CN107465109A - 激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光器，包括：基板、固定于基板上的多个第一芯片组件、多个第二芯片组件、多个第一光学组件、多个第二光学组件、偏振合束模块和聚焦模块。其中，第一芯片组件和第二芯片组件相对基板底面处于相同基准高度。第一芯片组件和第二芯片组件倾斜地固定在基板上，且第二芯片组件与第一芯片组件的倾斜角度相同。本发明的激光器所有芯片组件相对于基板底面的高度相同，并接近外壳，具备较好的散热效果，易于生产，适合产品的轻薄化发展趋势。

Description

激光器

技术领域

本发明涉及激光处理技术领域，尤其涉及一种激光器。

背景技术

随着市场对光纤激光器的功率和效率的需求不断提高，作为光纤激光器最核心的器件，满足更大功率、稳定性好、体积紧凑的半导体激光器成为热点需求。

目前，大功率半导体激光器主要两种结构类型：1、使用BAR条耦合半导体激光器，将多个BAR条集中耦合到105um/200um纤芯，这在技术层面上是非常难实现的，且成本较高，实际中的运用很少；2、现有技术中，通常还是采用多路芯片光路叠加，激光芯片阶梯式地固定在基板上，通过光斑整形、合束、聚焦的方式，传输光束。

然而，由于芯片逐层叠加数量在不断增加。在传统的方案中，芯片叠加数量越多，芯片台阶高度差就越大。将造成不同台阶芯片散热不均，引发功率下降，耦合效率不高情况。在焊接芯片的加工工艺中，由于热传导不一致，会导致焊接工艺参数难于设置，容易造成芯片焊接效果不一致，且叠加芯片越多会造成体积不断加大。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种激光器，旨在解决现有激光芯片的散热和体积不断加大的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种激光器，包括：基板、固定于所述基板上的多个第一芯片组件、多个第二芯片组件、多个第一光学组件、多个第二光学组件、偏振合束模块和聚焦模块，其中，所述第一芯片组件和所述第二芯片组件相对所述基板底面处于相同基准高度，第一芯片组件和所述第二芯片组件倾斜地固定在所述基板上，且所述第二芯片组件与所述第一芯片组件的倾斜角度相同，所述第一光学组件与所述第一芯片组件相对应并将所述第一芯片组件发出的光束进行光斑整形压束成第一光束，所述第二光学组件与所述第二芯片组件相对应并将所述第二芯片组件发出的光束进行光斑整形压束成第二光束，所述第一光束和所述第二光束入射至所述偏振合束模块，以对所述第一光束和所述第二光束进行合束聚焦并输出至所述聚焦模块输出。

可选的，第一芯片组件包括第一激光芯片和第一芯片焊接面，所述第一芯片焊接面倾斜地设置在所述基板上，所述第二芯片组件包括第二激光芯片和第二芯片焊接面，所述第二激光芯片和所述第一激光芯片串联电连接，所述第二芯片焊接面也倾斜地设置在所述基板上，且所述第二芯片焊接面与所述第一芯片焊接面的倾斜角度相同。

可选的，所述第一芯片焊接面和所述第二芯片焊接面相对所述基板倾斜角度范围为大于等于1°且小于等于10°。

可选的，所述基板包括第一固定部、以及与所述第一固定部一体成型的第二固定部，所述第一芯片组件、第二芯片组件、第一光学组件和第二光学组件固定于所述第一固定部，所述偏振合束模块和聚焦模块固定于所述第二固定部。

可选的，所述多个第一芯片组件平行且并排地固定于所述第一固定部的一条侧边，所述多个第二芯片组件平行且并排地固定于所述第一固定部的另一条侧边，所述第一光学组件和第二光学组件位于所述第一芯片组件、第二芯片组件之间。

可选的，所述第一固定部为平板，所述第二固定部为斜板。

可选的，所述第二固定部靠近所述第一固定部的厚度小于远离所述第一固定部的厚度。

可选的，光学组件中的快轴的发散角度为40°～60°，慢轴的发散角度为10°～16°。

可选的，所述聚焦模块包括滤波片、聚焦透镜、以及光纤，所述滤波片靠近所述偏振合束器，所述聚焦透镜位于所述滤波片和所述光纤之间，所述偏振合束器将合束聚焦后的光束入射至所述滤波片，所述聚焦透镜将通过所述滤波片的所有准直光束聚焦到所述光纤输入。

