一种单芯片光路模块和一种多管芯半导体激光器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及激光【技术领域】，尤其涉及一种单芯片光路模块和一种多管芯半导体激光器。单芯片光路模块包括：一个热沉模块、一个带辅助热沉的半导体激光芯片CoS、一个快轴准直透镜和一个慢轴准直透镜；CoS、快轴准直透镜和慢轴准直透镜依次固定在热沉模块的一面；CoS的输出光束的光轴与快轴准直透镜的光轴和慢轴准直透镜的光轴在同一条直线上。多管芯半导体激光器包括：台阶形底板和多个单芯片光路模块；多个单芯片光路模块分别固定在台阶形底板的不同台阶上。本发明实现了单芯片光路的模块化，在多管芯半导体激光器中，单芯片光路模块通过可拆卸的方式固定，使不同激光器产品可以通用一个类型的模块，提高了工艺稳定性和重复性。
【专利说明】一种单芯片光路模块和一种多管芯半导体激光器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光【技术领域】，尤其涉及一种单芯片光路模块和一种多管芯半导体激 光器。
【背景技术】
[0002] 目前的多管芯半导体激光器中，通常将所有带辅助热沉的半导体激光芯片（CoS) 通过金属焊料焊接在同一底板上，然后在底板上固定光学元件，对单只光路进行准直，在底 板的另一端固定反射单元，对每只准直光束进行转向，而后一并通过透镜进行聚焦耦合。由 于CoS是焊接在底板上的，如果某个出现故障，就需要重新更换，而底板是采用高导热率的 金属制成，更换CoS的过程中，会影响其它单元器件，需要重新对它们进行调校，这种所有 单元器件共底板的空间集成方式，由于可拆卸差，导致了单元器件的通用性差，且不能保证 不同芯片产品的工艺重复性和稳定性，耗费了大量的物力和人力。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种单芯片光路模块，本发明 的目的还在于提供一种多管芯半导体激光器。
[0004] 本发明公开了一种单芯片光路模块，包括：一个热沉模块、一个带辅助热沉的半导 体激光芯片CoS、一个快轴准直透镜和一个慢轴准直透镜；
[0005] 所述CoS、快轴准直透镜和慢轴准直透镜依次固定在所述热沉模块的同一个面 上；
[0006] 所述CoS的输出光束的光轴与快轴准直透镜的光轴和慢轴准直透镜的光轴在同 一条直线上。
[0007] 可选的，所述热沉模块的固定有所述CoS、快轴准直透镜和慢轴准直透镜的一面呈 三级台阶状，分别为一级台阶、二级台阶和三级台阶；
[0008] 所述一级台阶高于所述二级台阶，所述二级台阶高于所述三级台阶；
[0009] 所述CoS固定在一级台阶上；
[0010] 所述快轴准直透镜固定在二级台阶上；
[0011] 所述慢轴准直透镜固定在三级台阶上。
[0012] 可选的，所述一级台阶的一个侧边上设有一个侧边条，所述CoS通过该侧边条定 位固定在所述一级台阶上；
[0013] 所述快轴准直透镜固定于二级台阶上的靠近CoS的前端的位置，所述CoS的前端 为CoS输出光束的那一端。
[0014] 可选的，所述一级台阶上和二级台阶上各设有一个阶梯孔，用于将所述单芯片光 路模块固定到多管芯半导体激光器的台阶形底板上；
[0015] 所述阶梯孔分为孔径不同的两部分，孔径的大部分位于热沉模块呈三级台阶状的 一面，孔径小的部分位于热沉模块的另一面；
[0016] 所述二级台阶上的阶梯孔靠近一级台阶和二级台阶的边界。
[0017] 可选的，所述热沉模块的固定有所述CoS、快轴准直透镜和慢轴准直透镜的一面呈 平面状，热沉模块的一端和中部各设有一个阶梯孔，用于将所述单芯片光路模块固定到多 管芯半导体激光器的台阶形底板上；
[0018] 所述阶梯孔分为孔径不同的两部分，孔径大的部分位于固定有所述CoS、快轴准直 透镜和慢轴准直透镜的一面，孔径小的部分位于热沉模块的另一面，孔；
