CN201966488U - 多个半导体激光器的立式光纤耦合模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多个半导体激光器的立式光纤耦合模块，包括封装外壳和开设在封装外壳顶部的多个固定装置，在所述的固定装置上设置有透镜—光纤组件，封装外壳内设有与透镜—光纤组件共轴的半导体激光器、用于固定半导体激光器的热沉、用于固定热沉并电连接半导体激光器的基板，所述的透镜—光纤组件、半导体激光器的轴与基板所在平面垂直，所述的半导体激光器发射的激光垂直于基板向上入射到透镜—光纤组件。在半导体激光器发射激光一端还设有用于进行快轴准直的透镜。与现有技术相比，本实用新型具有体积小、结构简单，调整和维修方便，稳定性好的优点。

Description

多个半导体激光器的立式光纤耦合模块

技术领域

本实用新型涉及半导体激光器的光纤耦合技术，尤其涉及一种多个半导体激光器的立式光纤耦合模块。

背景技术

在现有的激光显示或其他需要高功率激光输出的场合中，通常采用半导体激光器(LD)阵列作为光源。单个半导体激光器的输出光功率较低，往往不能满足激光显示对于高功率激光光源的要求，实际应用中常将多个独立的半导体激光器的输出光整形、合并到一起输出。为了将LD产生的激光导入光纤，需要先将单个LD封装到某种特定的封装模块内，以使其产生的光信号稳定可靠地耦合到光纤，再将多个封装好的LD模块以阵列方式排布在一个基板上，以达到统一供电并将直流偏置、调制信号等电信号引入LD的目的。

图9为一种常见的封装模块的列阵平面示意图，包括底板905与固定在其上的多个常见的蝶形封装模块，蝶形封装模块的外壳904两侧开设有固定槽903，外壳904上还设有光纤耦合组件906、接电针脚902，光纤406自光纤耦合部件906引出并集束于A点，电路走线901自接电针脚902引出。这种排布具有以下缺点：

1、电路走线901与光纤406在一个平面内完成，彼此之间容易缠绕，影响安装、维修等操作。

2、从集束点A到各光纤耦合组件906所使用的光纤长度不一致，使得实际操作中需要准备不同长度的光纤，为光纤的准备带来不便。并且光纤可替换性不强。

3、封装模块的排布密度小，由于走线的需要，封装模块排布在底板905上时，模块之间必须错开排列，无法达到最大排布数量。

为解决上述LD封装模块存在的问题，本领域技术人员做出了一些改进，如专利申请号为200820080688.9的中国实用新型专利名称为：一种半导体激光器封装模块及其列阵，该实用新型提供了一种半导体激光器封装模块，如图8所示，包括管壳803、锁紧槽801、光纤耦合部件802、半导体激光器202和针脚103；管壳803的两侧设置有锁紧槽801，管壳803上还固定有光纤耦合部件802和针脚103，半导体激光器202则安装在管壳内部，其中光纤耦合部件802和半导体激光器202同轴放置，且光纤耦合部件802的轴和锁紧槽801所在的平面垂直。该实用新型的模块排列成列阵后，具有如下优点：

1、从光纤集束点到各光纤耦合部件的长度基本相同，便于光纤的替换维护。

2、半导体激光器封装模块中的光纤耦合部件与针脚不在同一平面内，使得列阵中的电路走线和光纤走线在不同平面内完成，彼此之间不会缠绕，进而影响安装、维护。

3、半导体激光封装模块在列阵中排布密度与传统技术相比较高，同等面积下可排布更多的封装模块，即列阵总功率较大。

但该实用新型在一个封装模块内只放置一个半导体激光器，半导体激光器的排列密度仍有提高的空间。另外LD封装模块内需要单独设置TEC(半导体致冷器)，再将列阵中每个LD封装模块中的TEC串联，模块制造成本较高且整体稳定性不易控制。

实用新型内容

为解决现有技术存在的布线复杂，调试困难，制造成本较高的问题，本实用新型提供一种结构简单，调整和维修方便，排布密度大的半导体激光模块。

多个半导体激光器的立式光纤耦合模块，包括封装外壳和开设在封装外壳顶部的多个固定装置，在所述的固定装置上设置有透镜—光纤组件，封装外壳内设有与透镜—光纤组件共轴的半导体激光器、用于固定半导体激光器的热沉、用于固定热沉并电连接半导体激光器的基板(基板与半导体激光器之间的电连接为现有技术，如通过导线与焊点的连接导通，图中未示)，所述的透镜—光纤组件、半导体激光器的轴与基板所在平面垂直，所述半导体激光器发射的激光垂直于基板向上入射到透镜—光纤组件。在半导体激光器发射激光一端还设有用于进行快轴准直的透镜(快轴准直透镜为现有技术，本实用新型中采用球面自聚焦透镜，体积较小，图中未示)。

