专利名称：一种半导体激光器光纤耦合模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体激光装置，尤其涉及一种半导体激光器光纤耦合模块。
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作为光源。单个半导体激光器或半导体激光器封装模块的输出光功率较低，往往不能满足激光显示对于高功率激光光源的要求，实际应用中常需要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。目前多个半导体激光器的输出光合并方式有两种，微光学系统耦合方法和光纤列阵耦合方法，其中微光学系统耦合方法较为常见，微光学系统耦合方法是通过微光学系统 (微透镜、微棱镜列阵等)，对所有激光器的输出光进行整形、变换，将各激光器的输出光束变换为平行光束，再通过非球面透镜聚焦耦合到单根光纤内，如授权公告号为201331603Y 的中国实用新型专利《一种将多路半导体激光耦合入单根光纤的激光模块》所述，其结构为多个激光器芯片垂直安装在阶梯型金属热沉上，每个激光器的光束都由一个微柱透镜和一个柱面镜分别在快轴和慢轴方向进行准直后形成准平行的光束，每路准平行的光束都照射到对应的反射镜上，反射镜改变光束的方向并压缩光束之间的距离，经反射和压缩的准平行光束通过一个由自聚焦透镜、限位环、光纤插针和套筒构成的自聚焦透镜一光纤组件聚焦耦合入单根光纤，并且该自聚焦透镜一光纤组件固定在模块外壳的管口上。该实用新型将分立的激光器的输出光耦合入一根单光纤，可对快轴和慢轴同时进行整形和准直，并可用一根芯径能够得到比较高的功率密度，缺点在于微透镜和微透镜列阵的加工难度大，同时耦合效率偏低，激光模块整体体积较大，不能满足显示技术对激光光源的要求。光纤列阵耦合方法是通过微光学系统将每个独立的半导体激光器或列阵中每个半导体激光器与相同数目的光纤列阵一一耦合，再在光纤束出射端进行集束，采用这种方法的耦合光纤系统相对简单，调整和维修方便，制造成本低；为了将LD产生的激光导入光纤，往往需要先将单个LD设置于封装模块内，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。封装模块之间针脚走线与光纤走线在一个平面内完成，彼此之间容易缠绕，影响安装、维修等操作，且由于走线的需要，封装模块排布在基板上时，模块之间必须错开排列，无法达到最大排布数量，激光模块整体体积较大。
发明内容
为解决现有技术存在的结构复杂，体积较大等问题，本发明提供一种结构简单、体积小的半导体激光器光纤耦合模块。一种半导体激光器光纤耦合模块，包括封装外壳和开设在封装外壳上的多个固定装置，在所述固定装置上固定有透镜一光纤组件；封装外壳内设有与透镜一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，所述的热沉数量为一个或多个，每个热沉上固定有一个半导体激光器，半导体激光器发射的激光平行于半导体激光器与热沉的接触面，并射入透镜一光纤组件。在半导体激光器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为所有发光元的组合，实际应用中为单个半导体激光器芯片、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一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一光纤组件之间的固定方式为焊接或胶接。所述的固定装置为固定管或安装孔，固定装置与透镜一光纤组件之间的固定方式为焊接或胶接或套接。所述固定装置为多个固定管，固定管分别设置在封装外壳的同一侧面上或相对的两个面上。在热沉固定半导体激光器的一端或热沉与封装外壳之间还设有绝缘导热层，相应地，所述的半导体激光器之间的电路连接方式为串联或并联。其中半导体激光器的串联连接是通过下列结构实现的热沉固定半导体激光器一端设置绝缘导热层，热沉上还设有线路引出端，半导体激光器、线路引出端均设在绝缘导热层上，因而与热沉绝缘，半导体激光器与线路引出端连通，线路引出端与用于导通各个半导体激光器的连接构件连接。