CN110932086A - 一种半导体激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体激光器，包括：半导体激光器芯片COS、快轴准直透镜、光束整形机构和光纤输入端结构；光束整形机构包括：套筒，以及设置在套筒内的慢轴准直透镜、自聚焦透镜和限位环；光纤输入端结构包括：陶瓷插针和穿设在陶瓷插针内的光纤；陶瓷插针的一端安装于套筒内，限位环位于陶瓷插针和自聚焦透镜中间，实现自聚焦透镜和光纤的光学定位；半导体激光器芯片COS输出光束的光轴与快轴准直透镜的光轴及光束整形机构的光轴在同一条直线上。本发明中的激光器适用于大的发光条宽的半导体激光器芯片COS耦合进芯径较小的光纤内，耦合效率高，可靠性好，且操作简单，成本低廉。

Description

一种半导体激光器
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种半导体激光器。
背景技术
半导体激光器所发出的光在垂直于p-n结方向(通称快轴)具有较大发散角和较窄的发光区，快轴发散角通常为30°～60°，厚度通常小于1μm；平行于p-n结方向(通称慢轴)具有较小发散角及较大的发光区，慢轴发散角通常为8°～12°，发光条的宽度通常在100～200μm。如何提高大的发光条宽度的半导体激光器芯片COS发出的光耦合进入直径和NA(数值孔径)较小的光纤内的耦合效率，一直是一个难题。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提出了一种半导体激光器，以便解决或者部分解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明公开一种半导体激光器，该半导体激光器包括：半导体激光器芯片COS、快轴准直透镜、光束整形机构和光纤输入端结构；
所述光束整形机构包括：套筒，以及设置在所述套筒内的慢轴准直透镜、自聚焦透镜和限位环；
所述光纤输入端结构包括：陶瓷插针和穿设在所述陶瓷插针内的光纤；
所述陶瓷插针的一端安装于所述套筒内，所述限位环位于所述陶瓷插针和所述自聚焦透镜中间，实现所述自聚焦透镜和所述光纤的光学定位；
所述半导体激光器芯片COS依次通过所述快轴准直透镜、慢轴准直透镜、自聚焦透镜实现和光纤前端的耦合对准，所述半导体激光器芯片COS输出光束的光轴与所述快轴准直透镜的光轴及所述光束整形机构的光轴在同一条直线上。
进一步地，所述陶瓷插针的一端通过胶粘方式安装于所述套筒内，所述套筒的侧面设有用于排空胶水气泡的工艺孔。
进一步地，所述光纤输入端结构还包括：第一法兰；
所述陶瓷插针的另一端通过压接方式固定在所述第一法兰内，通过所述第一法兰与所述套筒定位。
进一步地，所述套筒的内部一端为矩形孔，另一端为圆形孔，所述矩形孔与所述圆形孔连通，二者之间形成台阶；
所述慢轴准直透镜位于所述矩形孔内，通过所述矩形孔和所述圆形孔之间的台阶定位，所述自聚焦透镜位于所述圆形孔内。
进一步地，所述慢轴准直透镜通过胶粘方式固定在所述套筒内部。
进一步地，所述套筒材料采用导热材质制作。
进一步地，所述光纤输入端镀有增透膜。
进一步地，该半导体激光器还包括：封装外壳和第二法兰；
所述半导体激光器芯片COS和所述快轴准直透镜设置在所述封装外壳内；
所述封装外壳的侧壁设有圆形通孔，所述光束整形机构穿过所述圆形通孔，并通过所述第二法兰与所述封装外壳采用胶粘方式固定。
进一步地，所述封装外壳包括底板和管壁；
所述半导体激光器芯片COS和所述快轴准直透镜设置在所述底板上；
所述圆形通孔开设在所述管壁上。
进一步地，所述管壁通过焊接的方式与所述底板连接。
综上所述，本发明的有益效果是：
本发明公开的半导体激光器通过半导体激光器芯片COS输出光束的光轴与快轴准直透镜的光轴及光束整形机构的光轴在同一条直线上的设置，使其适用于大的发光条宽的半导体激光器芯片COS耦合进芯径较小的光纤内，耦合效率高，可靠性好，操作简单，造价低廉。