[0019] 两个阶梯孔之间设有一个侧边条，所述CoS通过侧边条定位固定在热沉模块上；
[0020] 所述快轴准直透镜固定于CoS的前端，所述CoS的前端为CoS输出光束的那一端。
[0021] 可选的，单芯片光路模块还包括固定于所述热沉模块上的体布拉格光栅和/或热 敏电阻，所述热沉模块上设置有定位固定所述体布拉格光栅和/或热敏电阻的侧边条。
[0022] 可选的，所述热沉模块采用高导热率金属制成。
[0023] 本发明还公开了一种多管芯半导体激光器，包括：台阶形底板和多个所述的单芯 片光路模块；多个单芯片光路模块分别固定在台阶形底板的不同台阶上。
[0024] 可选的，所述台阶形底板采用高导热率金属制成；
[0025] 所述每个固定有单芯片光路模块的台阶上设置有两个固定孔，且所述的两个固定 孔都为螺纹孔，用于固定单芯片光路模块；
[0026] 每个单芯片光路模块上的两个阶梯孔与每个固定有单芯片光路模块的台阶上的 两个固定孔的位置相对应；
[0027] 所述多个单芯片光路模块分别以螺纹连接的方式固定在台阶形底板的不同台阶 上。
[0028] 可选的，多管芯半导体激光器还包括：多个反射镜、一个耦合镜和一条耦合光纤；
[0029] 多个反射镜和多个单芯片光路模块 对应；
[0030] 每个反射镜位于对应单芯片光路模块上固定慢轴准直透镜所在的一侧，并且垂直 固定在所述对应单芯片光路模块所在的台阶上，用于将所述对应单芯片光路模块上的CoS 的输出光束反射至耦合镜的入射面；
[0031] 所述耦合光纤位于所述耦合镜的出射面所在的一侧，且所述耦合镜的轴线与所述 耦合光纤的轴线位于同一直线上。
[0032] 与现有技术相比，本发明的技术效果为：
[0033] 本发明通过将单个CoS、单个快轴准直透镜和单个慢轴准直透镜集成在同一热沉 模块上，组成一个独立的半导体激光单元器件，即单芯片光路模块。单芯片光路模块独立于 激光器管壳和底板，可自成生产线，实现流水作业，从而解决了不同多芯片激光器产品组件 通用性问题，实现了多芯片激光器的批量化生产，减少了产品在开发和生产过程中的成本。 [0034] 由于单芯片光路模块是通过可拆卸的方式安装在多管芯半导体激光器中的，若装 置中的某个CoS坏掉，可通过更换单芯片光路模块，来简化返工、返修的复杂程度，节约时 间和成本。该单芯片光路模块设计合理，结构紧凑，实现了单芯片光路的模块化，在装调过 程中可以保证很高的工艺重复性和稳定性，简化了工人操作，提升生产效率。和自动化的耦 合设备相比，单芯片光路模块的装调具备更多的灵活性，比自动化设备耦合效率更高。
【专利附图】
【附图说明】
[0035] 图1是本发明中的单芯片光路模块实施例一的结构示意图；
[0036] 图2是本发明中的单芯片光路模块实施例二的结构示意图；
[0037] 图3是本发明实施例中的多管芯半导体激光器中台阶形底板的结构示意图；
[0038] 图4是本发明实施例中的多管芯半导体激光器的结构示意图；
[0039] 图中：热沉模块11、21 ;带辅助热沉的半导体激光芯片C〇S12、22 ;快轴准直透镜 13、23 ;慢轴准直透镜14、24 ;阶梯孔15、25 ; -级台阶16 ;二级台阶17 ;三级台阶18 ;侧边 条19、29 ;台阶形底板31 ;固定孔32 ;反射镜41 ;耦合镜42 ;耦合光纤43 ;单芯片光路模块 100、200。
【具体实施方式】
[0040] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0041] 本发明将多管芯半导体激光器中的多个半导体激光单元器件分别模块化，组成多 个单芯片光路模块，单芯片光路模块并以可拆卸的方式进行固定多管芯半导体激光器的台 阶形底板上，从而解决了不同多芯片激光器产品组件通用性问题，并且简化了返工、返修的 程序，节约了时间和成本。
[0042] 单芯片光路模块实施例一
