CN112993743A - 一种具有双重密封的半导体激光器模块 - Google Patents

一种具有双重密封的半导体激光器模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有双重密封的半导体激光器模块,所述半导体激光器模块包括若干个半导体激光模块和合束模块;其中,各半导体激光模块包括若干个激光发光及整形单元和密封结构,所述激光发光及整形单元至少部分地设置在所述密封结构内;合束模块包括若干个第一反射镜和/或双色片、聚焦镜和光纤,反射镜和/或双色片将各半导体激光模块的激光合束,所述聚焦镜将所述合束的激光聚焦后由所述光纤输出。上述技术方案在半导体激光器的外部壳体内还为各半导体激光模块设置了密封结构,对各激光发光及整形单元形成保护和二次密封,进一步提高模块的可靠性,延长关键元件的使用寿命。

Description

一种具有双重密封的半导体激光器模块
技术领域
本发明属于半导体激光器技术领域,特别涉及一种具有双重密封的半导体激光器模块。
背景技术
在工业、科研或者军事中,半导体激光器应用广泛。将一列发光单元出射的光束进行光学整形后准直排列作为子模块,再进行后续合束动作获得更高功率的半导体激光器是一种普遍的制作思路。而半导体激光器能否保持高可靠性,密封性起到至关重要的作用;随着技术和应用的发展,对半导体激光器的功率要求越来越高,而更高功率的半导体激光器往往意味着更大的体积,这对半导体激光器的密封来说是一个严峻的挑战。
已有技术在设计准直阵列时主要采用两类方案,一类是将单芯片准直单元放置在不同的高度上形成台阶结构,将输出光束进行简单的空间叠加,这种方式能够使用最简单的单芯片准直单元结构实现光束密排,但由于不同单芯片准直单元处于不同高度,与散热面的距离有差异,当单芯片准直单元数量较多时,高度差会很大,从而产生很大的散热差异;另一类是将单芯片准直单元放置在同一个平面上,使所有单芯片准直单元与散热面的距离相同,不同单芯片准直单元之间的散热没有差异,但是这种结构形成密排光斑是倾斜的,装调定基准较繁琐。
发明内容
针对上述问题,本发明公开了一种具有双重密封的半导体激光器模块,以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明公开了一种具有双重密封的半导体激光器模块,所述半导体激光器包括若干个半导体激光模块和合束模块;其中,
各所述半导体激光模块包括若干个激光发光及整形单元和密封结构,所述激光发光及整形单元至少部分地设置在所述密封结构内;
所述合束模块包括若干个第一反射镜和/或双色片和/或偏振合束元件、聚焦镜和光纤,所述第一反射镜和/或双色片和/或偏振合束元件将各所述半导体激光模块的激光合束,所述聚焦镜将所述合束的激光聚焦后由所述光纤输出。
可选地,各所述激光发光及整形单元设置在阶梯型热沉上,还包括第二反射镜,各所述第二反射镜设置在所述密封结构外部。
可选地,各所述激光发光及整形单元设置在同一平面上,还包括第二反射镜,各所述第二反射镜在竖直方向上偏转一定的角度,使得所述激光发光及整形单元发出的激光向上倾斜,从在其前的第二反射镜的上方经过而不会被遮挡,所述半导体激光模块还包括透射镜,各所述激光发光及整形单元发出的激光经所述第二反射镜后经所述透射镜后以平行所述平面的同一方向输出。
可选地,各所述第二反射镜和所述透射镜设置在所述密封结构的外部。
可选地,各所述激光发光及整形单元的激光穿过所述密封结构的位置设置有密封窗片,所述密封窗片的材质为石英或K9玻璃。
可选地,各所述第二反射镜设置在所述密封结构的内部,所述透射镜设置在所述密封结构的壳体上。
可选地,所述透射镜为梯形棱镜。
可选地,激光发光及整形单元还包括COS发光芯片、快轴准直镜和慢轴准直镜。
可选地,所述慢轴准直镜和所述第二反射镜之间还设置有体布拉格光栅。
可选地,所述密封结构包括密封盖和密封壳体,所述密封盖与所述密封壳体的密封方式为平行缝焊、密封圈或粘合剂,且所述密封壳体的材质为导热性好的金属。
本发明的优点及有益效果是:
本发明中的半导体激光器模块先进行密封后再进行空间合束,最终形成一个完整的半导体激光器,从而形成双重密封;而各半导体激光模块独立密封对COS发光芯片、透镜准直组等关键元件形成保护,完整的半导体激光器组装成型后进行二次密封,可在激光器系统内部形成一个大大优于外界使用环境的条件,进一步提高单个半导体激光器合束模块的可靠性,延长COS发光芯片、透镜准直组等关键元件的使用寿命。
进一步地,本发明通过在半导体激光模块的反射镜后光路中加入梯形棱镜,利用光的折射原理使反射镜后存在仰角的光束经过梯形棱镜后平行于底面,便于光束准直调节,对梯形棱镜位置精度要求低,操作简单;通过调整梯形棱镜的顶角角度,可以形成不同仰角的光束,拥有广泛的适配性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1为本发明的一个实施例中半导体激光器模块的结构示意图;