封装外壳底部还集成有用于散热的半导体致冷器(TEC)。TEC为现有技术(图中未示)。所述绝缘导热层可为金刚石、氮化铝、陶瓷或云母的其中之一。所述热沉与封装外壳的固定方式为焊接或螺接两种方式之一。所述透镜一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O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。与现有技术相比，本发明具有以下优点
1、本发明将多个半导体激光器封装在一个封装外壳内，激光模块体积较小，结构简单， 调整和维修方便，结构稳定，便于批量化生产，可降低生产成本。2、调试机制简单，现有耦合装置多采用球透镜聚焦，外部机械调整进行耦合；新模块可根据需要采用自聚焦透镜、圆柱形透镜等聚焦，利用套筒的同心配合精度保证透镜组件与光纤的对准，结构简单，便于调试且可保证激光耦合的效率和稳定性，现有装置耦合效率一般在60— 70%，本发明可达到90%。3、相比原系统中多个LD封装模块散热需要将对应LD封装模块的多个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。
图1是本发明所述半导体激光器光纤耦合模块实施例1的立体图； 图2是本发明所述半导体激光器光纤耦合模块实施例1的俯视图3是本发明所述半导体激光器光纤耦合模块实施例1设置有半导体激光器的热沉示意图4是本发明所述半导体激光器光纤耦合模块实施例1的透镜一光纤组件工作原理示意图5是本发明所述半导体激光器光纤耦合模块实施例2的俯视图；(未示出透镜一光纤组件)
图6是本发明所述半导体激光器光纤耦合模块实施例2的透镜一光纤组件工作原理示意图7是本发明所述半导体激光器光纤耦合模块实施例3的俯视图； 图8是本发明所述半导体激光器光纤耦合模块实施例3的侧面剖视图； 图9是本发明所述半导体激光器光纤耦合模块实施例4的俯视图； 图10是本发明所述半导体激光器光纤耦合模块实施例5的俯视图。图中所示1-外壳、2-固定管、3-半导体激光器、4-热沉、5-连接构件、6_绝缘导热层、7-固定螺孔、8-线路引出端、9-自聚焦透镜、10-针脚、91-圆柱形微透镜、11-透镜适配环、12-限位环、13-套筒、14-光纤插针、15-插针尾、16-光纤、17-激光束、18-安装孔、 19-透镜一光纤组件、20—固定件。
具体实施例方式下面依据附图和具体实施例详细地描述本发明的半导体激光器光纤耦合模块。实施例1
如图1所示，一种半导体激光器光纤耦合模块，包括封装外壳1和平行开设在封装外壳 1上的四个固定管2，在固定管2内，套接有用于准直、耦合激光束的透镜一光纤组件19。所述封装外壳1内设有与透镜一光纤组件19共轴的四个半导体激光器3和用于固定并冷却所述四个半导体激光器的四个热沉4、导通各个半导体激光器的连接构件5，半导体激光器 3为单个的半导体激光器芯片。如图4所示，半导体激光器3发射的激光束17平行于半导体激光器3与热沉4的接触面，并射入透镜一光纤组件19。在半导体激光器3发射激光一端还设有快轴准直透镜。(图中未示)在封装外壳1上还设有用于连接外部导线的针脚10。如图2所示，一个热沉4上固定一个半导体激光器3，热沉4上还设有两个半导体激光线路引出端8，半导体激光器线路引出端8与半导体激光器3连接，半导体激光器3与半导体激光器线路引出端8的连接方式为现有技术，如导线连接(图中未示)。如图3所示， 所述的热沉4上固定半导体激光器线路引出端8的一端设有绝缘传热层6，半导体激光器 3、半导体激光器线路引出端8完全设置在绝缘传热层上，因此与热沉4绝缘。如图2所示， 半导体激光器3通过设置在同一热沉4上的半导体激光线路引出端8、连接构件5与相邻的半导体激光器线路引出端8连接，进而实现半导体激光器3的串联。所述的绝缘传热层 6材料为金刚石，也可采用氮化铝、陶瓷或云母的其中之一。