在本发明的优选实施例中，本发明通过胶粘的方式实现耦合机构和管壁之间的连接，与传统焊接的方式对比，避免了焊接烟尘和助焊剂的污染，提高了产品的可靠性。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的一种半导体激光器结构示意图；
图2为本发明一个实施例提供的一种半导体激光器光束整形机构和光纤输入端结构的示意图；
图3为本发明一个实施例提供的一种半导体激光器的套筒的示意图。
图中附图标记含义如下：1、半导体激光器芯片COS，2、底板，3、快轴准直透镜，4、光束整形机构，5、管壁，6、第二法兰，7、光纤输入端结构，41、套筒，42、慢轴准直透镜，43、自聚焦透镜，44、限位环，71、陶瓷插针，72、第一法兰，73、光纤。
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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本发明的技术构思是：本发明公开的半导体激光器中半导体激光器芯片COS输出光束的光轴与快轴准直透镜的光轴及光束整形机构的光轴在同一条直线上。
如图1至图3所示，本发明的一个实施例中公开了一种半导体激光器，该半导体激光器包括：半导体激光器芯片COS(Chip-On-Submount)1、快轴准直透镜3、光束整形机构4和光纤输入端结构7，具体结构参见图1。
如图2所示，光束整形机构4包括：套筒41，以及设置在套筒41内的慢轴准直透镜42、自聚焦透镜43和限位环44。
如图2所示，光纤输入端结构7包括：陶瓷插针71和穿设在陶瓷插针71内的光纤73；陶瓷插针71用于固定光纤73。
陶瓷插针71的一端安装于套筒41内，限位环44位于陶瓷插针71和自聚焦透镜43中间，实现自聚焦透镜43和光纤73的光学定位；限位环44的长度控制光纤73与自聚焦透镜43间距，实现耦合焦距等的调整。
半导体激光器芯片COS1依次通过快轴准直透镜3、慢轴准直透镜42、自聚焦透镜43实现和光纤73前端的耦合对准，半导体激光器芯片COS1输出光束的光轴与快轴准直透镜3的光轴及光束整形机构4的光轴在同一条直线上，使其适用于大的发光条宽的半导体激光器芯片COS1耦合进芯径较小的光纤73内，耦合效率高，可靠性好，操作简单。快轴准直透镜3是固定于靠近半导体激光器芯片COS1前端的位置，两者距离在微米级。
在一个实施例中，如图3所示，陶瓷插针71的一端通过胶粘方式安装于套筒41内，套筒41的侧面设有用于排空胶水气泡的工艺孔。
在一个实施例中，光纤输入端结构7还包括：第一法兰72；第一法兰72为金属材质。
陶瓷插针71的另一端通过压接方式固定在第一法兰72内，通过第一法兰72与套筒41定位，第一法兰72可与套筒41的端面贴合固定。
在一个实施例中，如图3所示，套筒41的内部一端为矩形孔，另一端为圆形孔，矩形孔与圆形孔连通，二者之间形成台阶。
慢轴准直透镜42位于矩形孔内，通过矩形孔和圆形孔之间的台阶定位，自聚焦透镜43位于圆形孔内，慢轴准直透镜42与自聚焦透镜43之间有一定的距离。
在一个实施例中，慢轴准直透镜42通过胶粘方式固定在套筒41内部。
在一个实施例中，套筒41材料采用导热材质制作，比如铜。
在一个实施例中，光纤73输入端镀有增透膜。
在一个实施例中，该半导体激光器还包括：封装外壳和第二法兰6；第二法兰6为陶瓷材质。
半导体激光器芯片COS1和快轴准直透镜3设置在封装外壳内。
封装外壳的侧壁设有圆形通孔，光束整形机构4穿过圆形通孔，并通过第二法兰6与封装外壳采用胶粘方式固定，与传统焊接的方式对比，胶粘方式避免了焊接烟尘和助焊剂的污染，提高了产品的可靠性。光纤输入端结构7和光束整形机构4组装后可再与封装外壳固定，便于安装。
在一个实施例中，封装外壳包括底板2和管壁5。
半导体激光器芯片COS1和快轴准直透镜3设置在底板2上；底板2选用高导热率的材料，比如铜。
圆形通孔开设在管壁5上。
在一个实施例中，管壁5通过焊接的方式与底板2连接。
