CN215816821U - 一种激光二极管封装结构 - Google Patents

Abstract

本申请属于半导体激光技术领域，涉及一种激光二极管封装结构。该激光二极管封装结构包括支架、至少一个激光二极管和至少两个光学元件；所述激光二极管设置在所述支架上，所述激光二极管用于发射激光束；所述光学元件设置在所述激光二极管出光方向的相对两侧，所述光学元件靠近所述激光二极管的一侧面为光学面，所述光学面用于改变所述激光束的发散角度。本申请提供的技术方案通过光学面可以改变激光二极管所发射出的激光束中发散角度较大的光束的出光路径，从而改变激光束向外发射时的发散角度，实现光斑的形状调整，能够使光斑更加均匀，有利于提高激光二极管的出光效率和光利用率。

Description

一种激光二极管封装结构

技术领域

本申请涉及半导体激光技术领域，更具体地，涉及一种激光二极管封装结构。

背景技术

激光二极管具有体积小、质量轻、效率高、波长范围广、易集成、可靠性高等优势，已成为光电子技术领域的重要器件。其中，水平腔面发射半导体激光二极管因其光束质量高、共振腔较长、表面损伤阈值小、单模输出功率大，在光电子技术领域得到了广泛应用。但现有的水平腔面发射半导体激光二极管封装器件中的激光二极管发出的激光束沿快轴方向的发散角一般大于沿慢轴方向的发散角，且二者差异较大，从而导致半导体激光二极管所发射形成的光斑为椭圆形光斑，光斑的均匀性较差，激光的利用率较低。

实用新型内容

本申请实施例所要解决的技术问题是现有的水平腔面发射半导体激光二极管封装结构所形成的椭圆形光斑均匀性较差，不利于激光利用的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种激光二极管封装结构，采用了如下所述的技术方案：

该激光二极管封装结构，包括：

支架、至少一个激光二极管和至少两个光学元件；

所述激光二极管设置在所述支架上，所述激光二极管用于发射激光束；所述光学元件设置在所述激光二极管出光方向的相对两侧，所述光学元件靠近所述激光二极管的一侧面为光学面，所述光学面用于改变所述激光束的发散角度。

进一步的，所述激光二极管封装结构还包括散热件，所述散热件设置在所述支架上，所述激光二极管固定设置在所述散热件上。

进一步的，所述激光二极管封装结构还包括齐纳二极管，所述齐纳二极管设置在所述支架上。

进一步的，所述光学元件设置在所述激光束的快轴方向上，所述光学面为反射面，所述反射面用于减小所述激光束在快轴方向上的发散角度。

进一步的，所述光学元件为梯形结构的镜面体。

进一步的，所述光学元件具有一顶面，所述顶面为平面结构。

进一步的，所述激光二极管的数量至少为两个，相邻两个所述激光二极管所发射激光束的快轴位于同一直线上，所述激光二极管与所述光学元件在所述激光束的快轴方向上交替设置。

进一步的，设置在相邻两个所述激光二极管之间的光学元件的两个相对的光学面均为反射面。

进一步的，所述光学元件为梯形结构的镜面体。

进一步的，所述光学元件的底面与所述支架贴合连接，所述光学面与所述光学元件的底面之间的夹角

满足：

其中，γ为所述激光束在快轴方向上的发散角度，β为所述激光束在慢轴方向上的发散角度。

进一步的，所述光学面的底边到对应一侧所述激光二极管边缘的最短距离L满足：

其中，h1为所述激光二极管的高度。

进一步的，所述光学元件的高度d满足：

其中，h2为所述散热件的高度，a为所述激光二极管面向所述光学元件的边缘到所述激光二极管中心的距离。

与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：本申请通过在激光二极管的相对两侧设置具有光学面的光学元件，通过光学面可以改变激光二极管所发射出的激光束中发散角度较大的光束的出光路径，从而改变激光束向外发射时的发散角度，实现光斑的形状调整，能够使光斑更加均匀，有利于提高激光二极管的出光效率和光利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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他的附图。

图1是本实用新型提供第一个实施例的激光二极管封装结构的俯视图；

图2是本实用新型提供第一个实施例的激光二极管封装结构的剖视图；

图3是本实用新型提供第二个实施例的激光二极管封装结构的剖视图；

图4是本实用新型提供第三个实施例的激光二极管封装结构的俯视图；

图5是本实用新型提供第三个实施例的激光二极管封装结构的剖视图。

附图标记：100、支架；200、激光二极管；300、光学元件；301、光学面；302、顶面；303、底面；400、散热件；500、齐纳二极管；101、支架碗杯。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请实施例提供一种激光二极管封装结构，参阅图1至图2，图1至图2为本申请提供的第一个实施例，该实施例中激光二极管封装结构包括支架100、至少一个激光二极管200和至少两个光学元件300；激光二极管200设置在支架100上，激光二极管200用于发射激光束；光学元件300设置在激光二极管200出光方向的相对两侧，光学元件300靠近激光二极管200的一侧面为光学面301，光学面301用于改变激光束的发散角度。