如图4所示，所述的透镜一光纤组件19由自聚焦透镜9、透镜适配环11、限位环 12、光纤16、光纤插针14、插针尾15和套筒13构成，自聚焦透镜9设置在透镜适配环11内， 以保证其外径与光纤插针14外径相同，光纤16的一端装在光纤插针14内，光纤插针14从套筒13 —端插入并顶紧设置在套筒13内的限位环12，光纤插针14的位置由限位环12、插针尾15决定。限位环12内径小于光纤插针14外径，光纤插针14在套筒13内最深插在限位环12处，限位环12内为空气。自聚焦透镜9通过透镜适配环11固定在套筒13的另一端。套筒13的同心配合精度保证了自聚焦透镜9与光纤16的对准，自半导体激光器3发射的激光束17通过自聚焦透镜9耦合入光纤16，耦合效率可达到90%。自聚焦透镜9也可用圆柱形透镜、双曲面透镜、C透镜或组合透镜替代。所述的热沉4通过固定螺孔7固定在封装外壳1内。实施例2
如图5所示，一种半导体激光器光纤耦合模块，包括封装外壳1和平行开设在封装外壳上的六个固定管2，在固定管2内，焊接有用于准直、耦合激光束的透镜一光纤组件19，参见图6。所述外壳1内设有半导体激光器3，半导体激光器3为半导体激光器bar条，半导体激光器bar条具有六个发光源，每个发光源与透镜一光纤组件19共轴，半导体激光器bar 条固定在一个热沉4上。在外壳1上还设有用于连接外部导线的接电管脚10。半导体激光器bar条也可用半导体激光器列阵替代。所述的热沉4上固定半导体激光器3的一端设有绝缘传热层6，材料为云母。所述的热沉4焊接在封装外壳1内。如图6所示，所述的透镜一光纤组件19主要结构与实施例1相同，区别在于透镜为圆柱形透镜91。实施例3
如图7所示，一种半导体激光器光纤耦合模块，包括封装外壳1和开设在封装外壳1上的两个安装孔18。所述封装外壳1内设有与透镜一光纤组件19共轴的两个半导体激光器 3和分别用于固定并冷却所述半导体激光器3的两个热沉4，所述的半导体激光器3为半导体激光器芯片。所述的透镜一光纤组件19主要结构与实施例1相同，区别在于所述的透镜为C透镜，套筒13上还设有固定件20，固定件20用焊料直接焊接在封装外壳1上，也可以采用激光点焊，透镜一光纤组件19通过固定件20固定在安装孔18上并与安装孔18共轴。如图 8所示，热沉4与封装外壳1之间设有绝缘传热层6，两个热沉4之间的连接方式为现有技术，如导线连接(图中未示)，半导体激光器3之间的电连接为并联。热沉4通过焊接固定在封装外壳1上。所述的绝缘传热层6材料为陶瓷。实施例4
如图9所示，一种半导体激光器光纤耦合模块，包括封装外壳1和开设在封装外壳1上的四个固定管2，其中两个固定管2设置在封装外壳1的一个面上，另两个固定管2设置在与其相对的另一个面上。在固定管2内，粘接有用于准直、耦合激光束的透镜一光纤组件 19。所述封装外壳1内设有与透镜一光纤组件19共轴的四个半导体激光器3和用于固定并冷却所述半导体激光器的四个热沉4，每个热沉4上设置一个半导体激光器3，所述的半导体激光器3为半导体激光器芯片，热沉4上固定半导体激光器的一端设有绝缘传热层6， 半导体激光器3完全设置在绝缘导热层6上，与热沉4绝缘，半导体激光器3并联连接。所述的绝缘传热层6的材料为氮化铝。所述的透镜一光纤组件19与实施例1主要结构相同，区别在于所述的透镜为双曲面透镜。
所述的热沉4通过焊接固定在封装外壳1内。实施例5
如图10所示，一种半导体激光器光纤耦合模块，包括封装外壳1和平行开设在封装外壳上的六个固定管2，在固定管2内，焊接有用于准直、耦合激光束的透镜一光纤组件19。所述封装外壳1内设有与透镜一光纤组件19共轴的半导体激光器3和用于固定并冷却所述半导体激光器的三个热沉4，热沉4上分别设置单个半导体激光器芯片、具有两个发光源的半导体激光器列阵、具有三个发光源的半导体激光器列阵。所述的热沉4上固定半导体激光器3的一端设有绝缘传热层6，材料为云母，半导体激光器3完全设置在绝缘导热层6上， 半导体激光器3之间为并联连接。在外壳1上还设有用于连接外部导线的接电管脚10。所述的透镜一光纤组件19与实施例1相同。