压缩用圆柱透镜的步骤包括：制作规格相同的一定长度的光纤段；对该光纤段的两端进行镀膜；将两端镀膜的光纤段焊接在陶瓷段上，焊好后用去离子水清洗，然后超声清洗后烘干。

上述方案中，对于单列阵器件，所述按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起的步骤包括：

断电，将焊有圆柱透镜的陶瓷沿水平方向上的y轴平移开，在与微沟道热沉相对的陶瓷侧面上均匀涂抹一层紫外胶，然后再沿水平方向上的y轴将单列阵器件平移到原来位置；

加电，检测显示器上光斑位置和大小，如有变化，继续微调至最佳状态；

断电，用紫外灯照射约2分钟，使紫外胶固化，将圆柱透镜与单列阵器件用紫外胶粘结固定在一起。

上述方案中，对于单列阵器件，该方法进一步包括：加电，再次检测显示器上的光斑位置和大小，如有变化，将焊有圆柱透镜的陶瓷取下，并再次确定圆柱透镜与单列阵器件之间的位置关系，按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起；如无变化，则断电，在陶瓷两端向下用力，将陶瓷两端长于圆柱透镜的陶瓷折断，得到粘结有圆柱透镜的单列阵器件。

上述方案中，对于叠层列阵器件，所述按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起的步骤包括：

断电，将焊有圆柱透镜的陶瓷沿水平方向上的y轴平移开，在与微沟道热沉相对的陶瓷侧面上均匀涂抹一层紫外胶，然后再沿水平方向上的y轴将叠层列阵器件平移到原来位置；

加电，检测显示器上光斑位置和大小，如有变化，继续微调至最佳状态；

断电，用紫外灯照射约2分钟，使紫外胶固化，将圆柱透镜与叠层列阵器件用紫外胶粘结固定在一起。

上述方案中，对于叠层列阵器件，该方法进一步包括：加电，再次检测显示器上的光斑位置和大小，如有变化，将焊有圆柱透镜的陶瓷取下，并再次确定圆柱透镜与叠层列阵器件之间的位置关系，按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起；如无变化，则断电，在陶瓷两端向下用力，将陶瓷两端长于圆柱透镜的陶瓷折断，得到粘结有圆柱透镜的叠层列阵器件。

上述方案中，对于叠层列阵器件，该方法进一步包括：沿垂直方向上的z轴移动圆柱透镜，对叠层列阵器件中的下一个单列阵器件进行光束快轴压缩，直至将叠层列阵器件中的单列阵器件全部压缩完毕。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

第一是，压缩完成后，圆柱透镜的长度与bar条一致，均为11mm，节省了空间，有利于提高叠层列阵器件的封装密度，从而增加光功率密度和光亮度；

第二是，圆柱透镜的粘结采用间接方式，首先将透镜焊接在陶瓷上，然后将陶瓷粘结在微沟道热沉上，粘结牢固，可靠；

第三是，可以通过调节透镜的位置对叠层列阵器件制作工艺过程中出现的误差进行适当弥补，并可以通过控制远处接收屏或CCD的位置，控制调节压缩后叠层列阵器件快轴发散角的大小。

附图说明

图1是本发明提供的对列阵器件进行光束快轴压缩的方法流程图；

图2A是本发明提供的固定有光纤段的镀膜装置结构示意图；

图2B是本发明提供的固定有光纤段的镀膜装置的俯视图；

图2C是本发明制作的圆柱透镜的结构示意图；

图3A是本发明提供的对单列阵器件进行光束快轴压缩的示意图；

图3B是本发明提供的对列阵器件进行光束快轴压缩过程中圆柱透镜粘结示意图；

图3C是本发明对叠层列阵器件进行光束快轴压缩的示意图。

附图标记：

11镀膜装置上的V型槽；

12镀膜装置上的中间槽；

13圆柱透镜；

14销钉孔；

15螺钉孔；

16陶瓷；

17陶瓷上小槽；

21微沟道封装的列阵器件或叠层列阵器件；

22接收屏；

23焊料；

24紫外胶；

25列阵芯片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，图1是本发明提供的对列阵器件进行光束快轴压缩的方法流程图，该方法包括：