图2为本发明的一个实施例中半导体激光模块的结构示意图;
图3、图4为本发明的一个实施例中半导体激光模块的内部结构示意图;
图5为本发明的另一个实施例中半导体激光模块的结构示意图;
图6为本发明的一个实施例中半导体激光模块内激光传输的路线示意图;
图7为本发明的一个实施例中半导体激光模块内激光反射和透射的路线示意图;
图8为本发明的另一个实施例中半导体激光模块的结构示意图;
图9为图8的俯视图。
图中:100为半导体激光模块,101为密封盖,102为密封壳体,103为COS发光芯片,104为密封窗片,105为透射镜,106为第二反射镜,107为快轴准直镜,108为慢轴准直镜,109为体布拉格光栅;200为合束模块,201为第一反射镜,202为双色片,203为聚焦镜,204为光纤。
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,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
应当理解,术语“包括/包含”、“由……组成”或者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产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素,而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素,并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
还需要理解,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示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发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作,不能理解为对本发明的限制。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图,详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
结合图1-9所示,本发明的一个实施例公开了一种具有双重密封的半导体激光器模块,所述半导体激光器包括若干个半导体激光模块100和合束模块200;其中,
各所述半导体激光模块100包括若干个激光发光及整形单元(103,106-109)和密封结构(101,102),所述激光发光及整形单元至少部分地设置在所述密封结构内;
所述合束模块200包括若干个第一反射镜201和/或双色片202、聚焦镜203和光纤204,所述第一反射镜201和/或双色片202将各所述半导体激光模块的激光合束,所述聚焦镜203将所述合束的激光聚焦后由所述光纤204输出。
其中,双色片是滤光片的一种,能够对指定波长透射而对另一指定波长反射的光学元件,需要根据COS芯片的波长进行定制。
该实施例公开的技术方案,通过将半导体激光模块设置在密封结构内,再加上半导体激光器的外部壳体,从而实现了一种双密封的半导体激光器结构,对COS发光芯片、透镜准直组等关键元件形成保护,提高单个半导体激光器合束模块的可靠性,延长COS发光芯片、透镜准直组等关键元件的使用寿命。
在一个或一些实施例中,各所述激光发光及整形单元设置在阶梯型热沉上,所述激光发光及整形单元还包括第二反射镜106,各所述第二反射镜106设置在所述密封结构外部,该第二反射镜106用于光路转折,在有热沉的情况下,在各反射镜不相互遮挡的情况下平行输出即可。
该实施例说明,通过阶梯型热沉设置的激光模块,也能够通过上述密封结构,提高对COS发光芯片103、透镜准直组等关键元件的保护。
或者,在一个或一些实施例中,参见图2-7所示,各所述激光发光及整形单元设置在同一平面上,所述激光发光及整形单元还包括第二反射镜106,各所述第二反射镜106在竖直方向上偏转一定的角度,使得所述激光发光及整形单元发出的激光经反射后向上倾斜,从在其前的第二反射镜106的上方经过而不会被遮挡,即,所有的第二反射镜利用特定角度的偏转使激光向上倾斜擦过前路的第二反射镜上沿,并且全部的N个第二反射镜紧密排列。
所述半导体激光模块还包括一透射镜105,该透射镜105优选为棱镜,各所述激光发光及整形单元发出的激光经所述第二反射镜106后经所述透射镜105后以平行所述平面的同一方向输出,光路传输路线可具体可参见图6和图7所示。
在一个或一些实施例中,参见图2-6所示,各所述第二反射镜106和所述透射镜设置在所述密封结构的外部。