本发明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发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种半导体激光器光纤耦合模块，包括封装外壳(1)和开设在封装外壳上的多个固定装置，其特征在于在所述固定装置上固定有透镜一光纤组件(19)；封装外壳(1)内设有与透镜一光纤组件(19)共轴的半导体激光器(3)、用于固定半导体激光器(3)的热沉(4)， 所述的热沉(4)数量为一个或多个，每个热沉(4)上固定有一个半导体激光器(3)，半导体激光器(3)发射的激光平行于半导体激光器(3)与热沉(4)的接触面，并射入透镜一光纤组件(19)。
2.根据权利要求1所述的一种半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于所述的半导体激光器(3)为单个半导体激光器芯片、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所述的一种半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于所述的固定装置为固定管(2)或安装孔(18)。
4.根据权利要求3所述的一种半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于所述的固定管 (2)与透镜一光纤组件(19)之间的固定方式为焊接或胶接或套接，所述的安装孔(20)与透镜一光纤组件(19)之间的固定方式为焊接或胶接。
5.根据权利要求3或4所述的一种半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于所述固定装置为多个固定管(2)，固定管(2)分别设置在封装外壳(1)的同一侧面上或相对的两个面上。
6.根据权利要求1所述的一种半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于在热沉(4)固定半导体激光器(3)的一端或热沉(4)与封装外壳(1)之间还设有绝缘导热层(6)，相应地， 所述的半导体激光器(3 )之间的电路连接方式为串联或并联。
7.根据权利要求6所述的一种半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于所述绝缘导热层(6)可为金刚石、氮化铝、陶瓷或云母的其中之一。
8.根据权利要求1所述的一种半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于所述热沉(4) 与封装外壳(1)的固定方式为焊接或螺接。
9.根据权利要求1所述的一种半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于所述透镜一光纤组件(19)由透镜组件、透镜适配环(11)、限位环(12)、光纤(16)、光纤插针(14)和套筒(13)构成。
10.根据权利要求9所述的一种半导体激光器光纤耦合模块，其特征在于所述透镜组件为自聚焦透镜(9)、圆柱形透镜(91)、双曲面透镜、C透镜和组合透镜的其中之一。
全文摘要
本发明公开一种半导体激光模块，包括外壳、平行开设在外壳侧面的多个固定管、设置在固定管内，用于准直、耦合激光束的多个透镜—光纤组件，外壳内还设有下列结构与透镜—光纤组件共轴的多个半导体激光器；用于分别固定并冷却半导体激光器的热沉；用于连接各个半导体激光器的连接构件；其中热沉上固定半导体激光器的一端镀有氮化铝层，氯化铝层为绝缘层，与现有技术相比，本发明的优点在于多个半导体之间通过热沉实现串联，激光器体积较小，结构简单，调整和维修方便，结构稳定，便于批量化生产，可降低生产成本。应用时只需要调试透镜—光纤组件即可获得激光输出。
文档编号G02B6/42GK102279446SQ20101020536
公开日2011年12月14日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月11日
发明者房涛 申请人:北京中视中科光电技术有限公司