CN117856029A - 一种半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种半导体激光器。本发明提供的半导体激光器包括封装壳体、发光机构和传输光纤；所述封装壳体内形成容纳腔，所述发光机构和所述传输光纤均安装于所述容纳腔内，所述封装壳体上形成有出光口，所述传输光纤的一端对应所述发光机构的出光侧，另一端穿过所述出光口；本发明提供的半导体激光器，其发光机构发出的光线可以通过设于壳体内部的传输光纤直接传输出去，因此不要额外设置反射镜将发光机构发出的光线传输至外部光纤，能够减小封装壳体的体积，同时由于不需要额外增设反射镜，也能够减少零件成本，减少装配工序，节约装配时间，提升装配效率。

Description

一种半导体激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种半导体激光器。

背景技术

半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的激光器。它体积小、寿命长，并且可采用简单的注入电流的方式来泵浦，因此半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面得到了广泛的应用。

半导体激光器包括壳体和发光机构，发光机构封装于壳体内，在壳体侧壁上设有出光口，发光机构通过反射镜将光线反射至出光口，出光口处连接有光纤，光纤位于出光口外侧用于将光线向外传输；由于需要设置反射镜将发光机构发出的光束反射至出光口，因此需要增大封装壳体内部的空间来放置反射镜，增大了封装壳体的体积，同时也增加了半导体激光器的成本和装配时间。

发明内容

（一）本发明所要解决的技术问题是：现有半导体激光器光纤位于壳体外侧，需要通过反射镜将光束反射至出光口，存在因封装壳体体积大而导致的增加了半导体激光器制造成本和装配时间的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明一方面实施例提供了一种半导体激光器，包括：封装壳体、发光机构和传输光纤；

所述封装壳体内形成容纳腔，所述发光机构和所述传输光纤均安装于所述容纳腔内，所述封装壳体上形成有出光口，所述传输光纤的一端对应所述发光机构的出光侧，另一端穿过所述出光口。

根据本发明的一个实施例，所述封装壳体内设有支撑平台，所述传输光纤固定于所述支撑平台上。

根据本发明的一个实施例，所述支撑平台上设有安装槽，所述传输光纤嵌入所述安装槽内。

根据本发明的一个实施例，所述传输光纤通过第一胶黏层固定于所述安装槽内。

根据本发明的一个实施例，所述安装槽包括圆弧段和直线段，所述直线段的一端延伸至所述出光口，所述直线段的另一端与所述圆弧段的一端相连，所述圆弧段的另一端延伸至所述发光机构的出光侧；

所述传输光纤包括对应所述圆弧段的第一光纤段、对应所述直线段的第二光纤段和位于出光口内的第三光纤段；

所述第一胶黏层包括第一粘接层、第二粘接层和第三粘接层，所述第一光纤段通过所述第一粘接层固定于所述圆弧段内，所述第二光纤段通过所述第二粘接层固定于所述直线段内，所述第三光纤段通过所述第三粘接层固定于所述出光口内。

根据本发明的一个实施例，所述第一粘接层由高折射率胶水凝固形成，所述第二粘接层由密封胶水凝固形成，所述第三粘接层由柔性胶水凝固形成。

根据本发明的一个实施例，所述圆弧段的半径为R，所述传输光纤的半径为r，R＞200*r。

根据本发明的一个实施例，所述安装槽呈圆弧状，且所述安装槽的一端延伸至所述出光口，所述安装槽的另一端延伸至所述发光机构的出光侧。

根据本发明的一个实施例，所述半导体激光器还包括光纤固定机构，所述传输光纤靠近所述发光机构出光侧的一端放置于所述光纤固定机构上。

根据本发明的一个实施例，所述光纤固定机构包括支撑座和插芯，所述支撑座固定于所述容纳腔内，所述插芯放置于所述支撑座上，所述传输光纤靠近所述发光机构出光侧的一端穿过所述插芯朝向所述发光机构的出光侧。

根据本发明的一个实施例，所述支撑座上形成有固定槽，所述插芯嵌入所述固定槽内。

根据本发明的一个实施例，所述插芯呈柱状，沿着长度方向所述插芯内部形成有贯通的通道，所述传输光纤插入所述通道内，且所述通道内壁和所述传输光纤之间通过第二胶黏层连接。