综上，本发明公开一种半导体激光器，该半导体激光器包括：半导体激光器芯片COS、快轴准直透镜、光束整形机构和光纤输入端结构；光束整形机构包括：套筒，以及设置在套筒内的慢轴准直透镜、自聚焦透镜和限位环；光纤输入端结构包括：陶瓷插针和穿设在陶瓷插针内的光纤；陶瓷插针的一端安装于套筒内，限位环位于陶瓷插针和自聚焦透镜中间，实现自聚焦透镜和光纤的光学定位；半导体激光器芯片COS依次通过快轴准直透镜、慢轴准直透镜、自聚焦透镜实现和光纤前端的耦合对准，半导体激光器芯片COS输出光束的光轴与快轴准直透镜的光轴及光束整形机构的光轴在同一条直线上。本发明公开的半导体激光器通过半导体激光器芯片COS输出光束的光轴与快轴准直透镜的光轴及光束整形机构的光轴在同一条直线上的设置，使其适用于大的发光条宽的半导体激光器芯片COS耦合进芯径较小的光纤内，耦合效率高，可靠性好，操作简单，造价低廉；本发明通过胶粘的方式实现耦合机构和管壁之间的连接，与传统焊接的方式对比，避免了焊接烟尘和助焊剂的污染，提高了产品的可靠性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种半导体激光器，其特征在于，该半导体激光器包括：半导体激光器芯片COS、快轴准直透镜、光束整形机构和光纤输入端结构；
所述光束整形机构包括：套筒，以及设置在所述套筒内的慢轴准直透镜、自聚焦透镜和限位环；
所述光纤输入端结构包括：陶瓷插针和穿设在所述陶瓷插针内的光纤；
所述陶瓷插针的一端安装于所述套筒内，所述限位环位于所述陶瓷插针和所述自聚焦透镜中间，实现所述自聚焦透镜和所述光纤的光学定位；
所述半导体激光器芯片COS依次通过所述快轴准直透镜、慢轴准直透镜、自聚焦透镜实现和光纤前端的耦合对准，所述半导体激光器芯片COS输出光束的光轴与所述快轴准直透镜的光轴及所述光束整形机构的光轴在同一条直线上。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述陶瓷插针的一端通过胶粘方式安装于所述套筒内，所述套筒的侧面设有用于排空胶水气泡的工艺孔。
3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，所述光纤输入端结构还包括：第一法兰；
所述陶瓷插针的另一端通过压接方式固定在所述第一法兰内，通过所述第一法兰与所述套筒定位。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述套筒的内部一端为矩形孔，另一端为圆形孔，所述矩形孔与所述圆形孔连通，二者之间形成台阶；
所述慢轴准直透镜位于所述矩形孔内，通过所述矩形孔和所述圆形孔之间的台阶定位，所述自聚焦透镜位于所述圆形孔内。
5.根据权利要求4所述的半导体激光器，其特征在于，所述慢轴准直透镜通过胶粘方式固定在所述套筒内部。
6.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述套筒材料采用导热材质制作。
7.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述光纤输入端镀有增透膜。
8.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，该半导体激光器还包括：封装外壳和第二法兰；
所述半导体激光器芯片COS和所述快轴准直透镜设置在所述封装外壳内；
所述封装外壳的侧壁设有圆形通孔，所述光束整形机构穿过所述圆形通孔，并通过所述第二法兰与所述封装外壳采用胶粘方式固定。
9.根据权利要求8所述的半导体激光器，其特征在于，所述封装外壳包括底板和管壁；
所述半导体激光器芯片COS和所述快轴准直透镜设置在所述底板上；
所述圆形通孔开设在所述管壁上。
10.根据权利要求9所述的半导体激光器，其特征在于，所述管壁通过焊接的方式与所述底板连接。
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