可选的，还包括外壳，所述光纤倾斜地安装在所述外壳上。

可选的，根据光路的倾斜角度，光纤孔相对于所述第二固定部倾斜，所述光纤孔的倾斜方向与所述第一芯片组件、所述第二芯片组件、所述第一光学组件、所述第二光学组件、所述偏振合束模块和所述聚焦模块的焊接面倾斜角度一致。

本发明提出的激光器，第一芯片组件和第二芯片组件相对于基板的高度相同，且都接近于外壳的基板，更好地保证了每路光路工艺的一致性，有效地解决了现有技术中阶梯状激光芯片的叠加结构造成的台阶高度加大造成产品结构体积增大的问题，使激光芯片具备较好的散热效果，且激光器整体结构简单，易于生产，适合产品的轻薄化发展趋势。

附图说明

图1为本申请较佳实施例提供的激光器的立体图。

图2为图1中激光器的局部放大图。

图3为图1中激光器光路合束的示意图。

图4为图1中激光器的侧视图。

图5为本申请较佳实施例提供的激光器与外壳的组装示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参照图1和图2，激光器100包括：基板10、多个第一芯片组件20、多个第二芯片组件30、多个第一光学组件40、多个第二光学组件50、偏振合束模块60和聚焦模块70。其中，基板10呈长条形板状结构，包括第一固定部11、与第一固定部11一体成型的第二固定部12，且第一固定部11为平板结构，第二固定部12为斜板结构。第一芯片组件20、第二芯片组件30、第一光学组件40、以及第二光学组件50固定于第一固定部11，偏振合束模块60和聚焦模块70固定在第二固定部12。第一芯片组件20、第二芯片组件30、多个第一光学组件40、多个第二光学组件50、偏振合束模块60和聚焦模块70相对基板10底面处于相同基准高度。本申请的激光器100所有光学元件相对于基板10底面的高度相同，且都接近于外壳的基板，使激光芯片具备较好的散热效果，且激光器100整体结构简单，易于生产，适合产品的轻薄化发展趋势。

进一步的，第二固定部12靠近第一个固定部11的厚度小于远离第一固定部的厚度。

多个第一芯片组件20平行且并排地固定于第一固定部11的一条侧边，多个第二芯片组件30平行且并排地固定于基板10的另一条侧边，并与多个第一芯片组件20相对设置。第一光学组件40和第二光学组件50位于第一芯片组件20和第二芯片组件30之间，且第一光学组件40与第一芯片组件20相对应，并将第一芯片组件20所发出的光束进行光斑整形压束成第一光束，第二光学组件50与第二芯片组件30相对应，并将第二芯片组件30所发出的光束进行光斑整形压束成第二光束。第一光学组件40和第二光学组件50改变第一光束和第二光束的传输方向，并将其入射至偏振合束模块60。偏振合束模块60设置在第一光学组件40和第二光学组件50的前方，以对第一光束和第二光束进行合束聚焦并输出至聚焦模块70输出。

具体的，多个第一芯片组件20和多个第二芯片组件30相对第一固定部11处于相同基准高度。多个第一芯片组件20采用串联电连接，多个第二芯片组件30之间也采用串联电连接，且第一芯片组件20和第二芯片组件30再使用导电板串联。每个第一芯片组件20包括第一激光芯片21和第一芯片焊接面22，第一激光芯片21通过第一芯片焊接面22焊接在第一固定部11上。第二芯片组件30和第一芯片组件20的结构相同，每个第二芯片组件30包括第二激光芯片31和第二芯片焊接面32，第二激光芯片31通过第二芯片焊接面32焊接在第一固定部11上。第一芯片焊接面22和第二芯片焊接面32相对第一固定部11呈一定斜度设置，且第一芯片焊接面22和第二芯片焊接面32的斜角度数、方向均一致。

进一步的，激光芯片21、31的芯片基板尺寸普遍选择4.5×5.75mm，阈值电流为0.8A左右。

进一步的，激光芯片21、31的焊接面22、32的倾斜角度范围为大于等于1°且小于等于10°。

如图2所示，多个第一光学组件40和多个第二光学组件50相对第一固定部11处于相同基准高度，并与多个第一芯片组件20和多个第二芯片组件30对应且高度相同。第一光学组件40和第二光学组件50的结构相同。每个第一光学组件40包括快轴柱面透镜41、慢轴柱面透镜42、反射片43、以及第一粘接面44。其中，快轴柱面透镜41靠近第一芯片组件20的第一激光芯片21的出光处，慢轴柱面透镜42在快轴柱面透镜41的前方，反射片43在慢轴柱面透镜42的前方，也就是说，慢轴柱面透镜42位于快轴柱面透镜41和反射片43之间。