根据本发明的一个实施例，所述第二胶黏层由高折射率的胶水凝固形成；和/或，所述插芯由高熔点、高透光且折射率大于石英玻璃的材料制成。

根据本发明的一个实施例，所述发光机构出光侧与所述传输光纤之间沿着光路依次设有偏振合束器、第二快轴准直镜、滤波片和第二慢轴准直镜。

本发明的有益效果：本发明提供的半导体激光器包括封装壳体、发光机构和传输光纤；所述封装壳体内形成容纳腔，所述发光机构和所述传输光纤均安装于所述容纳腔内，所述封装壳体上形成有出光口，所述传输光纤的一端对应所述发光机构的出光侧，另一端穿过所述出光口；本发明提供的半导体激光器，其发光机构发出的光线可以通过设于壳体内部的传输光纤直接传输出去，因此不要额外设置反射镜将发光机构发出的光线传输至外部光纤，能够减小封装壳体的体积，同时由于不需要额外增设反射镜，也能够减少零件成本，减少装配工序，节约装配时间，提升装配效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一个实施例提供的半导体激光器的立体图；

图2为本发明一个实施例提供的半导体激光器的爆炸图；

图3为本发明一个实施例提供的半导体激光器去除上盖的立体图；

图4为图3的A部放大图；

图5为图3的B部放大图；

图6为图3的C部放大图；

图7本发明一个实施例提供的底座的结构示意图；

图8为图7的D部放大图；

图9为传输光纤与插芯的结构示意图；

图10为多个半导体激光器耦合的结构示意图。

图标：1-封装壳体；11-底座；111-侧壁；1111-出光口；112-底壁；113-支撑平台；1131-安装槽；12-上盖；13-容纳腔；131-偏振合束器；132-第二快轴准直镜；133-滤波片；134-第二慢轴准直镜；135-传输光纤；1351-第一光纤段；1352-第二光纤段；1353-第三光纤段；14-发光机构；141-激光芯片；142-第一快轴准直镜；143-第一慢轴准直镜；144-热沉；145-反射镜；15-金属密封圈；16-光纤固定机构；161-支撑座；1611-固定槽；162-插芯。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。显然，所描述的实施例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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图9所示，本发明一方面实施例提供了一种半导体激光器，包括：封装壳体1、发光机构14和传输光纤135；所述封装壳体1内形成容纳腔13，所述发光机构14和所述传输光纤135均安装于所述容纳腔13内，所述封装壳体1上形成有出光口1111，所述传输光纤135的一端对应所述发光机构14的出光侧，另一端穿过所述出光口1111。

本发明提供的半导体激光器，其发光机构14发出的光线可以通过设于壳体内部的传输光纤135直接传输出去，因此不要额外设置反射镜145将发光机构14发出的光线传输至外部光纤，能够减小封装壳体1的体积，同时由于不需要额外增设反射镜145，也能够减少零件成本，减少装配工序，节约装配时间，提升装配效率。

如图2、图3、图7和图8所示，所述封装壳体1内设有支撑平台113，所述传输光纤135固定于所述支撑平台113上。本实施例中通过支撑平台113对传输光纤135进行支撑，同时支撑平台113能够保护传输光纤135，防止传输光纤135弯折变形，进而防止传输光纤135断裂。

本实施例中也可以设置支撑架或者支撑柱等结构对传输光纤135进行支撑，其同样能够实现本发明的目的。

根据发明的一个实施例，如图2、图3、图7和图8所示，所述支撑平台113上设有安装槽1131，所述传输光纤135嵌入所述安装槽1131内；其中传输光纤135的直径可以与安装槽1131过盈配合或者间隙配合；通过安装槽1131来对传输光纤135进行限位，防止传输光纤135窜动，优选的，所述传输光纤135与所述安装槽1131间隙配合，同时在传输光纤135与安装槽1131内壁之间通过第一胶黏层固定。可以理解的是，本实施例中，传输光纤135也可以是通过其他固定方式固定于支撑平台113上，例如传输光纤135通过线夹、卡夹或卡扣等结构固定于支撑平台113上，同样能够实现传输光纤135固定于支撑平台113，防止传输光纤135窜动、变形的目的，其宗旨未脱离本发明的设计思想，应属于本发明的保护范围。

