CN103872579A - 改变半导体激光器件芯片慢轴方向光场分布的方法 - Google Patents

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Abstract

改变半导体激光器件芯片慢轴方向光场分布的方法，该方法适用于单元或阵列器件芯片，主要步骤包括：选取单个或多个发光单元具有精细结构的电流注入区的半导体激光单元或阵列器件芯片；将所述一个或各发光单元电流注入区按一定方式进行光刻、蒸镀；根据特定要求，将所述半导体激光单元或阵列器件芯片的电流注入区按照一定的尺寸和形状光刻、蒸镀，使电流注入区更加细化，半导体激光单元或阵列器件芯片慢轴方向光场按所述特定要求分布。本发明直接从半导体激光器的光源入手，实现慢轴方向光场分布的改变，不仅使半导体激光单元或阵列器件芯片获得特定要求的慢轴方向光场分布，提高激光熔覆的效率和熔覆层的硬度，还避免其结构的复杂化。

Description

改变半导体激光器件芯片慢轴方向光场分布的方法
技术领域
本发明涉及半导体激光技术领域，尤其涉及一种改变半导体激光器件芯片慢轴方向光场分布的方法。
背景技术
由于半导体激光器具有体积小、重量轻、光电转换效率高等优点，其在激光加工、军事国防、医疗卫生等领域中的应用越来越广泛。半导体激光器的慢轴方向模式复杂，该方向的光场分布是半导体激光器一项重要的特性，对半导体激光器的应用具有重要的参考意义。不同的应用领域对其慢轴的光场分布也会有不同的要求。近年来，市场上常见的半导体激光器慢轴方向的光场分布，多是单峰或者双峰结构的分布，然而这两种分布不能满足某些特定的使用要求。这就限制了半导体激光器在某些特定领域的应用。
目前，有关改变半导体激光器慢轴方向光场分布的方法较少见，现有的这些方法多以光束整形为主。然而，对于许多特殊的光场分布，无法仅靠光束整形的方法获得，而且使用光束整形方法，势必会使半导体激光器结构变得更加复杂，不利于其小型化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种改变半导体激光器件芯片慢轴方向光场分布的方法，该方法适用于单元或阵列器件芯片，不仅可以获得特定要求的慢轴方向光场分布，而且还能避免半导体激光器结构的复杂化。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明的一个方面，提供一种改变半导体激光器件芯片慢轴方向光场分布的方法，该方法适用于单元器件芯片，主要步骤包括：
选取发光单元具有精细结构的电流注入区的半导体激光单元器件芯片；
将所述发光单元电流注入区按一定方式进行光刻、蒸镀；
根据特定要求，将所述半导体激光单元器件芯片的电流注入区按照一定的尺寸和形状光刻、蒸镀，使电流注入区更加细化，半导体激光单元器件芯片慢轴方向光场按所述特定要求分布。
较佳的是，所述发光单元具有精细结构的电流注入区，是半导体激光单元器件芯片的电流注入区具有均匀的至少两个波浪形结构。
较佳的是，所述使半导体激光单元器件芯片慢轴方向光场按所述特定要求分布，是通过改变所述发光单元的电流注入区的精细结构，获得半导体激光单元器件芯片慢轴方向光场分布为平顶化的光场分布。
根据本发明的另一个方面，提供一种改变半导体激光器件芯片慢轴方向光场分布的方法，该方法适用于阵列器件芯片，主要步骤包括：
选取多个发光单元具有精细结构的电流注入区的半导体激光阵列器件芯片；
将各发光单元电流注入区按一定方式依次排列进行光刻、蒸镀；
根据特定要求，将所述半导体激光阵列器件芯片的电流注入区按照一定的尺寸和形状光刻、蒸镀，使电流注入区更加细化，半导体激光阵列器件芯片慢轴方向光场按所述特定要求分布。
较佳的是，所述阵列器件各发光单元的电流注入区的排列方式为按照从左至右依次排列。
较佳的是，所述半导体激光阵列器件芯片的电流注入区为均匀的至少两个波浪形结构。
较佳的是，所述使半导体激光阵列器件芯片慢轴方向光场按所述特定要求分布，是通过改变各发光单元的电流注入区的精细结构，获得半导体激光阵列器件芯片慢轴方向光场分布为平顶化的光场分布。
与现有技术相比，本发明利用半导体激光单元或阵列器件芯片的电流注入区不同的半导体激光器件，其慢轴方向光场分布不同的原理，通过改变发光单元的电流注入区的结构，使半导体激光单元或阵列器件芯片慢轴方向光场按特定要求分布，从而满足特定的使用要求。该方法直接从半导体激光器的光源入手，实现慢轴方向光场分布的改变，不仅可以使半导体激光单元或阵列器件芯片获得特定要求的慢轴方向光场分布，提高了激光熔覆的效率和熔覆层的硬度，而且还避免了其结构的复杂化，使其得到更加广泛的应用。
以下将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，该实施例仅用于解释本发明。并不对本发明的保护范围构成限制。
附图说明
图1为现有正常单个发光单元的电流注入区结构示意图；
图2为图1所示现有正常的半导体激光单元器件芯片慢轴方向的光场分布示意图，以双峰为例；
图3为根据本发明的一个方面的实施例，细化后的单个发光单元的电流注入区结构示意图；
图4为图3所示细化后的半导体激光单元器件芯片慢轴方向的光场分布示意图；
图5为现有正常多个发光单元的电流注入区结构示意图，图中示出四个；
图6为根据本发明的另一个方面的实施例，细化后的多个发光单元的电流注入区结构示意图，图中示出四个；
图7为图6所示细化后的半导体激光阵列器件芯片慢轴方向的光场分布示意图。
附图标记说明：
1-现有正常四个发光单元的电流注入区结构，分别为A、B、C、D