如图3所示，第一激光芯片21发出的光线首先通过快轴柱面镜41对光束快轴进行压缩准直；再经由慢轴柱面透镜42对光束慢轴进行压缩准直，通过快慢轴准直后形成长条的矩形光斑；反射片43使所有光束朝同样方向，左右位置一致，由于多个反射片43的前后位置不同，使所有光束形成上下叠加状。每路激光芯片发出的激光，通过快轴柱面透镜41、慢轴柱面透镜42、以及反射片43后的准直光都相互平行，并朝统一方向倾斜，光斑均匀分布，汇聚较大的准直光。

进一步的，光学组件中的快轴的发散角度通常为40°～60°，慢轴的发散角度通常为10°～16°。

相应地，每个第二光学组件50包括快轴柱面透镜51、慢轴柱面透镜52、反射片53、以及第一粘接面54，且结构与第一光学组件40相同，则不再赘述。

第一光学组件40与第二光学组件50的每组焊接面的基准高度一致，倾斜角度、方向一致，并与第一芯片焊接面22和第二芯片焊接面32相对应。

进一步的，第一光学组件40与第二光学组件50的焊接面的倾斜角度大小都是一致的，倾斜角度范围为大于等于1°且小于等于10°。

偏振合束模块60通过第二焊接面80固定在第二固定部12。偏振合束模块60包括偏振合束器61和反射镜62。其中，偏振合束器61位于第一光学组件40的前方，反射镜62位于第二光学组件50的前方。第一芯片组件20发出的所有光线通过第一光学组件40的反射片43准直整形后从偏振合束器61透过。第二芯片组件30发出的所有光线通过第二光学组件50的反射片53经过光路整形叠加后，先经过反射镜62将叠加后的光路反射至偏振合束器61内，最终达到合束功能，再由偏振合束器61反射至聚焦模块70。偏振合束器61能够将P光透过，S光反射。

进一步的，在本领域中，通常以输入和反射光束形成的那个平面定义为参照坐标系，如果光线的偏振矢量在这个平面内，称为P偏振；如果光线的偏振矢量垂直于该平面，则称为S偏振。通常半导体激光芯片发出的激光90％以上为P光。

聚焦模块70通过第二焊接面80固定在第二固定部12。聚焦模块70位于偏振合束器61的前方，包括滤波片71、聚焦透镜72、以及光纤73，滤波片71靠近偏振合束器61，聚焦透镜72位于滤波片71和光纤73之间。偏振合束器61将合束聚焦后的光束入射至滤波片71，聚焦透镜72将通过滤波片71的所有准直光束聚焦到光纤73的纤芯输入。

如图4所示，第一固定部11的顶面为平面，第二固定部12的顶面为倾斜的斜面，且倾斜程度越远离第一固定部11的倾斜角度越大，第一芯片组件20和第二芯片组件30所产生的光束经过偏振合束模块60倾斜地入射至聚焦模块70内。

在本发明中，为了配合所有激光芯片发出的光束进行聚焦耦合，光学组件、偏振合束模块60、聚焦模块70的基准也进行倾斜，朝同一方向。同时，光纤73的安装孔也朝光束方向倾斜，倾斜角度都一致。这样，在光路不发生任何变化的情况下，使所有激光芯片处统一高度，都接近于外壳的基板，使激光芯片具备较好的散热效果。

在本实施例中，滤波片71的主要作用是阻止1064nm波段的激光穿透所述滤波片71并反射到激光器100上，损坏第一激光芯片21和31，以使915nm波段的激光正常通过。

进一步的，本申请实施例的激光器设置为双排激光芯片，每排激光芯片的数量为N个，则共有2×N个激光芯片，N为大于等于1的正整数。在优选实施例中，N取大于等于3且小于等于25的正整数，即：本发明适用于6～50路芯片集成的半导体激光器100。

