CN104075873B - 一种大功率半导体激光器的光斑检测装置及光斑检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率半导体激光器的光斑检测装置及光斑检测方法。该光斑检测装置包括透镜本体、夹具和散热底座，透镜本体安装在夹具上，夹具安装在散热底座上。本发明可以实现C‑mount封装的半导体激光器的光斑质量的快速检测，使用方便，操作简单；适合批量生产的C‑mount封装的半导体激光器器件的光斑质量检测；本发明对C‑mount封装的半导体激光器光斑质量的检测效果很好，检测速度快，透镜能够根据情况适时更换，使用更加灵活方便。

Description

一种大功率半导体激光器的光斑检测装置及光斑检测方法

技术领域

本发明涉及一种大功率半导体激光器的光斑检测装置及光斑检测方法，尤其是C-monut封装的半导体激光器的光斑的检测装置及光斑检测方法，属于半导体光电子技术领域。

技术背景

半导体激光器作为高可靠光源，具有功耗低、重量轻、寿命长、体积小、价格低廉等特点，广泛应用于泵浦固态激光器，激光显示技术，光动力医疗、舞台灯光、激光照明等领域。上述诸多领域中对于激光器本身都有较为严格的评测标准，在满足标准之后才能达到使用要求。然而，半导体激光器本身有着比较明显的缺陷，比如发散角过大、光束质量差等。虽然已经出现光学整形等新兴技术，但是由于芯片在封装装配过程中可能出现偏差，以及光学处理过程中手工操作的影响，在激光器的远场中都会成倍数的放大，影响激光器本身的光学特性，尤其是应用于泵浦、准直等领域，是影响半导体激光器市场推广的主要原因之一。在批量化生产半导体激光器，如何检验半导体激光器的光斑质量、准直度是重要的课题。

目前，单管封装的半导体激光器以C-mount封装形式为主，由于光学整形过程中全手工操作的影响，激光器的远场光斑可能出现偏离轴线、光强分布不均匀、变形等问题，严重影响激光器的正常使用。中国专利文献CN101442181A（申请号：200810233921.7）公开了一种半导体激光器准直透镜制作装置，该发明的主要技术方案是采用二维调节台调整半导体激光器的光束位置，使之处于环形紫外光电源的中心，采用电场操控液滴透镜面形技术，利用点击和半导体激光器外壳形成的电场，使准直透镜的面形能够随电场作用而改变，从自然状态下的球面变化为两个方向曲率不同的非球面，从而制作非球面的准直透镜，实现对半导体激光器两个方向光束的同时准直。然后采用紫外固化技术，将透镜固化为该半导体激光器的固体准直透镜。但是该方法是面向半导体激光器的光束处理工艺，主要是对半导体激光器加装透镜进行光束准直，对批量生产的半导体激光器本身的光斑质量起不到检测作用，对于大量生产的半导体激光器尤其是C-mount封装的半导体激光器没有筛选能力。中国专利文献CN102243098A（申请号：201110080860.7）公开了一种强激光器光束质量原位检测系统，该发明的主要技术方案主要是统由光学测量头单元，信息处理计算机，主控电箱，散射接收系统和指示激光器组成。该系统能对天基、地基、机载、舰载、车载多平台激光器系统的光束质量进行检测，实现强激光器光束质量的一次性快速、原位、综合评价；但是，没有涉及到半导体激光器的光斑检测作用。

发明内容

针对半导体激光器的远场光斑存在的各种问题，根据现有的C-mount封装的半导体激光器的特点，本发明提供一种大功率半导体激光器的光斑检测装置及光斑检测方法。尤其是提供一种可以快速、准确的判定C-mount封装的半导体激光器远场光斑质量的检测装置及光斑检测方法。

术语说明：

C-mount封装：是一种LD封装模式，简称C封装，C封装半导体激光器是大功率LD的常规技术，C封装半导体激光器的结构示意图如图6所示。现有的C-mount封装的半导体激光器尺寸一般确定，热沉一般为矩形，并且发出的激光光斑一般为方形。

本发明的技术方案如下：

一种大功率半导体激光器的光斑检测装置，包括夹具和安装在夹具上的透镜本体，透镜本体包括下端开口的定位圆筒和设置在定位圆筒上端面的透镜，透镜的中心位于定位圆筒的竖直轴线上；夹具包括固定安装有固定台的夹具底座和绝缘垫片，固定台为与定位圆筒具有相同半径的圆弧形平台结构，透镜的中心和固定台所在圆的中心处于同一轴线上，固定台的上端面固定安装有定位台阶兼正电极，定位台阶兼正电极设置有竖直方向的侧面，绝缘垫片上固定安装有负电极，定位台阶兼正电极和负电极分别通过引线固定孔固定连接正电极引线和负电极引线。由于定位台阶兼正电极设置有竖直方向的侧面，被检测的C-mount封装的半导体激光器靠在定位台阶兼正电极的侧面上并保证了相对夹具底座上表面垂直不偏斜，从而精确定位在夹具上，并使得C-mount封装的半导体激光器的芯片中心（即发光点）、透镜的中心和固定台所在圆的中心处于同一轴线上。

