CN104300356A - 一种波长稳定的半导体激光器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种波长稳定的半导体激光器及其制作方法，该半导体激光器包括导热基座和激光器，激光器安装在导热基座中，激光器的前腔面与导热基座的端面平齐，激光器与导热基座之间灌注有导热胶，导热胶的高度低于激光器前腔面；其制作方法包括：（1）制作导热基座；（2）将激光器安装到导热基座的激光器安装孔中，激光器前腔面与激光器安装孔平齐；（3）在激光器与激光器安装孔之间的空间内灌注导热胶，导热胶的高度低于激光器前腔面；（4）固化。上述半导体激光器结构及制作过程简单，使激光器芯片的热量及时通过导热胶散出，尤其是后腔面的热量及时散出，能够减小激光器波长随温度变化的系数，可使激光器波长漂移减少60%以上，提高了波长稳定性。

Description

一种波长稳定的半导体激光器及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种波长稳定的半导体激光器及其制作方法，属于半导体激光器封装技术领域。

背景技术

半导体激光器具有高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑等优点，广泛用于光纤通信，激光泵浦，医疗器械，光学图象处理，激光打印机等领域。随着半导体技术的日益发展和成熟，激光二极管在功率，转换效率，波长扩展和运行寿命等方面已经有很大的提高。由于半导体激光器具有量子效率高、可靠性高、使用寿命长、发射波长与激光介质吸收峰很好对应、激光输出光束质量好等特点，有利于与泵浦技术相互结合，成为激光泵浦技术中的一个重要突破，泵浦激光器的迅速发展逐渐成为一种趋势。

同时激光器具有随着温度的变化波长发生漂移的缺点，尤其是激光器泵浦绿光时，影响较为明显，Nd:YVO4 /KTP晶体吸收峰在±3nm，808nm激光器在工作时，波长随着温度的升高波长漂移变长，偏出晶体的吸收范围，超过40℃时，绿光功率逐步下降并消失，为了避免此问题，目前普遍的做法是：1、加大激光器的散热面积，增大固定激光器的金属件尺寸，增大了整体结构的尺寸，但是受到使用空间的限制，尤其是在中小小功率、指示笔类市场，此方法不能解决问题；2、通过增加半导体制冷的方法，强制激光器降温，此方法只能用在大功率市场，需要增加温度探测器和温控电路，结构复杂，成本高；3、通过光栅锁定激光器波长，此技术复杂，成本高适用高端产品，在中小功率市场，没有成本优势。

CN1507683公开的《波长稳定的激光源》，包括激光二极管、与激光二极管进行热交换的温度稳定热泵以及至少一个检测器，它们被封装在气密封装内，所述封装包括用于使激光二极管发出的光传到封装外部的窗口；此方法使用了类似上述2中的方式，有温度探测器、换热装置等。

此外如CN1989666公开的《波长稳定的激光模块》CN1251692公开的《激光器波长稳定方法及实现此方法的装置》都使用了光栅滤光器、功率控制器，类似上述3中的光栅控制，技术复杂，成本高，适用于高端产品。

发明内容

本发明针对现有技术在解决半导体激光器随着温度的变化波长发生漂移问题方面存在的不足，提供一种结构简单、能够减小激光器波长随温度变化的系数、波长稳定的半导体激光器，同时提供一种过程简单的该波长稳定半导体激光器的制作方法，完全满足中小功率泵浦的使用要求，可以在现有的使用空间下，不增加散热面积和尺寸的情况，稳定激光器的波长。

本发明的波长稳定的半导体激光器，采用以下技术方案：

该半导体激光器，包括导热基座和激光器，激光器安装在导热基座中，激光器的前腔面与导热基座的端面平齐，激光器与导热基座之间灌注有导热胶，导热胶的高度低于激光器前腔面。核心技术是将激光器散热方式有传统的被动散热方式，改为主动散热方式，即通过包围在芯片周围的散热介质将激光器芯片的热量直接导出，尤其是后腔面的热量及时散出，提高了激光器的稳定性，减小温度波长漂移系数。