[0043] 图1是本发明中的单芯片光路模块实施例一的结构示意图。如图1所示，该实施 例公开了一种单芯片光路模块100,包括一个热沉模块11、一个带辅助热沉的半导体激光 芯片CoS12、一个快轴准直透镜13和一个慢轴准直透镜14。CoS12、快轴准直透镜13和慢 轴准直透镜14依次固定在热沉模块11的同一个面上；C 〇S12的输出光束的光轴与快轴准 直透镜13的光轴和慢轴准直透镜14的光轴在同一条直线上，这样可以避免光学元件的离 轴引入光学相差，造成光束质量下降，影响后续的耦合效率。
[0044] 热沉模块11的整体呈条状，热沉模块11的固定有C〇S12、快轴准直透镜13和慢轴 准直透镜14的那一面呈三级台阶状，分别为一级台阶16、二级台阶17、三级台阶18, 一级台 阶16高于二级台阶17,二级台阶17高于三级台阶18,这样设置可以方便光学元件的安装， 并且有利于散热，每阶台阶的宽度可以根据各个光学元件的几何尺寸和它们在热沉模块上 安装的位置确定。
[0045] 一级台阶16和二级台阶17上各设有一个阶梯孔15,用于将单芯片光路模块100 固定到多管芯半导体激光器中的台阶形底板上。每个阶梯孔15分为孔径不同的两部分，孔 径大的部分位于热沉模块11的固定有C 〇S12、快轴准直透镜13和慢轴准直透镜14的一面， 孔径小的部分位于热沉模块11的另一面，用于将单芯片光路模块100通过螺钉固定到多管 芯半导体激光器的台阶形底板上，这样将单芯片光路模块1〇〇固定到多管芯半导体激光器 后，螺钉的头部将完全沉入阶梯孔15中，避免螺钉凸于台阶表面，遮挡C 〇S12输出的光束。
[0046] 二级台阶17上的阶梯孔靠近一级台阶16和二级台阶17的边界，一级台阶16的 一个侧边上设有一个侧边条19,侧边条为长条状的突起，C 〇S12通过该侧边条19定位固定 在所述一级台阶16上，即C〇S12定位安装在一级台阶16上，C 〇S12的一侧边与侧边条19贴 合；C〇S12的前端，即C〇S12输出光束的那一端与一级台阶16和二级台阶17的边界齐平。 为了保证良好的热传导，C 〇S12可用金属焊料与热沉模块11烧结固定。通过微调架将快轴 准直透镜13,安装在二级台阶17上靠近CoS12的前端的位置，这里CoS12的前端为CoS12 输出光束的那一端，使CoS 12的输出光束在快轴方向得到准直，通过检查远场的光斑位置 及其大小来观察快轴方向的准直度，达到要求后，然后用胶将快轴准直透镜13进行固定。 慢轴准直透镜14固定在三级台阶18上。可以通过微调架将慢轴准直透镜14安装于在三 级台阶18上，使C 〇S12的输出光束在慢轴方向得到准直，当准直度达到要求后，用胶将慢轴 准直透镜14进行固定。
[0047] 单芯片光路模块实施例二
[0048] 图2是本发明中的单芯片光路模块实施例二的结构示意图。如图2所示，该实施 例公开了一种单芯片光路模块200,包括一个热沉模块21、一个带辅助热沉的半导体激光 芯片CoS22、一个快轴准直透镜23和一个慢轴准直透镜24。CoS22、快轴准直透镜23和快 轴准直透镜24依次固定在热沉模块21的同一个面上，C 〇S22的输出光束的光轴与快轴准 直透镜23的光轴和慢轴准直透镜24的光轴在同一条直线上。
[0049] 热沉模块21的整体呈条状，热沉模块21的固定有C〇S22、快轴准直透镜23和慢轴 准直透镜24那一面呈平面状。
[0050] 热沉模块21的一端和中部各设有一个阶梯孔25，用于将单芯片光路模块200固定 到多管芯半导体激光器上。每个阶梯孔25分为孔径不同的两部分，孔径大的部分位于固定 有所述C 〇S22、快轴准直透镜23和慢轴准直透镜24的一面，孔径小的部分位于热沉模块21 的另一面；阶梯孔25的作用与实施例一中阶梯孔的作用相同。
[0051] 两个阶梯孔25之间设有一个侧边条29, C〇S22通过侧边29条定位固定在热沉模 块21上；为了保证良好的热传导，C〇S22可用金属焊料与热沉模块21烧结固定。