可以理解的，该激光二极管封装结构的工作原理如下：

支架100上的激光二极管200发射出激光束后，由于激光束具有一定的发散角度，激光束中发散角度较大的部分会投射到位于激光二极管200的相对两侧的光学元件300上，光学元件300上的光学面301用于改变投射到光学面301上的那一部分光束的出光路径，以调整激光束在沿快轴方向或慢轴方向上的发散角，使经过调整后的激光束沿快轴方向和沿慢轴方向上的发散角趋向一致，从而可以得到圆形或趋近于圆形的光斑。

综上，与现有技术相比，该激光二极管封装结构至少具有以下技术效果：

本申请通过在激光二极管200的相对两侧设置具有光学面301的光学元件300，通过光学面301可以改变激光二极管200所发射出的激光束中，发散角度较大的光束的出光路径，从而改变激光束向外发射时的发散角度，实现光斑的形状调整，能够使光斑更加均匀，有利于提高激光二极管200的出光效率和利用率。

一个实施例中，参阅图1至图2，激光二极管封装结构还包括散热件400，散热件400设置在支架100上，激光二极管200固定设置在散热件400上。

本实施例中，散热件400为氮化铝陶瓷热沉。当然，在另外一些实施方式中，散热件400还可以设置为其他热沉，以实现对激光二极管200的散热。本实施例中，氮化铝陶瓷热沉的顶部和底部表面均为金属层，顶部金属层和底部金属层中间为氮化铝陶瓷层，且氮化铝陶瓷热沉上设有连接通孔，以供激光二极管200与支架100电性连接。其中，所述激光二极管200设置在氮化铝陶瓷热沉的顶部，氮化铝陶瓷热沉的底部与支架100贴合固定连接。

本实施例中，通过在支架100和激光二极管200之间设置散热件400，可以提高激光二极管200的散热效率，从而增加了激光二极管200的使用寿命。

一个实施例中，参阅图1至2，激光二极管封装结构还包括齐纳二极管500，齐纳二极管500设置在支架100上。具体的，激光二极管200与齐纳二极管500并联设置。本实施例中，通过在支架100上设置齐纳二极管500，使激光二极管200在工作期间，齐纳二极管500能够起防护反向偏压、抗静电以及抗电流浪涌的作用。

一个实施例中，参阅图1至2，光学元件300设置在激光束的快轴方向上，光学面301为反射面，反射面用于减小激光束在快轴方向上的发散角度。具体的，激光二极管200所发射的激光束在沿快轴方向上的发散角大约为30°-60°，而慢轴方向上的发散角大约为8°-12°，为了使激光光束的光斑接近圆形光斑，以利于激光光束的光斑进行紧密排布,提高出光效率，本实施例中，将光学元件300设置在激光束的快轴方向上，通过光学面301对激光的反射作用使激光束在快轴方向上的发散角度变小，从而将椭圆光斑整形为圆形光斑。

在另外一些实施方式中，光学面301还可以是折射面，当光学面301为折射面时，可以将光学元件300设置在激光束的慢轴方向上，通过折射面以增加激光束在慢轴方向上的扩散角度，从而使激光束在快轴方向和在慢轴方向上的扩散角趋向一致，以将椭圆形光斑整形为圆形光斑。需要说明的是，当光学面301为折射面时，光学元件为一种透明介质。

本实施例中，光学元件300为梯形结构的镜面体。具体的，可以在梯形结构的镜面体朝向激光二极管200的侧面上涂覆反射层以形成反射面，或者梯形结构的镜面体直接由高反射特性的材料制成以形成反射面，从而减小激光束在快轴方向上的发散角度。

一个实施例中，参阅图1至2，光学元件300具有一顶面302，顶面302为平面结构。当光学元件300的顶面302为平面，平面可以利于将光学元件300采用常规自动固晶的方式(吸附、转移并放置)安装在支架100上，方便了光学元件300的安装，提高了组装的效率。

一个实施例中，参阅图1至2，，光学元件300的底面303与支架100贴合连接，光学面301与光学元件300的底面303之间的夹角

满足：

其中，γ为激光束在快轴方向上的发散角度，β为激光束在慢轴方向上的发散角度。本实施例中，通过调整光学面301与底面303之间的夹角

可以保证激光束在改变发散角度后并向外出射时，在快轴方向上的发散角度与在慢轴方向上的发散角度保持一致，以得到圆形光斑。

本实施例中，光学面301的底边到对应一侧激光二极管200边缘的最短距离L满足：

其中，h1为所述激光二极管的高度。进一步的，光学元件300的高度d满足：

其中，h2为散热件的高度，a为激光二极管面向光学元件的边缘到激光二极管中心的距离。本实施例中，在光学面301与光学元件的底面303之间的夹角

一定时，通过调整光学元件300的高度d和光学面301的底边到对应一侧激光二极管200边缘的最短距离L，使其满足上述条件，从而得到圆形光斑。

参阅图3，图3所示为本申请提供的第二个实施例，该实施例中，激光二极管200的数量至少为两个，相邻两个激光二极管200所发射激光束的快轴位于同一直线上，激光二极管200和光学元件300在激光光束的快轴方向上交替设置。

