CN217545225U - 一种多芯片封装的半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多芯片封装的半导体激光器，包括多个激光芯片、多个光束整形器、多个准直镜、多个第一反射镜和合束组件；多个激光芯片分为两排并分别为第一发光组件和第二发光组件，第一发光组件中激光芯片与第二发光组件中激光芯片相向且交错设置，沿每个激光芯片出光方向依次设置有光束整形器、准直镜和第一反射镜；同一排中第一反射镜分别交错设置，合束组件位于第一反射镜的反射光路；通过设置有第一反射镜和合束组件，利用多个第一反射镜之间分别交错设置将同一排激光芯片快轴方向激光形成光斑堆叠，配合合束组件和准直镜将激光先整形再准直，使半导体激光器形成的光斑为均匀紧密排列的光斑阵列，以达到提升该半导体激光器亮度的效果。

Description

一种多芯片封装的半导体激光器

技术领域

本实用新型属于激光器技术领域，具体涉及一种多芯片封装的半导体激光器。

背景技术

随着科技的不断发展，半导体激光器的封装技术包括有蝶形封装、TO封装等。其中，TO(Transistor Outline，晶体管外壳)封装属于一种全封闭式封装，由于其制作工艺简单、生产成本低、便于灵活使用等优势而被广泛应用于光电子器件如激光二极管的封装中。

由于TO封装的出光窗口距离激光芯片的发光位置较远，导致半导体激光器发射的激光光束像散严重，并且激光光束中快轴方向的光束与慢轴方向的光束之间的光束质量和发散角差别很大，降低了半导体激光器的光斑亮度。同时，由于半导体激光器的所需功率不断提升，则需要更多数量的TO封装的激光芯片进行耦合，通常采用沿原有TO封装的激光芯片的排布方向再依次增设TO封装的激光芯片数量的方式，从而达到提高半导体激光器功率的目的。但是随着TO封装的激光芯片的数量逐渐增多，不仅增加半导体激光器的尺寸，导致生产制作的难度增大，而且无法将全部的TO封装的激光芯片的激光光束进行耦合，进一步导致半导体激光器的亮度降低。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型公开了一种多芯片封装的半导体激光器，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，本实用新型采用以下技术方案：

一种多芯片封装的半导体激光器，包括多个激光芯片、多个光束整形器、多个准直镜、多个第一反射镜和合束组件；多个所述激光芯片分为两排并分别作为第一发光组件和第二发光组件，所述第一发光组件中的多个所述激光芯片与所述第二发光组件中的多个所述激光芯片均相向并且交错设置，沿每个所述激光芯片的出光方向依次设置有所述光束整形器、所述准直镜和所述第一反射镜；同一排中的多个所述第一反射镜之间分别交错设置，所有的所述第一反射镜将对应的所述激光芯片发射的激光反射至同一方向；所述合束组件位于所述第一反射镜的反射光路上，用以对经过所述第一反射镜的激光进行合束。

可选的，所述合束组件包括第二反射镜和偏振片；所述第二反射镜位于所述第一发光组件中的所述第一反射镜的反射光路上；所述偏振片位于所述第二反射镜的反射光路上，并且位于所述第二发光组件中的所述第一反射镜的反射光路上。

可选的，所述合束组件还包括第三反射镜；所述第三反射镜位于所述偏振片的出光方向，所述第三反射镜的反射光路的方向与所述激光芯片的输出激光方向平行。

可选的，所述合束组件还包括半波片；所述半波片位于所述第二反射镜和所述偏振片之间，用以将所述第二反射镜反射的光束偏振态旋转。

可选的，所述第一反射镜的反射中心与相应的所述激光芯片发射的光束中心位于同一高度。

可选的，该多芯片封装的半导体激光器还包括聚焦镜和光纤；所述光纤位于所述第三反射镜的反射光路上，所述聚焦镜位于所述第三反射镜和所述光纤之间，以将所述第三反射镜反射的激光耦合至所述光纤并输出。