[0052] 快轴准直透镜23固定于C〇S22的前端，C〇S22的前端为C 〇S22输出光束的那一端。 快轴准直透镜23和慢轴准直透镜24安装固定的方式与实施一中的相同。
[0053] 在实施例一和实施二中，为了保证良好的散热性，热沉模块可以采用高导热率金 属制成，例如：铜。热沉模块上还可以固定体布拉格光栅、热敏电阻中的一种或两种，且热沉 模块上设置有定位固定上述光学元件的侧边条。
[0054] 以下进一步具体描述包括三个单芯片光路模块的多管芯半导体激光器的实施例。
[0055] 多管芯半导体激光器实施例
[0056] 图3是本发明实施例中的多管芯半导体激光器中台阶形底板的结构示意图；图4 是本发明实施例中的多管芯半导体激光器的结构示意图。如图3和4所示，该实施公开了 一种多管芯半导体激光器，包括：台阶形底板31和三个实施例一中的单芯片光路模块100。 三个单芯片光路模块100分别以螺纹连接的方式固定在台阶形底板的台阶上，即用螺钉固 定在台阶形底板31的不同台阶上；每个固定有单芯片光路模块100的台阶上设置有两个固 定孔32,两个固定孔32为螺纹孔，用于固定单芯片光路模块100。每个单芯片光路模块100 上的两个阶梯孔15与每个固定有单芯片光路模块100的台阶上的两个固定孔32的位置相 对应。通过这样设置，实现了多管芯半导体激光器中单元器件的模块化和通过单芯片光路 模块的可拆卸性，解决了不同多芯片激光器产品组件通用性问题。
[0057] 该多管芯半导体激光器，还包括：三个反射镜41、一个耦合镜42和一条耦合光纤 43 ;三个反射镜41和三个单芯片光路模块100 对应；每个反射镜41位于对应单芯片光 路模块上固定有慢轴准直透镜的那一侧，并且垂直固定在与其对应的单芯片光路模块100 所在的台阶上，每个反射镜的反射面和与之相对应的单芯片光路模块上的快轴准直透镜的 光轴和慢轴准直透镜的光轴所在的直线所成的夹角为45°，用于将与其对应的单芯片光路 模块上的CoS的输出光束反射至耦合镜42的入射面，且将三个单芯片光路模块100上的 CoS的输出光束以同一方向且平行的方式反射至耦合镜42的入射面。
[0058] 稱合镜42固定在台阶底板31最底层的台阶上，稱合光纤43位于稱合镜42的出 射面的那一侧，且耦合镜42的轴线与耦合光纤43的轴线位于同一直线上。
[0059] 反射至耦合镜42的入射面的平行光束，最后经耦合镜42汇聚后，耦合进耦合光纤 43。
[0060] 本发明的另一个实施例中，多管芯半导体激光器的台阶形底板还可根据实施例二 中的单芯片光路模块200的具体尺寸来设计台阶形底板中台阶的高度和固定孔的位置，并 将实施例二中的多个单芯片光路模块200分别固定安装在台阶上，组装成多管芯半导体激 光器。
[0061] 为了保证良好的散热性，台阶形底板31可以采用高导热率金属制成，例如：铜。
[0062] 本发明中台阶形底板中用于固定单芯片光路模块的台阶的数量由单个CoS的输 出功率和多管芯半导体激光器的总功率确定。
[0063] 本发明中的单芯片光路模块还可以通过焊接的方式固定在多管芯半导体激光器 的台阶形底板上。
[0064] 综上所述，本发明通过将一个CoS、一个快轴准直透镜和一个慢轴准直透镜集成在 同一个热沉模块上，组成一个单芯片光路模块。单芯片光路模块结构和布局合理，实现了单 芯片准直光路的模块化，在装配和调试过程中可以保证的工艺重复性和稳定性，简化了工 人操作，提高了生产效率，解决了不同多芯片激光器产品组件通用性问题。
[〇〇65] 在多管芯半导体激光器中，单芯片光路模块通过可拆卸的方式固定，若装置中的 某个CoS坏掉，可通过更换单芯片光路模块，来简化返工、返修的程序，节约时间和成本。 [〇〇66] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围 内。
【权利要求】
