CN112103765A - 一种半导体激光器 - Google Patents

Abstract

一种半导体激光器，包括：COS阵列、快轴准直透镜阵列、反射镜阵列、慢轴准直透镜、圆盒状壳体和封盖，COS阵列用于产生激光，快轴准直透镜阵列设置在COS阵列的出光方向上，反射镜阵列呈预设角度倾斜放置在快轴准直透镜阵列的出光方向上，慢轴准直透镜设置在反射镜阵列的出光方向上，封盖与圆盒状壳体上设置有相对应的固定结构，封盖罩设在圆盒状壳体上时通过固定结构与圆盒状壳体固定为一体，且在固定为一体时封盖与圆盒状壳体之间形成一密封腔体，本发明实施例将半导体激光器中的光学器件集成在一个圆盒状壳体内，且通过固定结构密封固定，封装方便，还能够有效缩小半导体激光器的体积，且集成度高、美观性好。

Description

一种半导体激光器

技术领域

本发明实施例涉及激光器设计技术领域，特别涉及一种半导体激光器。

背景技术

激光器是一种能够产生并发射激光的装置或系统，其具有亮度高、单色性和方向性好、相干性好等特点，按工作介质，通常可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类激光器。半导体激光器由于体积小、功率高被广泛的采用，在实际使用时，为了提高半导体激光器的总输出功率，通常会将多个半导体激光芯片及反射镜、透镜等光学结构集成到一个半导体激光器内，从而实现高功率输出，增加应用场景。

在实现本发明实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：目前，用于半导体激光器的壳体通常为方形，半导体激光器的盖板通过胶水或焊接的方式被封装到壳体上，对于采用胶水封装的半导体激光器，由于半导体激光器工作时壳体的温度较高，长时间工作后，胶水会发生老化而失效，影响半导体激光器的使用寿命；对于采用焊接方式封装的半导体激光器，焊接时大电流和高温可能损害壳体中精密的光学器件，对半导体激光器生产的良品率有较大的影响。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明实施例的目的是提供一种封装方便的半导体激光器。

本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

为解决上述技术问题，本发明实施例中提供了一种半导体激光器，包括：

COS阵列，用于产生激光；

快轴准直透镜阵列，设置在所述COS阵列的出光方向上；

反射镜阵列，呈预设角度倾斜放置在所述快轴准直透镜阵列的出光方向上；

慢轴准直透镜，设置在所述反射镜阵列的出光方向上；

圆盒状壳体；

封盖，其与所述圆盒状壳体上设置有相对应的固定结构；其中，

所述封盖罩设在所述圆盒状壳体上时通过所述固定结构与所述圆盒状壳体固定为一体，且在固定为一体时所述封盖与所述圆盒状壳体之间形成一密封腔体，所述密封腔体用于设置所述COS阵列、所述快轴准直透镜阵列、所述反射镜阵列和所述慢轴准直透镜。

在一些实施例中，所述COS阵列包括至少一个COS元件，所述快轴准直透镜阵列包括至少一个快轴准直透镜，所述反射镜阵列包括至少一个反射镜，所述COS元件、所述快轴准直透镜和所述反射镜的数量相同，同一光路且共光轴的一组所述COS元件、所述快轴准直透镜和所述反射镜用于输出一种单色激光光斑，且各组光路中所述COS元件出射的激光到所述慢轴准直透镜的光路长度相等。

在一些实施例中，所述固定结构为螺纹结构，所述封盖和所述圆盒状壳体上分别设置有牙型相同的螺纹，所述封盖和所述圆盒状壳体通过所述螺纹配合固定。

在一些实施例中，所述固定结构为榫卯结构，所述封盖和所述圆盒状壳体上分别设置有相吻合的榫和卯，所述封盖和所述圆盒状壳体通过所述定位件和所述紧固件咬合固定。

在一些实施例中，所述固定结构为卡扣结构，所述封盖和所述圆盒状壳体上分别设置有相配合的定位件和紧固件，所述封盖和所述圆盒状壳体通过所述定位件和所述紧固件连接固定。

在一些实施例中，所述封盖的内径大于等于所述圆盒状壳体的外径，所述封盖和所述圆盒状壳体的侧面上分别设置有位置相对应的螺孔，所述半导体激光器还包括与所述螺孔相配合的螺丝，所述封盖和所述圆盒状壳体通过螺丝固定为一体。