可选的，所述光束整形器包括慢轴扩束透镜和快轴缩束透镜；所述慢轴扩束透镜和所述快轴缩束透镜依次设置在所述激光芯片的出光方向上，用以将所述激光芯片的发射光束整形。

可选的，所述准直镜包括快轴准直镜和慢轴准直镜；所述快轴准直镜和所述慢轴准直镜沿所述激光芯片的发射光束的方向依次设置。

可选的，该多芯片封装的半导体激光器还包括底座；所述激光芯片与底座可拆卸连接，所述底座采用导热材料。

可选的，该多芯片封装的半导体激光器还包括底板；所述底板与所述底座连接，所述底板采用导热材料，且所述底板与所述底座之间的接触面填充有导热介质。

本实用新型的优点及有益效果是：

在本实用新型的多芯片封装的半导体激光器中，通过设置有多个第一反射镜和合束组件，多个第一反射镜分别位于相应的激光芯片发射的激光的光路上，合束组件位于多个第一反射镜的反射光路上，而多个激光芯片位于同一底板上并分为两排设置，分别作为第一发光组件和第二发光组件，将第一发光组件中的激光芯片与第二发光组件中的激光芯片分别相向且交错设置，以及同一排中的多个第一反射镜之间也分别交错设置，通过第一反射镜将所有激光芯片发射的激光反射至同一方向后由合束组件进行合束输出。这样，不仅利用第一反射镜和合束组件将多个激光芯片沿不同方向发射的光束全部整合并输出，从而达到提高半导体激光器的亮度的目的，且第一发光组件和第二发光组件之间相向且交错设置以减小半导体激光器的体积，进一步的，利用多个第一反射镜之间分别交错设置，不仅能够避免多个第一反射镜反射的激光之间的干扰，并且还能够通过多个第一反射镜的交错将同一排的激光芯片中快轴方向的激光形成的光斑堆叠，并配合激光芯片发射的光束先整形再准直的方式，使得快慢轴光束质量均匀分布，半导体激光器的激光光束形成的光斑为均匀紧密排列的光斑阵列，进一步减小光纤耦合后光斑的尺寸，从而达到提升该半导体激光器亮度的效果。

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，而并不认为是对本实用新型的限制。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为本实用新型一实施例的多芯片封装的半导体激光器的外形结构示意图；

图2为图1所示多芯片封装的半导体激光器的俯视图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和效果更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

以下结合附图，详细说明本实用新型各实施例提供的技术方案。

结合图1至图2所示，本实施例公开了一种多芯片封装的半导体激光器，包括设置在同一底板10上的多个激光芯片1、多个光束整形器2、多个准直镜3、多个第一反射镜4和合束组件。多个激光芯片1分为两排，位于上方的作为第一发光组件11，位于下方的作为第二发光组件12，第一发光组件11中的多个激光芯片1与第二发光组件12中的多个激光芯片1分别相向并且交错设置。沿每个激光芯片1的出光方向依次设置有光束整形器2、准直镜3和第一反射镜4，同一排中的多个第一反射镜4之间分别交错设置，且所有的第一反射镜4将对应的激光芯片1输出的激光反射至同一方向，即同一排中任意两个第一反射镜4与对应激光芯片1之间的距离均不相等并且沿靠近合束组件的方向距离逐渐增加。合束组件位于第一反射镜4的反射光路上，用以对经过第一反射镜的激光进行合束。