根据本发明，优选的，所述的透镜为凸透镜，更优选直径为1～3cm的凸透镜。

根据本发明，优选的，所述的定位圆筒下端的侧面设置有缺口，用于通过正电极引线和负电极引线。

根据本发明，优选的，所述的固定台与夹具底座的固定连接方式为粘连接，更优选，在固定台上设置有固定孔，固定台与夹具底座紧固连接。

根据本发明，优选的，所述的夹具底座的下端面设置有定位栓，用于固定夹具底座，定位栓的个数优选2个。

根据本发明，优选的，所述的大功率半导体激光器的光斑检测装置还包括散热底座，散热底座设置有与定位栓相对应的定位孔，夹具通过定位栓和定位孔与散热底座固定连接。

本发明透镜可以从透镜本体上取下适时更换。

本发明的固定台、绝缘垫垫片、定位台阶兼正电极和负电极总共的分布区域在定位圆筒圆面的区域内使得定位圆筒安装后，固定台、绝缘垫垫片、定位台阶兼正电极和负电极都在定位圆筒内。

根据本发明，优选的，所述的透镜本体的材质为塑料；散热底座的材质为铝或者无氧铜，保证了良好的热传导。绝缘垫垫片用于防止大功率半导体激光器的光斑检测装置使用过程中短路。

由于固定台是与定位圆筒具有相同半径的圆弧形平台结构，保证了定位圆筒快速准确的安装在夹具上；由于固定台的上端面固定安装有定位台阶兼正电极，保证了C-mount封装的半导体激光器能够精确定位在夹具上，并使得半导体激光器的芯片中心（即发光点）、固定台所在圆的中心和透镜的中心处于同一轴线上。

本发明还提供一种利用上述装置对大功率半导体激光器的光斑进行检测的方法，技术方案如下：

一种大功率半导体激光器的光斑检测方法，步骤如下：

将C-mount封装的半导体激光器的热沉贴靠在定位台阶兼正电极的侧面上并相对夹具底座上表面垂直不偏斜，C-mount封装的半导体激光器的螺孔对准定位台阶兼正电极的侧面，从而精确定位在夹具上，C-mount封装的半导体激光器的过渡电极片与夹具上的负电极相连接，C-mount封装的半导体激光器的芯片中心和透镜中心处于同一轴线上，通电后，C-mount封装的半导体激光器发出激光，在透镜上汇聚成光斑的图像，根据光斑的图像质量判断C-mount封装的半导体激光器芯片装配的准直度；

若透过透镜成像的光斑不是方形或没有完全落在透镜的圆形成像区域内，则C-mount封装的半导体激光器的芯片装配有偏斜，准直度较差；若透过透镜成像的光斑是方形或完全落在透镜的圆形成像区域内，则C-mount封装的半导体激光器的芯片装配无偏斜，准直度较好。

本发明C-mount封装的半导体激光器的芯片中心（即发光点）、固定台所在圆的中心和透镜的中心处于同一轴线上，C-mount封装的半导体激光器的芯片装配出现偏斜，透过透镜成像的光斑不是方形或没有完全落在透镜的圆形成像区域内（比如光斑的一个角落在透镜的圆形成像区域外），由此可以判断C-mount封装的半导体激光器的芯片装配的准直度。

本发明的有益效果：

1、本发明可以实现C-mount封装的半导体激光器光斑质量的快速检测，使用方便，操作简单。适合批量生产的C-mount封装的半导体激光器器件的光斑质量检测。

2、本发明对C-mount封装的半导体激光器光斑质量的检测效果很好，检测速度快，透镜能够根据情况适时更换，使用更加灵活方便。

附图说明

图1是本发明实施例2的整体结构示意图；

图2是本发明实施例2透镜本体的结构示意图；

图3是本发明实施例2夹具的结构示意图；

图4是本发明实施例2夹具结构的侧视图；

图5是本发明实施例2散热底座的结构示意图。

图6是现有技术中C-mount封装的半导体激光器的结构示意图。

图中：1、透镜本体，2、夹具，3、散热底座，4、透镜，5、定位圆筒，6、夹具底座，7、固定台，8、固定孔，9、定位台阶兼正电极，10、负电极，11、绝缘垫垫片，12、正电极引线，13、负电极引线，14、引线固定孔，15、定位栓，16、定位孔，17、过渡电极片,18、热沉,19、螺孔,20、激光器的芯片。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1、

一种大功率半导体激光器的光斑检测装置，包括夹具2和安装在夹具2上的透镜本体1，透镜本体1包括下端开口的定位圆筒5和设置在定位圆筒5上端面的透镜4，透镜4的中心位于定位圆筒5的竖直轴线上；夹具2包括固定安装有固定台7的夹具底座6和绝缘垫片11，固定台7为与定位圆筒5具有相同半径的圆弧形平台结构，透镜4的中心和固定台7所在圆的中心处于同一轴线上，固定台7的上端面固定安装有定位台阶兼正电极9，定位台阶兼正电极9设置有竖直方向的侧面，绝缘垫片11上固定安装有负电极10，定位台阶兼正电极9和负电极10分别通过引线固定孔14固定连接正电极引线12和负电极引线13。