在一些实施例中，所述半导体激光器系统还包括：依次设置在所述反射镜阵列的出光方向上的聚焦透镜组和光纤输出头，所述圆盒状壳体的侧面设置有一通孔，所述光纤输出头一端通过所述通孔插入到所述密封腔体内，且其光纤端面设置在所述聚焦透镜组的出光方向的焦点上。

在一些实施例中，所述圆盒状壳体包括一底面，所述底面用于设置所述COS阵列、所述快轴准直透镜阵列、所述慢轴准直透镜和所述聚焦透镜组，所述底面上设置有一台阶结构，所述台阶结构包括至少一个台阶面，一所述台阶面用于放置一所述反射镜，所述台阶面的数量与所述反射镜的数量相同。

在一些实施例中，所述反射镜阵列、所述慢轴准直透镜、所述聚焦透镜组和所述光纤输出头排列设置在所述圆盒状壳体的所述底面的一直径上，所述至少一个COS元件设置在所述反射镜阵列的任意一侧或分别设置在两侧，且各所述COS元件邻近所述圆盒状壳体的所述底面的圆弧形边缘设置，以使每组所述COS元件出射的激光从所述COS元件到共光轴的所述反射镜上，再到所述慢轴准直透镜的光路长度相等。

在一些实施例中，所述封盖及其设置的所述固定结构采用耐高温材料一体成型，所述圆盒状壳体及其设置的所述固定结构采用耐高温材料一体成型。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中提供了一种半导体激光器，包括：COS阵列、快轴准直透镜阵列、反射镜阵列、慢轴准直透镜、圆盒状壳体和封盖，COS阵列用于产生激光，快轴准直透镜阵列设置在COS阵列的出光方向上，反射镜阵列呈预设角度倾斜放置在快轴准直透镜阵列的出光方向上，慢轴准直透镜设置在反射镜阵列的出光方向上，封盖与圆盒状壳体上设置有相对应的固定结构，封盖罩设在圆盒状壳体上时通过固定结构与圆盒状壳体固定为一体，且在固定为一体时封盖与圆盒状壳体之间形成一密封腔体，该腔体用于设置COS阵列、快轴准直透镜阵列、反射镜阵列和慢轴准直透镜，本发明实施例将半导体激光器中的光学器件集成在一个圆盒状壳体内，且通过固定结构密封固定，封装方便，还能够有效缩小半导体激光器的体积，且集成度高、美观性好。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供的一种半导体激光器的光路结构示意图；

图2是图1所示半导体激光器封装后的结构示意图；

图3是图1所示半导体激光器（除封盖）的俯视示意图；

图4是图3所示半导体激光器结构的光路示意图；

图5是图3所示半导体激光器结构的侧视剖视示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

具体地，下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。

本发明实施例提供了一种半导体激光器，请一并参见图1、图2、图3、图4和图5，其中，图1是本发明实施例提供的一种半导体激光器的光路结构示意图，图2是图1所示半导体激光器封装后的结构示意图，图3是图1所示半导体激光器（除封盖）的俯视示意图，图4是图3所示半导体激光器结构的光路示意图，图5是图3所示半导体激光器结构的侧视剖视示意图，所述半导体激光器包括：COS阵列110、快轴准直透镜阵列120、反射镜阵列130、慢轴准直透镜140、圆盒状壳体150和封盖160。

所述COS阵列110，用于产生激光；在一些实施例中，所述COS阵列包括至少一组COS元件111和热沉112，一所述COS元件111用于出射一种单色激光，一所述COS元件111相应安装于一所述热沉112上。所述COS元件111为COS封装的半导体激光器芯片，其能够产生单色激光。

所述快轴准直透镜阵列120，设置在所述COS阵列110的出光方向上；在一些实施例中，所述快轴准直透镜阵列120包括至少一个快轴准直透镜120，一所述快轴准直透镜120相应设置在同一光路上的所述COS元件111的出光方向上。其中，所述快轴准直透镜120（又称作FAC）为柱透镜。

所述反射镜阵列130，呈预设角度倾斜放置在所述快轴准直透镜阵列120的出光方向上；在一些实施例中，所述反射镜阵列130包含至少一个反射镜130，一所述反射镜130相应设置在同一光路上的所述快轴准直透镜120的出光方向上。所述反射镜阵列130所放置的所述预设角度可根据出光方向的需要进行设置。

所述慢轴准直透镜140，设置在所述反射镜阵列130的出光方向上。且有，所述慢轴准直透镜140（又称作SAC）为柱透镜。

所述圆盒状壳体150，其内部设置有一中空圆柱形腔体，用于收容所述COS阵列110、所述快轴准直透镜阵列120、所述反射镜阵列130和所述慢轴准直透镜140。优选地，所述圆盒状壳体150采用耐高温、难变形的材料一体制成。