在本实施例中，通过设置有多个第一反射镜和合束组件，多个第一反射镜分别位于相应的激光芯片发射的激光的光路上，合束组件位于多个第一反射镜的反射光路上，而多个激光芯片位于同一底板上并分为两排设置，分别作为第一发光组件和第二发光组件，将第一发光组件中的激光芯片与第二发光组件中的激光芯片分别相向且交错设置，以及同一排中的多个第一反射镜之间也分别交错设置，通过第一反射镜将所有激光芯片发射的激光反射至同一方向后由合束组件进行合束输出。这样，不仅利用第一反射镜和合束组件将多个激光芯片沿不同方向发射的光束全部整合并输出，从而达到提高半导体激光器的亮度的目的，且第一发光组件和第二发光组件之间相向且交错设置以减小半导体激光器的体积，进一步的，利用多个第一反射镜之间分别交错设置不仅能够避免多个第一反射镜反射的激光之间的干扰，并且还能够通过多个第一反射镜的交错将同一排的激光芯片中快轴方向的激光形成的光斑堆叠，并配合激光芯片发射的光束先整形再准直的方式，使得快慢轴光束质量均匀分布，且半导体激光器的激光光束形成的光斑为均匀紧密排列的光斑阵列，进一步减小光纤耦合后光斑的尺寸，从而达到提升该半导体激光器亮度的效果。

结合图1和图2所示，在本实施例中，合束组件包括第二反射镜51、偏振片52和半波片53。第二反射镜51位于第一发光组件中的第一反射镜4的反射光路上，偏振片52位于第二反射镜51的反射光路上，对第二反射镜51反射的激光进行进一步的反射。同时，偏振片52还位于第二发光组件中第一反射镜4的反射光路上，对第二发光组件中第一反射镜4的激光进行透射。而半波片53则位于第二反射镜51和偏振片52之间，用以将第二反射镜51反射的光束偏振旋转。

进一步，在本实施例中，第一发光组件中的激光芯片的数量与第二发光组件中激光芯片的数量相同，激光芯片发射P偏振光芯片，偏振片上设有透射P偏振光并且反射S偏振光的膜层。

具体的，首先，第一发光组件中的第一反射镜4反射的P偏振光通过第二反射镜51进一步反射，能够形成与第一发光组件中的激光芯片1发射的激光方向平行的激光。然后，第二反射镜51反射的激光经过半波片53将P偏振光旋转90度为S偏振光。进一步的，S偏振光经过偏振片52全部反射出去。而第二发光组件中的第一反射镜4反射的P偏振光通过偏振片52全部透射出去，透射后的P偏振光与S偏振光合为一束光。

在本实施例中，利用第二反射镜将第一发光组件中的第一反射镜反射的P偏振光进一步反射至半波片中，并通过半波片将P偏振光旋转90度为S偏振光，进一步通过偏振片将S偏振光反射并全部筛选出来。同时，偏振片还能将第二发光组件中的第一反射镜反射的P偏振光进一步进入偏振片，利用偏振片对P偏振光的透射，将经过偏振片中的P偏振光筛选出来。由于第一发光组件中的激光芯片和第二发光组件中的激光芯片数量相同，从而能够以等量的P偏振光和S偏振光进行等量混合，达到提升该半导体激光器最终输出激光的亮度效果。

进一步，优选的，合束组件还包括第三反射镜54。第三反射镜54位于偏振片52的出光路上，利用第三反射镜将经过偏振片的激光进行反射，反射后的激光能够穿过激光器输出激光的透光窗口位置处，从而对激光进行输出，方向与激光芯片的发射光束方向平行。

优选的，在本实施例中，该多芯片封装的半导体激光器还包括聚焦镜6和光纤7。光纤7位于第三反射镜54的反射光路上，并且光纤7的长度方向与第一发光组件11和第二发光组件12之间的摆放方向平行，而聚焦镜6位于第三反射镜54和光纤7之间。利用聚焦镜将第三反射镜反射的光束全部耦合进入光纤并输出，从而提高半导体激光器的功率。同时，光纤的摆放方向沿着第一发光组件和第二发光组件之间的摆放方向设置，能够减小光纤的长度对该多芯片封装的半导体激光器体积的影响，从而进一步减小该半导体激光器的体积。