所述的半导体激光器为单个半导体激光器芯片或半导体激光器bar条或多个半导体激光器芯片组成的半导体激光器列阵。

所述的固定装置为固定管或安装孔。

所述的固定管与透镜—光纤组件之间的固定方式为焊接或胶接或套接，所述的安装孔与透镜—光纤组件之间的固定方式为焊接或胶接。

所述的基板与封装外壳之间还设有半导体致冷器。

所述的半导体致冷器与基板、封装外壳之间的连接方式为焊接或螺接。

所述透镜—光纤组件由透镜组件、透镜适配环、限位环、光纤、光纤插针和套筒构成。

所述透镜组件为自聚焦透镜、圆柱形透镜、双曲面透镜、C透镜和组合透镜的其中之一。

本实用新型具有以下优点：

1、采用立式耦合排列结构，将多个半导体激光器封装在一个外壳内，半导体激光器之间排列更紧密，缩减了LD之间的无用空间；且半导体激光器发射的激光束与基板所在平面垂直，透镜——光纤组件设置在封装外壳顶部，光纤与电路不相互干扰，简化了光纤集束结构，相比原同功率模块体积减小至三十分之一。

2、本实用新型的电气连接采用电路板代替了电线连接，只需将LD二极管的正负极连接至周边电路板的焊点即可，大大提高了模块的稳定性和维修、更换的易操作性。

3、采用半导体致冷器(TEC)整体散热，相比原系统的LD独立TEC串联，新模块采用一整块TEC为整个模块散热，在保证了散热效果的同时提高了模块的稳定性，降低了成本。

4、相比原系统采用球透镜聚焦，外部机械调整耦合，新模块采用体积较小的球面自聚焦透镜，利用套筒的同心配合精度保证自聚焦透镜和光纤的对准；结构简单，调整方便，且能够保证激光耦合的效率和稳定性，并能实现光纤接头的插拔，提高了系统的易用性；适用于大规模的模块化生产。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的立体图；

图2是本实用新型实施例1的侧面剖视图；

图3是本实用新型实施例1设置有半导体激光器的基板示意图；

图4是本实用新型实施例1的透镜—光纤组件工作原理示意图；

图5是本实用新型实施例2的侧面剖视图；

图6是本实用新型实施例2的俯视图；

图7是本实用新型实施例3设置有半导体激光器的基板示意图；

图8是专利申请号为200820080688.9的示意图；

图9是常见的封装模块的列阵平面示意图。

图中各部件序号如下：

101——封装外壳、102——透镜—光纤组件、103——针脚、104——固定管、201——基板、202——半导体激光器、203——半导体致冷器、204——热沉、301——焊点、302——针脚焊点、401——透镜适配环、402——限位环、403——套筒、404——光纤插针、405——插针尾、406——光纤、407——自聚焦透镜、408——激光束、501——安装孔、502——固定件、801——锁紧槽、802——光纤耦合部件、803——管壳、901——电路走线、902——接电针脚、903——固定槽、904——外壳、905——底板、906——光纤耦合组件。

具体实施方式

下面依据上述附图和具体实施例详细地描述本实用新型的半导体激光模块。

实施例1：

参见图1所示，多个半导体激光器的立式光纤耦合模块，包括封装外壳101和开设在封装外壳101顶部的九个固定管104。如图2、图3所示，在每个固定管104内设置有一个透镜—光纤组件102，封装外壳101内设有与透镜—光纤组件102共轴的九个半导体激光器202、用于固定半导体激光器202的热沉204、用于固定热沉204并电连接半导体激光器202的基板201，半导体激光器202通过热沉204固定在基板201上。所述的透镜—光纤组件102、半导体激光器202的轴与基板201所在平面垂直，所述的半导体激光器202发射的激光垂直于基板201向上入射到透镜—光纤组件102，在半导体激光器202发射激光一端还设有快轴准直透镜。(快轴准直透镜为现有技术，图中未示)。所述的半导体激光器202为单个半导体激光器芯片，也可为半导体激光器bar条或多个半导体激光器芯片组成的半导体激光器列阵。在封装外壳101上还设有用于连接外部导线的针脚103。