如图5所示，为了更好地保护本发明，本实施例的激光器100还包括外壳80，该外壳80为中空的壳体结构，具有收容空间81。多个第一芯片组件20、多个第二芯片组件30、多个第一光学组件40、多个第二光学组件50、偏振合束模块60和聚焦模块70均固定收容在外壳80内，且光纤73倾斜地安装在外壳80包围收容空间81的内壁上。

进一步的，根据光路的倾斜角度，光纤73的光纤孔相对于第二固定部12倾斜，光纤孔的倾斜方向与第一芯片组件20、第二芯片组件30、第一光学组件40、第二光学组件50、偏振合束模块60和聚焦模块70的焊接面倾斜角度一致。

本申请实施例提供的激光器100，将多个激光芯片相同高度基准的设置在基板10上，且激光芯片发出的光束经过光学组件的整形压束后入射至偏振合束模块60和聚焦模块70，所有光学元件相对于基板10底面的高度相同，且都接近于外壳的基板，更好地保证了每路光路工艺的一致性，使激光芯片具备较好的散热效果，进而有效地解决了激光器100的散热问题，且激光器100整体结构简单，缩小了产品体积，易于生产，降低了工艺控制难度，有利于大批量生产，並适应产品的轻薄化发展趋势。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (11)

1.一种激光器，其特征在于，包括：基板、固定于所述基板上的多个第一芯片组件、多个第二芯片组件、多个第一光学组件、多个第二光学组件、偏振合束模块和聚焦模块，其中，所述第一芯片组件和所述第二芯片组件相对所述基板底面处于相同基准高度，第一芯片组件和所述第二芯片组件倾斜地固定在所述基板上，且所述第二芯片组件与所述第一芯片组件的倾斜角度相同，所述第一光学组件与所述第一芯片组件相对应并将所述第一芯片组件发出的光束进行光斑整形压束成第一光束，所述第二光学组件与所述第二芯片组件相对应并将所述第二芯片组件发出的光束进行光斑整形压束成第二光束，所述第一光束和所述第二光束入射至所述偏振合束模块，以对所述第一光束和所述第二光束进行合束聚焦并输出至所述聚焦模块输出。

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，第一芯片组件包括第一激光芯片和第一芯片焊接面，所述第一芯片焊接面倾斜地设置在所述基板上，所述第二芯片组件包括第二激光芯片和第二芯片焊接面，所述第二激光芯片和所述第一激光芯片串联电连接，所述第二芯片焊接面也倾斜地设置在所述基板上，且所述第二芯片焊接面与所述第一芯片焊接面的倾斜角度相同。

3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述第一芯片焊接面和所述第二芯片焊接面相对所述基板倾斜角度范围为大于等于1°且小于等于10°。

4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述基板包括第一固定部、以及与所述第一固定部一体成型的第二固定部，所述第一芯片组件、第二芯片组件、第一光学组件和第二光学组件固定于所述第一固定部，所述偏振合束模块和聚焦模块固定于所述第二固定部。

5.根据权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述多个第一芯片组件平行且并排地固定于所述第一固定部的一条侧边，所述多个第二芯片组件平行且并排地固定于所述第一固定部的另一条侧边，所述第一光学组件和第二光学组件位于所述第一芯片组件、第二芯片组件之间。

6.根据权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述第一固定部为平板，所述第二固定部为斜板。

7.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述第二固定部靠近所述第一固定部的厚度小于远离所述第一固定部的厚度。

8.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，光学组件中的快轴的发散角度为40°～60°，慢轴的发散角度为10°～16°。

9.根据权利要求8所述的激光器，其特征在于，所述聚焦模块包括滤波片、聚焦透镜、以及光纤，所述滤波片靠近所述偏振合束器，所述聚焦透镜位于所述滤波片和所述光纤之间，所述偏振合束器将合束聚焦后的光束入射至所述滤波片，所述聚焦透镜将通过所述滤波片的所有准直光束聚焦到所述光纤输出。

10.根据权利要求9所述的激光器，其特征在于，还包括外壳，所述光纤倾斜地安装在所述外壳上。

11.根据权利要求10所述的激光器，其特征在于，根据光路的倾斜角度，光纤孔相对于所述第二固定部倾斜，所述光纤孔的倾斜方向与所述第一芯片组件、所述第二芯片组件、所述第一光学组件、所述第二光学组件、所述偏振合束模块和所述聚焦模块的焊接面倾斜角度一致。