步骤101：制作列阵器件光束快轴压缩用圆柱透镜；

步骤102：确定该圆柱透镜与列阵器件之间的位置关系；

步骤103：按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起。

上述制作列阵器件光束快轴压缩用圆柱透镜的步骤包括：制作规格相同的一定长度的光纤段；对该光纤段的两端进行镀膜；将两端镀膜的光纤段焊接在陶瓷段上，焊好后用去离子水清洗，然后超声清洗后烘干。

以下结合具体的实施例，对制作列阵器件光束快轴压缩用圆柱透镜的方法进一步详细说明。该实施例包括以下步骤：

步骤1.1：选用直径为0.6mm的光纤作为压缩透镜使用，首先用加热的浓硫酸将光纤的塑料涂敷层腐蚀掉，将其截断为长度为50mm的光纤段。

步骤1.2：将光纤段摆在长和宽为50mm的方形陶瓷上，紧密排列摆齐后用502胶固定。

步骤1.3：采用陶瓷划片机将布满光纤段的方形陶瓷统一划成长度为11mm宽度为50mm的长方形陶瓷，陶瓷划片机的切刀所在平面与光纤段垂直。

步骤1.4：将该长方形陶瓷整体浸泡在加热的丙酮中，将固定光纤段的胶洗掉，将光纤段取下，分别用丙酮、乙醇、去离子水冲洗数遍，并烘干，得到规格相同的长度为11mm的光纤段。

步骤1.5：如图1A所示，用不锈钢材料上加工出精密的V型槽用于紧固光纤段，称为镀膜装置，装置由若干片顺序组成，宽度为10mm，可以用销钉14和螺钉15固定在一起。

步骤1.6：将少许光刻胶滴在图2A所示的镀膜装置的中间槽12中，然后将光纤段排列在镀膜装置上，用销钉14和螺钉15固定压紧，使光纤两边外露部分分别为0.5mm。如图2A和2B所示。

步骤1.7：将装好光纤段的镀膜装置放入溅射炉中，溅射Ti/Pt/Au，厚度分别为

和

步骤1.8：将镀膜装置上销钉和螺钉卸下，整体浸泡在加热的丙酮中，将固定光纤的光刻胶洗掉，将光纤取出，分别用丙酮、乙醇、去离子水冲洗数遍，烘干备用。

步骤1.9：将单面溅射Ti/Pt/Au的厚度为0.4mm、面积为50mm×50mm的陶瓷片用陶瓷划片机划成宽度为0.6mm，长度为25mm的陶瓷16，在陶瓷段溅射Ti/Pt/Au的表面上划出两个小槽17，宽度建议为100～250um，两小槽之间的间距为11mm。

步骤1.10：将两端溅射好Ti/Pt/Au的光纤段焊接在划好的陶瓷段16的中间位置上，建议用低温免清洗焊料，焊接温度为100摄氏度，焊好后用去离子水清洗数遍，然后超声清洗后烘干备用，得到列阵器件光束快轴压缩用圆柱透镜，形状如图2C所示。

对于单列阵器件，参照图3A和图3B，所述确定圆柱透镜与列阵器件之间的位置关系，以及按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起的步骤包括：

步骤2.1：将微沟道封装的单列阵器件固定在一个二维可调节机械装置上，两维移动包括沿x轴和y轴的平移移动；

步骤2.2：将一个接收屏放置于距单列阵器件1m以外的区域里，在接收屏的中心处划上一条水平基准线，使该水平基准线与将单列阵器件的高度相同；

步骤2.3：将单列阵器件的正负极与驱动源的正负极连接；

步骤2.4：将焊有圆柱透镜的陶瓷固定在一个五维可调节机械装置上，五维包括有x轴、y轴、z轴的平移调节，绕y轴的转动的角度θ轴和绕z轴转动的轴的转动调节；

步骤2.5：加电，电流控制在阈值以上不超过5A；

步骤2.6：将CCD镜头对准接收屏，调节显示器设置，以清楚地看到标记的水平线及单列阵器件的发光为宜；

步骤2.7：调节五维可调节机械装置，使单列阵器件发出的光经圆柱透镜准直成平行光后，在显示器上出现一条平直的亮带与基准线重合。

步骤2.8：断电，将焊有圆柱透镜的陶瓷沿水平方向上的y轴平移开，在与微沟道热沉相对的陶瓷侧面上均匀涂抹一层紫外胶，然后再沿水平方向上的y轴将单列阵器件平移到原来位置；