当然，在其他实施例中，还可以省去聚焦镜和光纤的设置。在此情况下，第三反射镜反射的光束直接输出，以便于根据激光的不同使用场景调整多芯片封装的半导体激光器的结构。

在本实施例中，第一反射镜的反射中心与相应的激光芯片发射的光束中心位于同一高度，从而确保激光芯片发射的光束全部落入第一反射镜中并通过第一反射镜进行反射，保证对全部光束的输出，避免第一反射镜的偏移导致激光芯片发射的光束未全部反射影响该半导体激光器的功率，进而确保该半导体激光器以全功率的方式进行精准输出。

结合图1和图2所示，光束整形器2包括慢轴扩束透镜21和快轴缩束透镜22。慢轴扩束透镜21选用负焦距的柱面透镜，而快轴缩束透镜22选用正焦距的柱面透镜。慢轴扩束透镜21和快轴缩束透镜22依次设置在激光芯片1的出光方向上，能够依次对激光芯片1发射光束中的快轴方向的激光和慢轴方向的激光分别进行整形。此时，利用快轴缩束透镜对快轴方向上的光束进行压缩，慢轴扩束透镜对慢轴方向上的光束进行扩束，就可以使整形后的激光光束形成在快轴方向的光斑和慢轴方向的光斑之间的光斑尺寸比例与快轴方向的光斑和慢轴方向的光斑之间的光束质量比例相同的光斑，并与第二反射镜和第三反射镜的反射相配合，从而提高快轴方向和慢轴方向的光束质量，进而提高半导体激光器的功率和亮度。

优选的，准直镜3包括慢轴准直镜31和快轴准直镜32。慢轴准直镜31和快轴准直镜32沿激光芯片1的发射光束方向依次放置。慢轴准直镜31选用正焦距的柱面透镜，而快轴准直镜32选用负焦距的柱面透镜。通过慢轴准直镜和快轴准直镜对整形后激光中慢轴方向和快轴方向的激光再次分别进行有针对性的准直，从而提高准直精度，进一步增强该多芯片封装的半导体激光器的亮度。

在本实施例中，该多芯片封装的半导体激光器还包括多个非球面准直镜8。每个非球面准直镜8位于相应的激光芯片1和光束整形器2之间。这样，利用非球面准直镜在整形之前即对激光进行准直，避免激光的路径未经过光束整形器影响半导体激光器的亮度，通过非球面准直镜将激光的路径互相平行并全部经过光束整形器整形，从而达到提升半导体激光器亮度的效果。

在本实施例中，该多芯片封装的半导体激光器还包括底座9。激光芯片1与底座9可拆卸连接，例如螺钉连接，并且底座9采用导热材料，例如金属材料。通过底座对激光芯片进行定位，并利用可拆卸连接能够针对特定的激光芯片进行位置调节和更换，进一步便于该半导体激光器的维护。同时，利用导热材料的底座能够将激光芯片发光过程中产生的热量传导出去，以对半导体激光器进行散热。

优选的，底座9的数量与激光芯片1的排数相同，即在本实施例中，底座为两个并分别与第一发光组件中的激光芯片和第二发光组件中的激光芯片连接，通过多个底座能够对相应的发光组件中的激光芯片进行散热。这样，能够降低每一个底座的温度的提升幅度，从而减少散热时间，进而达到提高散热效率的目的。

进一步的，在本实施例中，两个底座9分别与底板10连接，并且底板10采用导热材料，例如金属材料，同时在底板10与底座9之间的接触面填充有导热介质。此时，通过底板将所有底座的位置进行固定，并通过底板与底座之间填充的导热介质，例如导热硅脂，就可以利用导热介质将温度传导至底板上，进而借助选用导热材料制成的底板进行快速散热，提高该半导体激光器的散热性能。

在其他实施例中，还可以将第一发光组件、第二发光组件、非球面准直镜、第一反射镜和合束组件作为一个发光单元，并沿激光芯片的发射光束路径依次设置多个发光单元，其中，将相邻两个发光单元中位置相近的两个发光组件的所有激光芯片进行沿同一直线方向的依次交替设置，即在同一发光组件中相邻两个激光芯片之间的空隙区域设置相邻发光单元中另一发光组件中的激光芯片，从而可以进一步提高在底板上的空间利用率，减少半导体激光器的体积。