根据本发明的一个实施例，如图2、图3、图7和图8所示所述安装槽1131包括圆弧段和直线段，所述直线段的一端延伸至所述出光口1111，所述直线段的另一端与所述圆弧段的一端相连，所述圆弧段的另一端延伸至所述发光机构14的出光侧；所述传输光纤135包括对应所述圆弧段的第一光纤段1351、对应直线段的第二光纤段1352和位于出光口1111内的第三光纤段1353；所述第一胶黏层包括第一粘接层、第二粘接层和第三粘接层，所述第一光纤段1351通过所述第一粘接层固定于所述圆弧段内，所述第二光纤段1352通过所述第二粘接层固定于所述直线段内，所述第三光纤段1353通过所述第三粘接层固定于所述出光口1111内。

现有的半导体激光器，发出的大功率的光线进入光纤内，小部分光入射角度较大，光纤在后续弯曲时易泄露，后续激光器使用会烧坏光纤，从而导致整个半导体激光器的失效。因此本实施例中，所述第一粘接层由高折射率胶水凝固形成，具体的所述第一粘接层由折射率＞1.51的胶水凝固形成，第一粘接层能够剥除因第一光纤段1351弯曲泄露以及耦合损耗的光，可降低第一光纤段1351的温度。所述第二粘接层由密封胶水凝固形成，具体的，所述第二粘接层由适用于金属与纤维光纤填充的密封热固化胶水凝固形成，采用密封胶水点胶，用于填充间隙，提高第二光纤段1352与安装槽1131内壁之间的气密性。所述第三粘接层由柔性胶水凝固形成，具体的，所述第三粘接层由硬度为D25 UV固化柔性胶水凝固形成，柔性胶水能够密封出光口1111与第三光纤段1353之间的间隙，同时还可以缓解第三光纤段1353刚性弯折带来的损伤。

根据本发明的另一个实施例，在本实施例中安装槽1131只包括圆弧段，对应的传输光纤135只包括对应圆弧段的一段光纤和对应出光口1111的一段光纤，也即是安装槽1131整体呈圆弧状，所述安装槽1131的一端延伸至出光口1111，另一端延伸至发光机构14的出光侧，其同样能够实现本申请中通过安装槽1131固定传输光纤135的目的。

本实施例中，由于安装槽1131呈圆弧状，且由发光机构14的出光侧延伸至所述出光口1111，对应的所述传输光纤135包括对应所述安装槽1131的第一光纤段1351和位于出光口1111内的第三光纤段1353；所述第一胶黏层包括第一粘接层和第三粘接层；其中所述第一光纤段1351通过所述第一粘接层固定于所述安装槽1131内，所述第三光纤段1353通过所述第三粘接层固定于所述出光口1111内。

其中，所述第一粘接层由高折射率胶水凝固形成；具体的，所述第一粘接层由折射率＞1.51的胶水凝固形成，第一粘接层能够剥除因第一光纤段1351弯曲泄露以及耦合损耗的光，可降低第一光纤段1351的温度。所述第三粘接层由柔性胶水凝固形成；具体的，所述第三粘接层由硬度为D25 UV固化柔性胶水凝固形成，柔性胶水能够密封出光口1111与第三光纤段1353之间的间隙，同时还可以缓解第三光纤段1353刚性弯折带来的损伤。

根据本发明的一个实施例，所述圆弧段的半径为R，所述传输光纤135的半径为r，R＞200*r，本实施例中传输光纤135弯曲的半径大于200倍的传输光纤135半径，这样可以避免传输光纤135因弯曲角度大而出现断裂的问题。

本实施例中，如图3和图4所示所述发光机构14包括多组发光单元，每组发光单元均包括热沉144、激光芯片141、第一快轴准直镜142、第一慢轴准直镜143和反射镜145等，激光芯片141设于热沉144上，第一快轴准直镜142、第一慢轴准直镜143、第一反射镜145沿着光路依次设置，多组发光单元内发出的光汇集至出光侧，为了避免多组发光单元发出的光线受到阻挡，如图3、图7和图8所示，多组发光单元内的多个热沉144呈台阶状分布，整个光路的出光侧位于热沉144位置的部分。

本实施例中，所述热沉144与所述激光芯片141之间设置有散热层，所述散热层的散热系数大于热沉144的散热系数，可选的所述散热层的材料可以为铜，散热层的厚度大于或等于20μm。