步骤2.9：加电，检测显示器上光斑位置和大小，如有变化，继续微调至最佳状态；

步骤2.10：断电，用紫外灯照射约2分钟，使紫外胶固化，将圆柱透镜与单列阵器件用紫外胶粘结固定在一起。

步骤2.11：加电，再次检测显示器上的光斑位置和大小，如有变化，将焊有圆柱透镜的陶瓷取下，并再次确定圆柱透镜与单列阵器件之间的位置关系，按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起；如无变化，则断电，在陶瓷两端向下用力，将陶瓷两端长于圆柱透镜的陶瓷折断，得到粘结有圆柱透镜的单列阵器件。

对于叠层列阵器件，参照图3C，所述确定圆柱透镜与列阵器件之间的位置关系，以及按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起的步骤包括：

步骤3.1：将叠层列阵器件固定在一个二维可调节机械装置上，两维移动包括沿x轴和y轴的平移移动；

步骤3.2：将接收屏放置在距叠层列阵器件L米以外的区域里，使叠层列阵器件的发光区中心线与接收屏上水平基准线在同一高度上，若叠层列阵器件的发光区高度为X米，要求叠层列阵器件准直后的远场发散角为ψ弧度，则存在如下关系式：L＞X/ψ；

步骤3.3：将叠层列阵器件的正负极与驱动电源的正负极相连接；

步骤3.4：将焊有圆柱透镜的陶瓷固定在一个五维可调节机械装置上，五维包括有x，y轴、z轴的平移调节，绕y轴的转动的角度θ轴和绕z轴转动的

轴的转动调节，光束压缩沿着叠层列阵器件从上向下进行；

步骤3.5：加电，工作电路控制在阈值电流以上不超过5A；

步骤3.6：将CCD镜头对准接收屏，调节显示器设置，以清楚地看到标记的水平线及叠层列阵器件的发光为宜；

步骤3.7：调节五维可调节机械装置，使叠层列阵器件发出的光经圆柱透镜准直成平行光后，在显示器上出现一条平直的亮带与基准线重合。

步骤3.8：断电，将焊有圆柱透镜的陶瓷沿水平方向上的y轴平移开，在与微沟道热沉相对的陶瓷侧面上均匀涂抹一层紫外胶，然后再沿水平方向上的y轴将叠层列阵器件平移到原来位置；

步骤3.9：加电，检测显示器上光斑位置和大小，如有变化，继续微调至最佳状态；

步骤3.10：断电，用紫外灯照射约2分钟，使紫外胶固化，将圆柱透镜与叠层列阵器件用紫外胶粘结固定在一起。

步骤3.11：加电，再次检测显示器上的光斑位置和大小，如有变化，将焊有圆柱透镜的陶瓷取下，并再次确定圆柱透镜与叠层列阵器件之间的位置关系，按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起；如无变化，则断电，在陶瓷两端向下用力，将陶瓷两端长于圆柱透镜的陶瓷折断，得到粘结有圆柱透镜的叠层列阵器件。

对于叠层列阵器件，该方法在步骤3.11之后进一步包括：

步骤3.12：沿垂直方向上的z轴移动圆柱透镜，对叠层列阵器件中的下一个单列阵器件进行光束快轴压缩，直至将叠层列阵器件中的单列阵器件全部压缩完毕。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种对列阵器件进行光束快轴压缩的方法，其特征在于，该方法包括：

制作列阵器件光束快轴压缩用圆柱透镜；

确定该圆柱透镜与列阵器件之间的位置关系；

按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起；

其中，对于单列阵器件，所述确定圆柱透镜与列阵器件之间的位置关系的步骤包括：

将微沟道封装的单列阵器件固定在一个二维可调节机械装置上，两维移动包括沿x轴和y轴的平移移动；

将一个接收屏放置于距单列阵器件1m以外的区域里，在接收屏的中心处划上一条水平基准线，使该水平基准线与将单列阵器件的高度相同；

将单列阵器件的正负极与驱动源的正负极连接；

将焊有圆柱透镜的陶瓷固定在一个五维可调节机械装置上，五维包括有x轴、y轴、z轴的平移调节，绕y轴的转动的角度θ轴和绕z轴转动的

轴的转动调节；

加电，电流控制在阈值以上不超过5A；

将CCD镜头对准接收屏，调节显示器设置，以清楚地看到标记的水平线及单列阵器件的发光为宜；以及

调节五维可调节机械装置，使单列阵器件发出的光经圆柱透镜准直成平行光后，在显示器上出现一条平直的亮带与基准线重合；

对于叠层列阵器件，所述确定圆柱透镜与列阵器件之间的位置关系的步骤包括：

将叠层列阵器件固定在一个二维可调节机械装置上，两维移动包括沿x轴和y轴的平移移动；

将接收屏放置在距叠层列阵器件L米以外的区域里，使叠层列阵器件的发光区中心线与接收屏上水平基准线在同一高度上，若叠层列阵器件的发光区高度为X米，要求叠层列阵器件准直后的远场发散角为ψ弧度，则存在如下关系式：L＞X/ψ；