在一个或一些实施例中,各所述所述激光发光及整形单元的激光穿过所述密封结构(101,102)的位置设置有密封窗片104,所述密封窗片104的材质为石英或K9玻璃等相似的材质。
密封窗片104不改变准直光的光路走向;可通过金属玻璃焊/黏合剂等方式固定在模块壳体前端面上,配合密封盖101使模块内部形成密闭空间;特别的,窗片上镀双面增透膜。
作为一种变形且等效的实施例,参见图8和图9所示,各所述第二反射镜106设置在所述密封结构的内部,所述透射镜105设置在所述密封结构的壳体上。
在一个优选的实施例中,所述透射镜105为梯形棱镜,结合图3和图4所示,该梯形棱镜的顶角具有特定角度,利用光路折射使经第二反射镜的阵列后的光束平行于激光器安装平面。
在一个或一些实施例中,激光发光及整形单元还包括COS发光芯片103、快轴准直镜107和慢轴准直镜108。
其中COS发光芯片103作为激光光源,提供有一定发散角度的单一波长激光,N个COS阵列平铺于密封壳体102内;快轴准直镜107对COS出射的激光在快轴方向进行准直;慢轴准直镜108对COS出射的激光在慢轴方向进行准直。
在一个或一些实施例中,所述慢轴准直镜和所述第二反射镜之间还设置有体布拉格光栅VBG,用于波长锁定与选择。
在一个或一些实施例中,所述密封结构包括密封盖101和密封壳体102,所述密封盖101与所述密封壳体102的密封方式为平行缝焊、密封圈或粘合剂,密封盖的材质为金属,而所述密封壳体的材质为导热性好的金属,包括但不限于铝、铜等。
综上,本发明的上述实施例,使用梯形棱镜对反射镜后光束进行转折,实现光路变换,使沿慢轴排布的横向光束变换为沿快轴排列的纵向准直光束,而COS芯片仍保持等高度平铺于模块底部,有利于激光器的散热;
上述双密封的方式特别适用于氮化镓基底的半导体激光器,包括但不限于405nm,435-460nm,520nm等波长的半导体激光器;
上述半导体激光模块可以适配不同的光学设计直接空间合束,偏振后合束,增加体布拉格光栅VBG锁波或者对芯片波长筛选后进行波长合束。
以上所述仅为本发明的实施方式,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等,均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有双重密封的半导体激光器模块,其特征在于,所述半导体激光器包括若干个半导体激光模块和合束模块;其中,
各所述半导体激光模块包括若干个激光发光及整形单元和密封结构,所述激光发光及整形单元至少部分地设置在所述密封结构内;
所述合束模块包括若干个第一反射镜和/或双色片和/或偏振合束元件、聚焦镜和光纤,所述第一反射镜和/或双色片和/或偏振合束元件将各所述半导体激光模块的激光合束,所述聚焦镜将合束的激光聚焦后由所述光纤输出。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器模块,其特征在于,各所述激光发光及整形单元设置在阶梯型热沉上,还包括第二反射镜,各所述第二反射镜设置在所述密封结构外部。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器模块,其特征在于,各所述激光发光及整形单元设置在同一平面上,还包括第二反射镜,各所述第二反射镜在竖直方向上偏转一定的角度,使得所述激光发光及整形单元发出的激光向上倾斜,从在其前的第二反射镜的上方经过而不会被遮挡,所述半导体激光模块还包括一透射镜,各所述激光发光及整形单元发出的激光经所述第二反射镜后经所述透射镜后以平行所述平面的同一方向输出。
4.根据权利要求3所述的半导体激光器模块,其特征在于,各所述第二反射镜和所述透射镜设置在所述密封结构的外部。
5.根据权利要求4所述的半导体激光器模块,其特征在于,各所述激光发光及整形单元的激光穿过所述密封结构的位置设置有密封窗片,所述密封窗片的材质为石英或K9玻璃。
6.根据权利要求3所述的半导体激光器模块,其特征在于,各所述第二反射镜设置在所述密封结构的内部,所述透射镜设置在所述密封结构的壳体上。
7.根据权利要求3-6任一项所述的半导体激光器模块,其特征在于,所述透射镜为梯形棱镜。
8.根据权利要求7所述的半导体激光器模块,其特征在于,激光发光及整形单元还包括COS发光芯片、快轴准直镜和慢轴准直镜。
9.根据权利要求8所述的半导体激光器模块,其特征在于,所述慢轴准直镜和所述第二反射镜之间还设置有体布拉格光栅。
10.根据权利要求1-6任一项所述的半导体激光器模块,其特征在于,所述密封结构包括密封盖和密封壳体,所述密封盖与所述密封壳体的密封方式为平行缝焊、密封圈或粘合剂,且所述密封壳体的材质为导热性好的金属。
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