根据本发明的一个实施例，如图2、图3和图5所示，所述半导体激光器还包括偏振合束器131、第二快轴准直镜132、滤波片133和第二慢轴准直镜134，所述偏振合束器131、第二快轴准直镜132、滤波片133和第二慢轴准直镜134在发光机构14出光侧与所述传输光纤135之间沿着光路依次设置。发光机构14汇集的光束从出光侧先进入偏振合束器131将不同偏振态的激光进行合束，然后进入第二快轴准直镜，将快轴方向的激光进行压缩聚焦，压缩后的光束经过滤波片133，滤波片133能够透过901-999nm波段激光，反射1001-1099nm波段激光；经过滤波片133后的光束进入第二慢轴准直镜134，经过第二慢轴准直镜134在慢轴方向压缩聚焦后输入至传输光纤135内。

现有的半导体激光器的出光口1111设置于壳体高度方向的中部，而多个半导体激光器耦合时，相邻两个半导体激光器的传输光纤135需要合束，但是由于传输光纤135比较脆，弯折后可能会断裂，因此为了避免传输光纤135断裂，两个半导体激光器壳体之间需要具有一定的间隔，防止传输光纤135弯折。由于现有的半导体激光器的出光口1111设置于中部，因此为了避免传输光纤135折断，需要拉大两个半导体激光器之间的距离，这样就增加了传输光纤135耦合之后半导体激光器的体积，导致耦合模块占用空间大。

基于上述背景，如图8所示，本申请中在封装壳体1的上沿位置设置出光口1111，而由于出光侧位于比较低的位置，因此本申请中，将支撑平台113倾斜设置，这样传输光纤135由发光机构14的出光侧至出光口1111倾斜设置，能够将出光口1111设置在封装壳体1侧壁111的上部；如图10所示，在多个半导体激光器耦合时可以缩小两个半导体激光器之间的距离，不弯折传输光纤135，进而既能够减少半导体激光器耦合之后的体积、节约空间，又能够避免传输光纤135弯折断裂。

本实施例中，所述支撑平台113表面为倾斜面，倾斜面的倾角为3-10度，优选的，本实施例中，所述支撑平台113倾斜面的倾角为8度。

如图1和图2所示，所述封装壳体1包括底座11和上盖12，所述底座11呈矩形框装，所述底座11包括底壁112和四个侧壁111，四个侧壁111两两相对设置，四个底壁112围成一个框型结构，并与所述底壁112垂直连接；所述出光口1111设于长度较长的一个侧壁111的上沿，并靠近边角位置；其中，所述底壁112和所述侧壁111采用轻质合金材料制备，能够减轻整个封装壳体的重量。优选的，底壁112和侧壁111采用铝合金材料制成；如图8和图9所示，所述侧壁111上沿还连接有金属密封圈15，所述金属密封圈15采用不锈钢材料制成，能够保证上盖12与侧壁111之间连接的密封效果。所述金属密封圈15和所述侧壁111上沿之间在高温高压的条件下采用焊接工艺结合。

根据本发明的一个实施例，如图3、图6、图7和图8所示，所述半导体激光器还包括光纤固定机构16，所述传输光纤135靠近所述发光机构14出光侧的一端放置于所述光纤固定机构16上；本实施例中通过光纤固定机构16对传输光纤135端部进行支撑和限位。其中传输光纤135朝向所述发光机构14的一侧为激光耦合端，用于接受聚焦的激光。

如图6和图8所示，所述光纤固定机构16包括支撑座161和插芯162，所述支撑座161固定于所述容纳腔13内，所述插芯162放置于所述支撑座161上，所述传输光纤135靠近所述发光机构14出光侧的一端穿过所述插芯162朝向所述发光机构14的出光侧。本实施例中通过插芯162来固定所述传输光纤135，同时插芯162固定在支撑座161上，进而通过插芯162和支撑座161来固定传输光纤135；可选的，如图6和图8所示，所述支撑座161上形成有固定槽1611，所述插芯162嵌入所述固定槽1611内。

根据本发明的一个实施例，如图6、图8和图9所示，所述插芯162呈柱状，沿着长度方向所述插芯162内部形成有贯通的通道，所述传输光纤135插入所述通道内，且所述通道内壁和所述传输光纤135之间通过第二胶黏层连接。本实施例中插芯162为筒状结构，内部形成贯通的通道，通道的直径略大于传输光纤135的直径，传输光纤135的一端穿过所述通道，同时在传输光纤135的外壁和通道内壁之间填充胶水形成第二胶黏层，进而实现传输光纤135与插芯162之间的装配固定。