所述的固定管104与透镜—光纤组件102之间的固定方式为焊接，也可为胶接或套接。

如图2所示，所述的基板201与封装外壳101之间还设有半导体致冷器203，所述的半导体致冷器203与基板201、封装外壳101之间的连接方式为焊接。

如图3所示，基板201上设有用于导通半导体激光器202的焊点301和针脚焊点302。

如图4所示，所述的透镜—光纤组件102由透镜组件、透镜适配环401、限位环402、光纤406、光纤插针404和套筒403构成，所述的透镜组件为自聚焦透镜407，也可选用圆柱形透镜、双曲面透镜、C透镜和组合透镜的其中之一。自聚焦透镜407设置在透镜适配环401内，以保证其外径与光纤插针404外径相同，光纤406的一端装在光纤插针404内，光纤插针404从套筒403一端插入并顶紧设置在套筒403内的限位环402，光纤插针404的位置由限位环402、插针尾405决定。限位环402的内径小于光纤插针404的外径，光纤插针404在套筒403内最深插在限位环402处。自聚焦透镜407通过透镜适配环401固定在套筒403的另一端。套筒403的同心配合精度保证了自聚焦透镜407与光纤406的对准，自半导体激光器202发射的激光束408通过自聚焦透镜407耦合入光纤406，耦合效率可达到90％。自聚焦透镜406也可用圆柱形透镜、双曲面透镜、C透镜或组合透镜替代。

实施例2：

参见图5所示，多个半导体激光器的立式光纤耦合模块，包括封装外壳101和开设在封装外壳101顶部的九个安装孔501，在每个安装孔502内设置有一个透镜—光纤组件102，封装外壳101内设有与透镜—光纤组件102共轴的九个半导体激光器202、用于固定半导体激光器202的热沉204、用于固定热沉204并电连接半导体激光器202的基板201，半导体激光器202通过热沉204固定在基板201上。所述的透镜—光纤组件102、半导体激光器202的轴与基板201所在平面垂直，所述的半导体激光器202发射的激光垂直于基板201向上入射到透镜—光纤组件102，在半导体激光器202发射激光一端还设有快轴准直透镜。(快轴准直透镜为现有技术，图中未示)。如图6所示，所述的半导体激光器202为半导体激光器bar条，也可为多个半导体激光器芯片组成的半导体激光器列阵。在封装外壳101上还设有用于连接外部导线的针脚103。

所述的透镜—光纤组件102的套筒上设有固定件502，透镜——光纤组件102通过固定件502焊接在安装孔501内，透镜——光纤组件的固定方式也可为胶接。

所述的基板201与封装外壳101之间还设有半导体致冷器203，所述的半导体致冷器203与基板201、封装外壳101之间的连接方式为螺接。

所述的透镜—光纤组件102与实施例1主要结构相同。

实施例3：

与实施例1主要结构相同，区别在于所述的基板201上设置4个半导体激光器202，如图7所示，基板上设有用于导通半导体激光器202的焊点301、针脚焊点302。

本实用新型中的所有附图内的元件尺寸和距离均为示意作用，不具有限制作用，具体应用过程会与此有所区别。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.多个半导体激光器的立式光纤耦合模块，包括封装外壳(101)和开设在封装外壳(101)顶部的多个固定装置，其特征在于：在所述的固定装置上设置有透镜-光纤组件(102)，封装外壳(101)内设有与透镜-光纤组件(102)共轴的半导体激光器(202)、用于固定半导体激光器(202)的热沉(204)、用于固定热沉(204)并电连接半导体激光器(202)的基板(201)，所述的透镜-光纤组件(102)、半导体激光器(202)的轴与基板(201)所在平面垂直，所述的半导体激光器(202)发射的激光垂直于基板(201)向上入射到透镜-光纤组件(102)。

2.根据权利要求1所述的多个半导体激光器的立式光纤耦合模块，其特征在于所述的半导体激光器(202)为单个半导体激光器芯片或半导体激光器bar条或多个半导体激光器芯片组成的半导体激光器列阵。

3.根据权利要求1所述的多个半导体激光器的立式光纤耦合模块，其特征在于所述的固定装置为固定管(104)或安装孔(501)。

4.根据权利要求3所述的多个半导体激光器的立式光纤耦合模块，其特征在于所述的固定管(104)与透镜-光纤组件(102)之间的固定方式为焊接或胶接或套接，所述的安装孔(501)与透镜-光纤组件(102)之间的固定方式为焊接或胶接。

5.根据权利要求1所述的多个半导体激光器的立式光纤耦合模块，其特征在于所述的基板(201)与封装外壳(101)之间还设有半导体致冷器(203)。

6.根据权利要求5所述的多个半导体激光器的立式光纤耦合模块，其特征在于所述的半导体致冷器(203)与基板(201)、封装外壳(101)之间的连接方式为焊接或螺接。

7.根据权利要求1所述的多个半导体激光器的立式光纤耦合模块，其特征在于：所述透镜-光纤组件(102)由透镜组件、透镜适配环(401)、限位环(402)、光纤(406)、光纤插针(404)和套筒(403)构成。

8.根据权利要求7所述的多个半导体激光器的立式光纤耦合模块，其特征在于所述透镜组件为自聚焦透镜(407)、圆柱形透镜、双曲面透镜、C透镜的其中之一。 

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