所述封盖160，其与所述圆盒状壳体150上设置有相对应的固定结构；其中，所述封盖160罩设在所述圆盒状壳体150上时通过所述固定结构与所述圆盒状壳体150固定为一体，且在固定为一体时所述封盖160与所述圆盒状壳体150之间形成一密封腔体，所述密封腔体用于设置所述COS阵列110、所述快轴准直透镜阵列120、所述反射镜阵列130和所述慢轴准直透镜140。

优选地，所述封盖160及其设置的所述固定结构采用耐高温材料一体成型，所述圆盒状壳体150及其设置的所述固定结构采用耐高温材料一体成型。

在本发明实施例中，如图1至图5所示，所述固定结构为螺纹结构，所述封盖160和所述圆盒状壳体150上分别设置有牙型相同的螺纹，所述封盖160和所述圆盒状壳体150通过所述螺纹配合固定。在其他的一些实施例中，所述固定结构可以为榫卯结构，所述封盖160和所述圆盒状壳体150上分别设置有相吻合的榫和卯，所述封盖160和所述圆盒状壳体150通过所述定位件和所述紧固件咬合固定。或者，所述固定结构还可以为卡扣结构，所述封盖160和所述圆盒状壳体150上分别设置有相配合的定位件和紧固件，所述封盖160和所述圆盒状壳体150通过所述定位件和所述紧固件连接固定。和/或，所述封盖160的内径大于等于所述圆盒状壳体150的外径，所述封盖160和所述圆盒状壳体150的侧面上分别设置有位置相对应的螺孔，所述半导体激光器还包括与所述螺孔相配合的螺丝，所述封盖160和所述圆盒状壳体大于等于通过螺丝固定为一体。具体地，所述封盖160和所述圆盒状壳体150上的固定结构的具体结构及形状可根据实际需要进行设置，不需要拘泥于本发明实施例及附图的限定，本发明实施例采用结构密封固定的方式，相比于传统采用胶水直接粘和或焊接的方式，半导体激光器封装更加方便，且不使用胶水也能够让半导体激光器的使用寿命增长。

在本发明实施例中，所述COS元件111、所述快轴准直透镜120和所述反射镜130的数量相同，同一光路且共光轴的一组所述COS元件111、所述快轴准直透镜120和所述反射镜130用于输出一种单色激光光斑，且各组光路中所述COS元件111出射的激光到所述慢轴准直透镜140的光路长度相等。

具体地，为使得从所述慢轴准直透镜140输出个激光光斑或光束的大小和方向一致，因此，各组光路中所述COS元件111出射的激光到所述慢轴准直透镜140的光路长度需要相等，具体地，如图1至图3所示，由于距离所述慢轴准直透镜140较远的反射镜130的光路长度相比于距离所述慢轴准直透镜140较近的反射镜130的光路长度较长，因此，对于距离所述慢轴准直透镜140较远的反射镜130，其对应的所述COS元件111和所述快轴准直透镜120设置地离反射镜130较近；对于距离所述慢轴准直透镜140较近的反射镜130，其对应的所述COS元件111和所述快轴准直透镜120设置地离反射镜130较远；从而使得各组光路中所述COS元件111出射的激光到所述慢轴准直透镜140的光路长度相等，而这样的设置也充分利用了中空圆形腔体的空间，集成度高。

在本发明实施例中，请继续参见图4，所述圆盒状壳体150包括一底面，所述底面用于设置所述COS阵列110、所述快轴准直透镜阵列120和所述慢轴准直透镜140，所述底面上设置有一台阶结构，所述台阶结构包括至少一个台阶面151，一所述台阶面151用于放置一所述反射镜130，所述台阶面151的数量与所述反射镜130的数量相同。如图4所示，本发明实施例通过设置台阶面151，使得各组光路通过所述反射镜阵列130出射的激光光斑或光束不会重叠在一起。

在一些实施例中，请继续参见图1至图5，所述半导体激光器还包括：依次设置在所述反射镜阵列130的出光方向上的聚焦透镜组170和光纤输出头180，所述圆盒状壳体150的侧面设置有一通孔，所述光纤输出头180一端通过所述通孔插入到所述密封腔体内，且其光纤端面设置在所述聚焦透镜组170的出光方向的焦点上。其中，所述光纤输出头180的最大外径小于等于所述通孔的直径。优选地，所述光纤输出头180的最大外径尽可能设置成等于所述通孔的直径，进一步地，所述光纤输出头180可通过胶水粘和在所述通孔上，以保证所述密封腔体的密闭性。所述聚焦透镜组170能够将从所述反射镜阵列130出射的激光光斑聚焦到所述光纤输出头180的光纤端面，实现复合光的耦合输出。