本实施例中，设置在相邻两个激光二极管200之间的光学元件300的两个相对的光学面301均为反射面。进一步的，光学元件300为梯形结构的镜面体。具体的，可以在梯形结构的镜面体朝向激光二极管200的侧面上涂覆光反射层以形成反射面，或者梯形结构的镜面体直接由高反射特性的材料制成以形成反射面，从而减小激光束在快轴方向上的发散角度。需要说明的是，当在支架100上设置两个或以上的激光二极管200时，激光二极管200和光学元件300交替设置，位于相邻两个激光二极管200之间梯形结构的镜面体的光学元件300的两个相对的光学面301均为反射面，两个反射面可以对相邻的两个激光二极管200所发射出来的激光束进行反射，以减小激光束沿快轴方向上的发散角度，当梯形结构的镜面体的光学元件300只有单侧靠近光二极管200(即光学元件位于封装结构的外边)时，光学元件300上可以只设有一个反射面。

采用梯形结构的镜面体的光学元件300，在支架100上设置多个激光二极管200时，可以减少设置在支架100上的光学元件300的数量，节约了光学元件300所占用的空间，使激光二极管200之间可以设置得更加紧凑。

参阅图4至图5，图4至图5所示为本申请提供的第三个实施例，该实施例中，激光二极管封装结构所采用的支架100具有支架碗杯101，激光二极管200和光学元件300均设置在支架碗杯101的底部。所述支架碗杯101的高度H大于或等于光学元件300的高度d。

本实施例中，采用支架100组装形成顶部发光(TOP)封装结构的激光二极管封装结构，支架碗杯的高度H大于或等于光学元件300的高度d能够避免光学元件300突出于支架100的上表面，以保证结构在封装时能够保持一定的平整度。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式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效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。

Claims (12)

1.一种激光二极管封装结构，其特征在于，包括：

支架、至少一个激光二极管和至少两个光学元件；

所述激光二极管设置在所述支架上，所述激光二极管用于发射激光束；所述光学元件设置在所述激光二极管出光方向的相对两侧，所述光学元件靠近所述激光二极管的一侧面为光学面，所述光学面用于改变所述激光束的发散角度。

2.根据权利要求1所述的激光二极管封装结构，其特征在于，所述激光二极管封装结构还包括散热件，所述散热件设置在所述支架上，所述激光二极管固定设置在所述散热件上。

3.根据权利要求1所述的激光二极管封装结构，其特征在于，所述激光二极管封装结构还包括齐纳二极管，所述齐纳二极管设置在所述支架上。

4.根据权利要求1所述的激光二极管封装结构，其特征在于，所述光学元件设置在所述激光束的快轴方向上，所述光学面为反射面，所述反射面用于减小所述激光束在快轴方向上的发散角度。

5.根据权利要求4所述的激光二极管封装结构，其特征在于，所述光学元件为梯形结构的镜面体。

6.根据权利要求1所述的激光二极管封装结构，其特征在于，所述光学元件具有一顶面，所述顶面为平面结构。

7.根据权利要求1所述的激光二极管封装结构，其特征在于，所述激光二极管的数量至少为两个，相邻两个所述激光二极管所发射激光束的快轴位于同一直线上，所述激光二极管与所述光学元件在所述激光束的快轴方向上交替设置。

8.根据权利要求7所述的激光二极管封装结构，其特征在于，设置在相邻两个所述激光二极管之间的光学元件的两个相对的光学面均为反射面。

9.根据权利要求8所述的激光二极管封装结构，其特征在于，所述光学元件为梯形结构的镜面体。

10.根据权利要求1-9任一项所述的激光二极管封装结构，其特征在于，所述光学元件的底面与所述支架贴合连接，所述光学面与所述光学元件的底面之间的夹角

满足：

其中，γ为所述激光束在快轴方向上的发散角度，β为所述激光束在慢轴方向上的发散角度。

11.根据权利要求2所述的激光二极管封装结构，其特征在于，所述光学面的底边到对应一侧所述激光二极管边缘的最短距离L满足：

其中，h1为所述激光二极管的高度。

12.根据权利要求11所述的激光二极管封装结构，其特征在于，所述光学元件的高度d满足：

其中，h2为所述散热件的高度，a为所述激光二极管面向所述光学元件的边缘到所述激光二极管中心的距离。

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