1′-本发明细化后的四个发光单元的电流注入区结构，分别为A′、B′、C′、D′
2-现有正常单个发光单元的电流注入区结构；
2′-本发明细化后的单个发光单元的电流注入区结构；
具体实施方式
由于激光器在不同注入电流下会进入不同的模式，一定的电流范围内可能单模工作，电流变化后可能多模工作，单模的光谱集中于一个波长附近呈现单峰，多模的光谱呈现多峰，如图2所示。
本发明改变半导体激光器件芯片慢轴方向光场分布的方法，通过光刻的方法改变芯片单个或阵列发光单元电流注入区的精细结构，来改变芯片慢轴方向光场分布，从而满足特定的使用要求。
下面结合图1～图7详细说明本实施例。
本发明改变半导体激光器件芯片慢轴方向光场分布的方法，是通过改变芯片中发光单元的电流注入区1′和2′，设计出发光单元精细化的电流注入区结构，来改变其慢轴方向光场分布。其中，所述精细化的电流注入区，是指将现有正常单个或四个（A、B、C、D）凸台型的电流注入区1和2结构（如图1和图5所示），精细成波浪型的电流注入区1′和2′（如图3和图6所示），因此避免了半导体激光器件芯片注入电流的不均匀，而使半导体阵列芯片或单管器件光场的分布为单峰或双峰的光场分布的情况发生，如以双峰为例的图2所示。
本发明按照特定的结构1′和2′，通过光刻、蒸镀改变芯片发光单元的电流注入区的结构，使半导体激光器芯片的慢轴方向上的光场分布为平顶化的光场分布，如图4和图7所示。
实施例：
本实施例以半导体激光器件芯片慢轴方向光场为平顶化分布为例，结合图3-4和图6-7详细说明之。
半导体激光器件芯片的发光单元个数的选取，可以根据最终所需的功率和填充因子来确定，根据功率和填充因子的大小，确定半导体激光器芯片的发光单元的设计。
方案一：根据本发明一个方面的实施例，单管器件芯片由一个发光单元组成，单个发光单元的电流注入区结构如图3、4所示。
单管半导体激光器的发光单元的电流注入区精细成个数为9，周期为8mm的波浪形结构，如图3所示。
单个发光单元的的慢轴方向光场为平顶化分布，如图4所示。
方案二：根据本发明发明另一个方面的实施例，阵列器件芯片由四个（A′、B′、C′、D′）发光单元组成，半导体激光器阵列芯片的电流注入区结构，如图6、7所示。
将芯片各个发光单元的电流注入区精细成个数为7,周期为8mm的波浪形结构，如图6所示。
四个（A′、B′、C′、D′）发光单元的各自的慢轴方向光场经光场的叠加后，整个阵列芯片的慢轴光场分布为平顶化分布，如图7所示。
相对于单峰形式和双峰形式的慢轴方向光场分布，平顶化的光场分布使得半导体激光器光斑的能量分布更加均匀，半导体激光光束为平顶分布的矩形结构，在熔覆领域优于光斑模式呈圆形的近高斯分布的光纤激光器、固体激光器和CO2激光器。具有熔覆效率高、速度快、能耗低、熔覆层深度分布均匀和热影响区小的优点，从而可实现大面积光斑的快速激光熔覆、提高了激光熔覆的效率和熔覆层的硬度。可广泛应用于矿山机械、石油化工、发电站设备、航空冶金、工业模具等行业。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、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.改变半导体激光器件芯片慢轴方向光场分布的方法，该方法适用于单元器件芯片，主要步骤包括：
选取发光单元具有精细结构的电流注入区的半导体激光单元器件芯片；
将所述发光单元电流注入区按一定方式进行光刻、蒸镀；
根据特定要求，将所述半导体激光单元器件芯片的电流注入区按照一定的尺寸和形状光刻、蒸镀，使电流注入区更加细化，半导体激光单元器件芯片慢轴方向光场按所述特定要求分布。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发光单元具有精细结构的电流注入区，是半导体激光单元器件芯片的电流注入区具有均匀的至少两个波浪形结构。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述使半导体激光单元器件芯片慢轴方向光场按所述特定要求分布，是通过改变所述发光单元的电流注入区的精细结构，获得半导体激光单元器件芯片慢轴方向光场分布为平顶化的光场分布。
4.改变半导体激光器件芯片慢轴方向光场分布的方法，该方法适用于阵列器件芯片，主要步骤包括：
选取多个发光单元具有精细结构的电流注入区的半导体激光阵列器件芯片；
将各发光单元电流注入区按一定方式依次排列进行光刻、蒸镀；
根据特定要求，将所述半导体激光阵列器件芯片的电流注入区按照一定的尺寸和形状光刻、蒸镀，使电流注入区更加细化，半导体激光阵列器件芯片慢轴方向光场按所述特定要求分布。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述阵列器件各发光单元的电流注入区的排列方式为按照从左至右依次排列。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述半导体激光阵列器件芯片的电流注入区为均匀的至少两个波浪形结构。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述使半导体激光阵列器件芯片慢轴方向光场按所述特定要求分布，是通过改变各发光单元的电流注入区的精细结构，获得半导体激光阵列器件芯片慢轴方向光场分布为平顶化的光场分布。
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