在本发明实施例中，如图3所示，所述反射镜阵列130、所述慢轴准直透镜140、所述聚焦透镜组170和所述光纤输出头180排列设置在所述圆盒状壳体150的底面的一直径200上，在本发明实施例中，所述COS阵列110包括六个COS元件111，六个COS元件111与对应的快轴准直透镜120分别设置在所述反射镜阵列130的两侧，具体的，所述COS阵列110的六个COS元件为第一COS元件201、第二COS元件202、第三COS元件203、第四COS元件204、第五COS元件205和第六COS元件206，第一COS元件201离直径200的距离为第一距离，第二COS元件202离直径的距离为第二距离，第三COS元件203离直径的距离为第三距离，第四COS元件204离直径的距离为第四距离，第五COS元件205离直径的距离为第五距离，第六COS元件206离直径的距离为第六距离，这些COS元件到直径200的距离也是COS元件到其对应反射镜的距离，第一距离最小，第六距离最大，第一距离、第二距离、第三距离、第四距离、第五距离、第六距离的值依次增大，同时为了保证每一COS元件到所述慢轴准直透镜140的光线传播距离均先沟通，因此将这些COS元件在圆盒状壳体150中采用如下方式排列：第一COS元件201、第三COS元件203、第五COS元件205位于直径200的下侧，让第一COS元件201、第三COS元件203、第五COS元件205均邻近圆盒状壳体150的圆弧形边缘；第二COS元件202、第四COS元件204、第六COS元件206位于直径200的上侧，让第二COS元件202、第四COS元件204、第六COS元件206也均邻近圆盒状壳体150的圆弧形边缘，这样布局，一方面充分利用了圆盒状壳体150的内部空间，从而可在圆盒状壳体150中布设尽量多的COS元件，另一方面能够使得每组所述COS元件出射的激光从所述COS元件到共光轴的所述反射镜上，再到所述慢轴准直透镜的光路长度相等。

进一步地，在所述COS元件的数量较少时，所述COS元件也可以全部设置在所述反射镜阵列130的同一侧，此时，各反射镜朝向相同，同时，所述圆盒装壳体150也可以进一步重新设计为底面为一半圆的设置，从而进一步缩小所述半导体激光器的体积，具体地，可根据实际需要设计所述半导体激光器及内部的光学器件的排布，不需要拘泥于本发明实施例的限定。

每一所述反射镜130皆与同一光路上的所述COS元件111和所述快轴准直透镜120呈四十五度放置，因此，如图3俯视时所述反射镜阵列130呈锯齿状。

在其它的一些实施例中，所述COS阵列110、所述快轴准直透镜阵列120和所述反射镜阵列130的数量、大小、型号和排列方式可根据实际情况进行选择，具体地，可根据实际需要进行选择和设置，不需要拘泥于本发明实施例的限定。

如图1、图4和图5所示，本发明实施例提供的半导体激光器在工作时，由COS阵列110产生的多束单色激光，通过所述快轴准直透镜阵列120一一进行快轴准直后，输入到所述反射镜阵列130上，所述反射镜阵列130将激光方向改变九十度后出射，改变方向的各束单色激光入射到所述慢轴准直透镜140一并慢轴准直后出射到所述聚焦透镜组170上，所述聚焦透镜组170将各束激光耦合到所述光纤输出头160输出。其中，由于所述半导体激光器的壳体150上设置有台阶面151，各束激光不会叠加在一起输出。本发明实施例提供的半导体激光器中仅需一个慢轴准直透镜进行慢轴准直，同时由于各组光路中所述COS元件111出射的激光到所述慢轴准直透镜140的光路长度需要相等才能够使得各组光路输出相同的光束或光斑，因此本发明实施例提供的半导体激光器能够将光学器件能够集成在一个圆盒状壳体内，减少光学元件，降低成本，缩小半导体激光器的体积。