将叠层列阵器件的正负极与驱动电源的正负极相连接；

将焊有圆柱透镜的陶瓷固定在一个五维可调节机械装置上，五维包括有x，y轴、z轴的平移调节，绕y轴的转动的角度θ轴和绕z轴转动的轴的转动调节，光束压缩沿着叠层列阵器件从上向下进行；

加电，工作电路控制在阈值电流以上不超过5A；

将CCD镜头对准接收屏，调节显示器设置，以清楚地看到标记的水平线及叠层列阵器件的发光为宜；以及

调节五维可调节机械装置，使叠层列阵器件发出的光经圆柱透镜准直成平行光后，在显示器上出现一条平直的亮带与基准线重合。

2.根据权利要求1所述的对列阵器件进行光束快轴压缩的方法，其特征在于，所述制作列阵器件光束快轴压缩用圆柱透镜的步骤包括：

制作规格相同的一定长度的光纤段；

对该光纤段的两端进行镀膜；

将两端镀膜的光纤段焊接在陶瓷段上，焊好后用去离子水清洗，然后超声清洗后烘干。

3.根据权利要求1所述的对列阵器件进行光束快轴压缩的方法，其特征在于，对于单列阵器件，所述按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起的步骤包括：

断电，将焊有圆柱透镜的陶瓷沿水平方向上的y轴平移开，在与微沟道热沉相对的陶瓷侧面上均匀涂抹一层紫外胶，然后再沿水平方向上的y轴将单列阵器件平移到原来位置；

加电，检测显示器上光斑位置和大小，如有变化，继续微调至最佳状态；

断电，用紫外灯照射约2分钟，使紫外胶固化，将圆柱透镜与单列阵器件用紫外胶粘结固定在一起。

4.根据权利要求1或3所述的对列阵器件进行光束快轴压缩的方法，其特征在于，对于单列阵器件，该方法进一步包括：

加电，再次检测显示器上的光斑位置和大小，如有变化，将焊有圆柱透镜的陶瓷取下，并再次确定圆柱透镜与单列阵器件之间的位置关系，按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起；如无变化，则断电，在陶瓷两端向下用力，将陶瓷两端长于圆柱透镜的陶瓷折断，得到粘结有圆柱透镜的单列阵器件。

5.根据权利要求1所述的对列阵器件进行光束快轴压缩的方法，其特征在于，对于叠层列阵器件，所述按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起的步骤包括：

断电，将焊有圆柱透镜的陶瓷沿水平方向上的y轴平移开，在与微沟道热沉相对的陶瓷侧面上均匀涂抹一层紫外胶，然后再沿水平方向上的y轴将叠层列阵器件平移到原来位置；

加电，检测显示器上光斑位置和大小，如有变化，继续微调至最佳状态；

断电，用紫外灯照射约2分钟，使紫外胶固化，将圆柱透镜与叠层列阵器件用紫外胶粘结固定在一起。

6.根据权利要求1或5所述的对列阵器件进行光束快轴压缩的方法，其特征在于，对于叠层列阵器件，该方法进一步包括：

加电，再次检测显示器上的光斑位置和大小，如有变化，将焊有圆柱透镜的陶瓷取下，并再次确定圆柱透镜与叠层列阵器件之间的位置关系，按照确定的位置关系将圆柱透镜与列阵器件用紫外胶粘结固定在一起；如无变化，则断电，在陶瓷两端向下用力，将陶瓷两端长于圆柱透镜的陶瓷折断，得到粘结有圆柱透镜的叠层列阵器件。

7.根据权利要求6所述的对列阵器件进行光束快轴压缩的方法，其特征在于，对于叠层列阵器件，该方法进一步包括：

沿垂直方向上的z轴移动圆柱透镜，对叠层列阵器件中的下一个单列阵器件进行光束快轴压缩，直至将叠层列阵器件中的单列阵器件全部压缩完毕。

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