1. 一种单芯片光路模块，其特征在于，包括：一个热沉模块、一个带辅助热沉的半导体 激光芯片CoS、一个快轴准直透镜和一个慢轴准直透镜； 所述CoS、快轴准直透镜和慢轴准直透镜依次固定在所述热沉模块的同一个面上； 所述CoS的输出光束的光轴与快轴准直透镜的光轴和慢轴准直透镜的光轴在同一条 直线上。
2. 根据权利要求1所述的单芯片光路模块，其特征在于， 所述热沉模块的固定有所述CoS、快轴准直透镜和慢轴准直透镜的一面呈三级台阶状， 分别为一级台阶、二级台阶和三级台阶； 所述一级台阶高于所述二级台阶，所述二级台阶高于所述三级台阶； 所述CoS固定在一级台阶上； 所述快轴准直透镜固定在二级台阶上； 所述慢轴准直透镜固定在三级台阶上。
3. 根据权利要求2所述的单芯片光路模块，其特征在于， 所述一级台阶的一个侧边上设有一个侧边条，所述CoS通过该侧边条定位固定在所述 一级台阶上； 所述快轴准直透镜固定于二级台阶上的靠近CoS的前端的位置，所述CoS的前端为CoS 输出光束的那一端。
4. 根据权利要求3所述的单芯片光路模块，其特征在于， 所述一级台阶上和二级台阶上各设有一个阶梯孔，用于将所述单芯片光路模块固定到 多管芯半导体激光器的台阶形底板上； 所述阶梯孔分为孔径不同的两部分，孔径的大部分位于热沉模块呈三级台阶状的一 面，孔径小的部分位于热沉模块的另一面； 所述二级台阶上的阶梯孔靠近一级台阶和二级台阶的边界。
5. 根据权利要求1所述的单芯片光路模块，其特征在于，所述热沉模块的固定有所述 CoS、快轴准直透镜和慢轴准直透镜的一面呈平面状，热沉模块的一端和中部各设有一个阶 梯孔，用于将所述单芯片光路模块固定到多管芯半导体激光器的台阶形底板上； 所述阶梯孔分为孔径不同的两部分，孔径大的部分位于固定有所述CoS、快轴准直透镜 和慢轴准直透镜的一面，孔径小的部分位于热沉模块的另一面，孔； 两个阶梯孔之间设有一个侧边条，所述CoS通过侧边条定位固定在热沉模块上； 所述快轴准直透镜固定于CoS的前端，所述CoS的前端为CoS输出光束的那一端。
6. 根据权利要求1-5中任一所述的单芯片光路模块，其特征在于，单芯片光路模块还 包括体布拉格光栅、热敏电阻、防反片中的一种或多种，所述热沉模块上设置有定位固定所 述体布拉格光栅、热敏电阻、防反片中的一种或多种的侧边条。
7. 根据权利要求1-5中任一所述的单芯片光路模块，其特征在于，所述热沉模块采用 高导热率金属制成。
8. -种多管芯半导体激光器，其特征在于，包括：台阶形底板和多个如权利要求4或5 中所述的单芯片光路模块；多个单芯片光路模块分别固定在台阶形底板的不同台阶上。
9. 根据权利要求8所述的多管芯半导体激光器，其特征在于，所述台阶形底板采用高 导热率金属制成； 所述每个固定有单芯片光路模块的台阶上设置有两个固定孔，且所述的两个固定孔都 为螺纹孔，用于固定单芯片光路模块； 每个单芯片光路模块上的两个阶梯孔与每个固定有单芯片光路模块的台阶上的两个 固定孔的位置相对应； 所述多个单芯片光路模块分别以螺纹连接的方式固定在台阶形底板的不同台阶上。
10.根据权利要求9所述的多管芯半导体激光器，其特征在于，还包括：多个反射镜、一 个奉禹合镜和一条稱合光纤； 多个反射镜和多个单芯片光路模块 对应； 每个反射镜位于对应单芯片光路模块上固定慢轴准直透镜所在的一侧，并且垂直固定 在所述对应单芯片光路模块所在的台阶上，用于将所述对应单芯片光路模块上的CoS的输 出光束反射至耦合镜的入射面； 所述耦合光纤位于所述耦合镜的出射面所在的一侧，且所述耦合镜的轴线与所述耦合 光纤的轴线位于同一直线上。
【文档编号】H01S5/022GK104112979SQ201410327905
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】杨朝栋, 姜笑尘, 刘瑞, 高燕燕, 何晓光 申请人:北京凯普林光电科技有限公司