根据本发明的一个实施例，所述第二胶黏层由高折射率胶水凝固形成，高折胶水用于剥除在包层传输的激光，减少光线损耗，同时由于减少了进入传输光纤135包层的光线，因此也减少了在传输光纤135包层产生的热量，起到降低传输光纤135温度的效果。

根据本发明的一个实施例，所述插芯162由导热材料制成，优选的，所述插芯162为陶瓷插芯162，陶瓷插芯162导热性能好，能够对传输光纤135进行散热，进而能够降低传输光纤135的温度。需要说明的是，上述实施例中，所述插芯162也可以是由其他导热材料制成，例如只要满足插芯162具有高熔点，高透光率，高折射率的刚性材料就可以，只要能够实现固定光纤、并对光纤进行散热的效果就也能够实现本发明的设计思想，应属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“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；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，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发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种半导体激光器，其特征在于，包括：封装壳体（1）、发光机构（14）和传输光纤（135）；

所述封装壳体（1）内形成容纳腔（13），所述发光机构（14）和所述传输光纤（135）均安装于所述容纳腔（13）内，所述封装壳体（1）上形成有出光口（1111），所述传输光纤（135）的一端对应所述发光机构（14）的出光侧，另一端穿过所述出光口（1111）。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述封装壳体（1）内设有支撑平台（113），所述传输光纤（135）固定于所述支撑平台（113）上。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，所述支撑平台（113）上设有安装槽（1131），所述传输光纤（135）嵌入所述安装槽（1131）内。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述传输光纤（135）通过第一胶黏层固定于所述安装槽（1131）内。

5.根据权利要求4所述的半导体激光器，其特征在于，所述安装槽（1131）包括圆弧段和直线段，所述直线段的一端延伸至所述出光口（1111），所述直线段的另一端与所述圆弧段的一端相连，所述圆弧段的另一端延伸至所述发光机构（14）的出光侧；

所述传输光纤（135）包括对应所述圆弧段的第一光纤段（1351）、对应所述直线段的第二光纤段（1352）和位于出光口（1111）内的第三光纤段（1353）；

所述第一胶黏层包括第一粘接层、第二粘接层和第三粘接层，所述第一光纤段（1351）通过所述第一粘接层固定于所述圆弧段内，所述第二光纤段（1352）通过所述第二粘接层固定于所述直线段内，所述第三光纤段（1353）通过所述第三粘接层固定于所述出光口（1111）内。

6.根据权利要求5所述的半导体激光器，其特征在于，所述第一粘接层由高折射率胶水凝固形成，所述第二粘接层由密封胶水凝固形成，所述第三粘接层由柔性胶水凝固形成。

7.根据权利要求5所述的半导体激光器，其特征在于，所述圆弧段的半径为R，所述传输光纤（135）的半径为r，R＞200*r。

8.根据权利要求4所述的半导体激光器，其特征在于，所述安装槽（1131）呈圆弧状，且所述安装槽的一端延伸至所述出光口（1111），所述安装槽的另一端延伸至所述发光机构（14）的出光侧。

9.根据权利要求1至8任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器还包括光纤固定机构（16），所述传输光纤（135）靠近所述发光机构（14）出光侧的一端放置于所述光纤固定机构（16）上。

10.根据权利要求9所述的半导体激光器，其特征在于，所述光纤固定机构（16）包括支撑座（161）和插芯（162），所述支撑座（161）固定于所述容纳腔（13）内，所述插芯（162）放置于所述支撑座（161）上，所述传输光纤（135）靠近所述发光机构（14）出光侧的一端穿过所述插芯（162）朝向所述发光机构（14）的出光侧。

11.根据权利要求10所述的半导体激光器，其特征在于，所述支撑座（161）上形成有固定槽（1611），所述插芯（162）嵌入所述固定槽（1611）内。

12.根据权利要求10所述的半导体激光器，其特征在于，所述插芯（162）呈柱状，沿着长度方向所述插芯（162）内部形成有贯通的通道，所述传输光纤（135）插入所述通道内，且所述通道内壁和所述传输光纤（135）之间通过第二胶黏层连接。

13.根据权利要求12所述的半导体激光器，其特征在于，所述第二胶黏层由高折射率的胶水凝固形成；和/或，所述插芯（162）由高熔点、高透光且折射率大于石英玻璃的材料制成。

14.根据权利要求1至8任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述发光机构（14）出光侧与所述传输光纤（135）之间沿着光路依次设有偏振合束器（131）、第二快轴准直镜（132）、滤波片（133）和第二慢轴准直镜（134）。