本发明实施例中提供了一种半导体激光器，包括：COS阵列、快轴准直透镜阵列、反射镜阵列、慢轴准直透镜、圆盒状壳体和封盖，COS阵列用于产生激光，快轴准直透镜阵列设置在COS阵列的出光方向上，反射镜阵列呈预设角度倾斜放置在快轴准直透镜阵列的出光方向上，慢轴准直透镜设置在反射镜阵列的出光方向上，封盖与圆盒状壳体上设置有相对应的固定结构，封盖罩设在圆盒状壳体上时通过固定结构与圆盒状壳体固定为一体，且在固定为一体时封盖与圆盒状壳体之间形成一密封腔体，该腔体用于设置COS阵列、快轴准直透镜阵列、反射镜阵列和慢轴准直透镜，本发明实施例将半导体激光器中的光学器件集成在一个圆盒状壳体内，且通过固定结构密封固定，封装方便，还能够有效缩小半导体激光器的体积，且集成度高、美观性好。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种半导体激光器，其特征在于，包括：

COS阵列，用于产生激光；

快轴准直透镜阵列，设置在所述COS阵列的出光方向上；

反射镜阵列，呈预设角度倾斜放置在所述快轴准直透镜阵列的出光方向上；

慢轴准直透镜，设置在所述反射镜阵列的出光方向上；

圆盒状壳体；

封盖，其与所述圆盒状壳体上设置有相对应的固定结构；其中，

所述封盖罩设在所述圆盒状壳体上时通过所述固定结构与所述圆盒状壳体固定为一体，且在固定为一体时所述封盖与所述圆盒状壳体之间形成一密封腔体，所述密封腔体用于设置所述COS阵列、所述快轴准直透镜阵列、所述反射镜阵列和所述慢轴准直透镜。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，

所述COS阵列包括至少一个COS元件，所述快轴准直透镜阵列包括至少一个快轴准直透镜，所述反射镜阵列包括至少一个反射镜，所述COS元件、所述快轴准直透镜和所述反射镜的数量相同，同一光路且共光轴的一组所述COS元件、所述快轴准直透镜和所述反射镜用于输出一种单色激光光斑，且各组光路中所述COS元件出射的激光到所述慢轴准直透镜的光路长度相等。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，

所述固定结构为螺纹结构，所述封盖和所述圆盒状壳体上分别设置有牙型相同的螺纹，所述封盖和所述圆盒状壳体通过所述螺纹配合固定。

4.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，

所述固定结构为榫卯结构，所述封盖和所述圆盒状壳体上分别设置有相吻合的榫和卯，所述封盖和所述圆盒状壳体通过所述定位件和所述紧固件咬合固定。

5.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，

所述固定结构为卡扣结构，所述封盖和所述圆盒状壳体上分别设置有相配合的定位件和紧固件，所述封盖和所述圆盒状壳体通过所述定位件和所述紧固件连接固定。

6.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，

所述封盖的内径大于等于所述圆盒状壳体的外径，所述封盖和所述圆盒状壳体的侧面上分别设置有位置相对应的螺孔，所述半导体激光器还包括与所述螺孔相配合的螺丝，所述封盖和所述圆盒状壳体通过螺丝固定为一体。

7.根据权利要求1-6任一项所述的半导体激光器，其特征在于，

所述半导体激光器系统还包括：依次设置在所述反射镜阵列的出光方向上的聚焦透镜组和光纤输出头，所述圆盒状壳体的侧面设置有一通孔，所述光纤输出头一端通过所述通孔插入到所述密封腔体内，且其光纤端面设置在所述聚焦透镜组的出光方向的焦点上。

8.根据权利要求7所述的半导体激光器，其特征在于，

所述圆盒状壳体包括一底面，所述底面用于设置所述COS阵列、所述快轴准直透镜阵列、所述慢轴准直透镜和所述聚焦透镜组，所述底面上设置有一台阶结构，所述台阶结构包括至少一个台阶面，一所述台阶面用于放置一所述反射镜，所述台阶面的数量与所述反射镜的数量相同。

9.根据权利要求8所述的半导体激光器，其特征在于，

所述反射镜阵列、所述慢轴准直透镜、所述聚焦透镜组和所述光纤输出头排列设置在所述圆盒状壳体的所述底面的一直径上，所述至少一个COS元件设置在所述反射镜阵列的任意一侧或分别设置在两侧，且各所述COS元件邻近所述圆盒状壳体的所述底面的圆弧形边缘设置，以使每组所述COS元件出射的激光从所述COS元件到共光轴的所述反射镜上，再到所述慢轴准直透镜的光路长度相等。

10.根据权利要求9所述的半导体激光器，其特征在于，

所述封盖及其设置的所述固定结构采用耐高温材料一体成型，所述圆盒状壳体及其设置的所述固定结构采用耐高温材料一体成型。

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