实施例2、

一种大功率半导体激光器的光斑检测装置，主体结构同实施例1，不同的是：

所述的定位圆筒5下端的侧面设置有缺口，用于通过正电极引线12和负电极引线13；

所述的固定台7上设置有固定孔8，固定台7与夹具底座6紧固连接；

所述的夹具底座6的下端面设置有2个定位栓15，所述的大功率半导体激光器的光斑检测装置还包括散热底座3，散热底座3设置有2个与定位栓15相对应的定位孔16，夹具2通过定位栓15和定位孔16与散热底座3固定连接。

本实施例中透镜4为直径是1cm的凸透镜并能够从透镜本体1上取下适时更换，透镜本体1的材质为塑料；散热底座3的材质为铝或者无氧铜，保证了良好的热传导。

实施例3、

一种大功率半导体激光器的光斑检测方法，步骤如下：

将C-mount封装的半导体激光器的热沉18贴靠在定位台阶兼正电极9的侧面上并相对夹具底座6上表面垂直不偏斜，C-mount封装的半导体激光器的螺孔19对准定位台阶兼正电极9的侧面，从而精确定位在夹具2上，C-mount封装的半导体激光器的过渡电极片17与夹具2上的负电极10相连接，C-mount封装的半导体激光器的芯片20中心和透镜4中心处于同一轴线上，通电后，C-mount封装的半导体激光器发出激光，在透镜上汇聚成光斑的图像，根据光斑的图像质量判断C-mount封装的半导体激光器芯片20装配的准直度；

若透过透镜4成像的光斑不是方形或没有完全落在透镜4的圆形成像区域内，则C-mount封装的半导体激光器的芯片20装配有偏斜，准直度较差；若透过透镜4成像的光斑是方形或完全落在透镜4的圆形成像区域内，则C-mount封装的半导体激光器的芯片20装配无偏斜，准直度较好。

Claims (8)

1.一种大功率半导体激光器的光斑检测装置，包括夹具和安装在夹具上的透镜本体，其特征在于，透镜本体包括下端开口的定位圆筒和设置在定位圆筒上端面的透镜，所述的定位圆筒下端的侧面设置有缺口，透镜的中心位于定位圆筒的竖直轴线上；夹具包括固定安装有固定台的夹具底座和绝缘垫片，固定台为与定位圆筒具有相同半径的圆弧形平台结构，透镜的中心和固定台所在圆的中心处于同一轴线上，固定台的上端面固定安装有定位台阶兼正电极，定位台阶兼正电极设置有竖直方向的侧面，绝缘垫片上固定安装有负电极，定位台阶兼正电极和负电极分别通过引线固定孔固定连接正电极引线和负电极引线。

2.根据权利要求1所述的大功率半导体激光器的光斑检测装置，其特征在于，所述的透镜为凸透镜。

3.根据权利要求2所述的大功率半导体激光器的光斑检测装置，其特征在于，所述的凸透镜直径为1~3cm。

4.根据权利要求1所述的大功率半导体激光器的光斑检测装置，其特征在于，所述的固定台与夹具底座的固定连接方式为粘连接。

5.根据权利要求1所述的大功率半导体激光器的光斑检测装置，其特征在于，在固定台上设置有固定孔，固定台与夹具底座紧固连接。

6.根据权利要求1所述的大功率半导体激光器的光斑检测装置，其特征在于，所述的夹具底座的下端面设置有2个定位栓。

7.根据权利要求6所述的大功率半导体激光器的光斑检测装置，其特征在于，所述的大功率半导体激光器的光斑检测装置还包括散热底座，散热底座设置有与定位栓相对应的定位孔，夹具通过定位栓和定位孔与散热底座固定连接。

8.一种利用权利要求1~7任一项所述的大功率半导体激光器的光斑检测装置对大功率半导体激光器的光斑进行检测的方法，其特征在于，步骤如下：

将C-mount封装的半导体激光器的热沉贴靠在定位台阶兼正电极的侧面上并相对夹具底座上表面垂直不偏斜，C-mount封装的半导体激光器的螺孔对准定位台阶兼正电极的侧面，从而精确定位在夹具上， C-mount封装的半导体激光器的过渡电极片与夹具上的负电极相连接，C-mount封装的半导体激光器的芯片中心和透镜中心处于同一轴线上，通电后，C-mount封装的半导体激光器发出激光，在透镜上汇聚成光斑的图像，根据光斑的图像质量判断C-mount封装的半导体激光器芯片装配的准直度；

若透过透镜成像的光斑不是方形或没有完全落在透镜的圆形成像区域内，则C-mount封装的半导体激光器的芯片装配有偏斜，准直度较差；若透过透镜成像的光斑是方形或完全落在透镜的圆形成像区域内，则C-mount封装的半导体激光器的芯片装配无偏斜，准直度较好。