上述波长稳定半导体激光器的制作方法，包括以下步骤：

（1）制作导热基座，在导热金属基座中加工激光器安装孔；

（2）将激光器安装到导热基座的激光器安装孔中，激光器前腔面与激光器安装孔平齐；

（3）在激光器与激光器安装孔之间的空间内灌注导热胶，导热胶的高度低于激光器前腔面；

（4）将导热基座与激光器一起在60℃-70℃固化20-30分钟。

本发明结构及制作过程简单，能够减小激光器波长随温度变化的系数，可使激光器波长漂移减少60%以上，大大提高了波长稳定性。

附图说明

图1是本发明中圆形金属基板的结构示意图。

图2是激光器在圆形金属基板中装配的示意图。

图3是在圆形金属基板中灌胶的示意图。

图4是本发明中方形金属基板的结构示意图。

图5是激光器在方形金属基板中装配的示意图。

图6是在方形金属基板中灌胶的示意图。

图中：1、金属基座，2、小孔，3、大孔，4、TO封装激光器，5、激光器前腔面，6、导热胶，7、盲孔，8、C-mount封装激光器。

具体实施方式

实施例1

本实施例是TO封装激光器（包含TO56、TO9等）的制作，包括以下步骤：

（1）制作图1所示的金属基座1，该基板外形为圆形或方形，其内带有同轴的大孔3和小孔2，大孔3与小孔2组成阶梯孔。大孔3的直径比TO封装激光器的TO管座直径略小。

（2）如图2所示，将TO封装激光器4装配到图1所示圆形金属基板1的大孔3中，TO封装激光器4的TO管座与大孔3形成过盈配合，TO封装激光器前腔面5与小孔2平齐。

（3）如图3所示，将小孔2的空间内灌注导热胶6（导热硅胶等可固化类），导热胶的高度低于TO封装激光器前腔面5。

（4）将灌胶后的TO封装激光器4放置小于70℃的烘箱内，于60℃-70℃固化20-30分钟。

用上述方法制作后，半导体激光器芯片的热量及时通过导热硅胶散出，尤其是后腔面的热量及时散出，提高了激光器稳定性。下面以808nm激光器示例测试激光器的温度波长漂移系数：

温度℃	本发明实施前	本发明实施后
			20	804.3	804.3
25	805	804.8
			30	807.5	805.3
35	809	806
			40	810.5	806.7
漂移	6.2	2.4

温度从20℃升到40℃时，实施本发明的方法之前，激光器波长漂移了6.2nm，采用本发明方法后，波长漂移2.4nm，减少61%，大大提高了波长稳定性。

实施例2

本实施例是C-mount封装激光器的制作，包括以下步骤：

（1）制作图4所示的金属基板1，该基板外形为方形或圆形，其内带有圆形或方形盲孔7，盲孔7的深度与C-mount封装激光器8的C-mount热沉高度一致。

（2）如图5所示，将C-mount封装激光器8固定到盲孔7内，C-mount封装激光器8前腔面5与盲孔7平齐（也就是与方形金属基板1平齐）。

（3）如图6所示，将盲孔7的空间内灌注导热胶，导热胶的高度小于C-mount封装激光器8的前腔面。

（4）将金属基板1灌胶后的激光器放置小于70℃的烘箱内，60℃-70℃固化20-30分钟。

Claims (4)

1.一种波长稳定的半导体激光器，其特征一是：包括导热基座和激光器，激光器安装在导热基座中，激光器的前腔面与导热基座的端面平齐，激光器与导热基座之间灌注有导热胶，导热胶的高度低于激光器前腔面。

2.一种波长稳定的半导体激光器，其特征二是：将激光器散热方式有传统的被动散热方式，改为主动散热方式，即通过包围在芯片周围的散热介质将激光器芯片的热量直接导出。

3.一种波长稳定的半导体激光器，其特征三是：本发明适合半导体激光器TO封装或C-mount封装形式。

4.上述权利要求所述波长稳定半导体激光器的制作方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）制作导热基座，在导热金属基座中加工激光器安装孔；孔的形状不局限于圆孔或方孔；

（2）将激光器安装到导热基座的激光器安装孔中，激光器前腔面与激光器安装孔平齐；

（3）在激光器与激光器安装孔之间的空间内灌注导热胶，导热胶的高度低于激光器前腔面；导热介质不局限于导热胶，也可以是其他导热介质；

（4）将导热基座与激光器一起在60℃-70℃固化20-30分钟。