结合图2所示，在本实施例中，光束整形器、准直镜分别位于水平方向设置。而第一发光组件中第一反射镜的反射面与水平面呈135度方向设置，第二发光组件中第一反射镜的反射面与水平面呈45度方向设置。那么，第二反射镜的反射面则与水平面呈135度方向设置，半波片的工作面位于水平方向设置，偏振片与第二反射镜平行设置，第三反射镜的反射面与水平面呈45度设置，且聚焦镜的聚焦面与水平面平行设置。通过这种摆放方式将第一发光组件和第二发光组件发射的不同方向的光束整合为同一方向的光束的同时，能够简化第一反射镜、第二反射镜、半波片、偏振片和第三反射镜摆放角度的计算，从而简化合束组件封装位置的设计，提高封装位置确定的简便性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多芯片封装的半导体激光器，其特征在于：包括多个激光芯片、多个光束整形器、多个准直镜、多个第一反射镜和合束组件；多个所述激光芯片分为两排并分别作为第一发光组件和第二发光组件，所述第一发光组件中的多个所述激光芯片与所述第二发光组件中的多个所述激光芯片均相向并且交错设置，沿每个所述激光芯片的出光方向依次设置有所述光束整形器、所述准直镜和所述第一反射镜；同一排中的多个所述第一反射镜之间分别交错设置，所有的所述第一反射镜将对应的所述激光芯片发射的激光反射至同一方向；所述合束组件位于所述第一反射镜的反射光路上，用以对经过所述第一反射镜的激光进行合束。

2.根据权利要求1所述的多芯片封装的半导体激光器，其特征在于：所述合束组件包括第二反射镜和偏振片；所述第二反射镜位于所述第一发光组件中的所述第一反射镜的反射光路上；所述偏振片位于所述第二反射镜的反射光路上，并且位于所述第二发光组件中的所述第一反射镜的反射光路上。

3.根据权利要求2所述的多芯片封装的半导体激光器，其特征在于：所述合束组件还包括第三反射镜；所述第三反射镜位于所述偏振片的出光方向，所述第三反射镜的反射光路的方向与所述激光芯片的输出激光方向平行。

4.根据权利要求3所述的多芯片封装的半导体激光器，其特征在于：所述合束组件还包括半波片；所述半波片位于所述第二反射镜和所述偏振片之间，用以将所述第二反射镜反射的光束偏振态旋转。

5.根据权利要求1所述的多芯片封装的半导体激光器，其特征在于：所述第一反射镜的反射中心与相应的所述激光芯片发射的光束中心位于同一高度。

6.根据权利要求3所述的多芯片封装的半导体激光器，其特征在于：该多芯片封装的半导体激光器还包括聚焦镜和光纤；所述光纤位于所述第三反射镜的反射光路上，所述聚焦镜位于所述第三反射镜和所述光纤之间，以将所述第三反射镜反射的激光耦合至所述光纤并输出。

7.根据权利要求1所述的多芯片封装的半导体激光器，其特征在于：所述光束整形器包括慢轴扩束透镜和快轴缩束透镜；所述慢轴扩束透镜和所述快轴缩束透镜依次设置在所述激光芯片的出光方向上，用以将所述激光芯片的发射光束整形。

8.根据权利要求1所述的多芯片封装的半导体激光器，其特征在于：所述准直镜包括快轴准直镜和慢轴准直镜；所述快轴准直镜和所述慢轴准直镜沿所述激光芯片的发射光束的方向依次设置。

9.根据权利要求1-8中任一所述的多芯片封装的半导体激光器，其特征在于：该多芯片封装的半导体激光器还包括底座；所述激光芯片与底座可拆卸连接，所述底座采用导热材料。

10.根据权利要求9所述的多芯片封装的半导体激光器，其特征在于：该多芯片封装的半导体激光器还包括底板；所述底板与所述底座连接，所述底板采用导热材料，且所述底板与所述底座之间的接触面填充有导热介质。

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