一种半导体激光器阶梯结构热沉的制作方法

本申请属于激光技术领域，具体地说，涉及半导体激光封装技术。

背景技术：

半导体激光器具有体积小、重量轻、寿命长、波长覆盖范围广等优点，但由于芯片尺寸的限制使输出激光光斑具有很大的发散性，半导体激光器尾纤输出技术有效改善其输出光斑特性，使半导体激光器广泛应用于军事、医疗、通信等领域。

随着工艺技术水平的提高单激光芯片输出功率已经实现20w功率输出，但其功率水平仍无法满足工业应用需求。为实现高功率半导体激光输出，常采用两种工艺方法进行实现：一种是采用巴条结构的激光芯片进行光束整形、重排耦合，其输出功率常达到kw功率量级，但其激光能量及功率密度较低；另一种方法是对多个激光芯片输出的光进行空间结构整形耦合到光纤中传输，该方式通过对多个激光芯片的空间位置进行排列，实现输出激光光束在聚焦透镜前的光束紧密排列，降低光斑的尺寸实现高效率耦合。采用多激光芯片合束的方式目前已经实现了300w激光功率输出，各激光芯片常采用阶梯热沉结构作为焊接热沉实现激光芯片的阶梯状空间排布，并在各阶梯处设置反射镜实现各激光芯片的光束偏转。阶梯热沉的高度差的设置过大会使最终重排的光斑形状过大在透镜聚焦过程中引入的像差也较大；高度差设置过小，设置的反射镜又会对高阶激光光束造成拦截导致一部分激光无法通过聚焦透镜耦合到光纤，两种情况都会直接降低激光的耦合效率。

技术实现要素：

针对上述问题，本申请所要解决的技术问题是提供一种新型的阶梯结构热沉。

本申请解决上述技术问题采取的技术方案是：一种半导体激光阶梯结构热沉，包含：阶梯热沉；阶梯热沉上设置有多个台阶；激光芯片分别焊接在所述台阶上，实现激光芯片在垂直方向的空间分布；所述激光芯片输出激光经快轴准直镜、慢轴准直镜实现光斑整形，最后经反射镜实现光斑的重新排列。

根据本实用新型的一实施方式，其中上述阶梯结构热沉各阶梯面上芯片焊接端略高于另一端，便于透镜的固定。

根据本实用新型的一实施方式，其中上述阶梯结构热沉各阶梯面的高度差值从中间向两边呈递增趋势。其中中间位置的定义为：当阶梯数为奇数时，中间阶梯位置即为中间位置；当阶梯数为偶数时候，中间两个平面为中间位置，高度差值变化从这两哥阶梯往两侧开始变化。

根据本实用新型的一实施方式，其中上述阶梯结构热沉中间位置阶梯面与底面呈平行结构。

根据本实用新型的一实施方式，其中上述阶梯结构热沉除中间位置阶梯面外，其余两侧的阶梯面均与底面呈一定角度的结构。当阶梯数为偶数时候，中间两个平面设置成平行平面。

根据本实用新型的一实施方式，其中上述阶梯结构热沉中间位置阶梯面以上阶梯面与底面呈的角度为负值，中间位置阶梯面以下阶梯面与底面呈的角度为正值。

与现有技术相比，本申请可以获得以下技术效果：

1）本实用新型采用阶梯结构热沉各阶梯面高度差呈递增趋势，能够有效避免阶梯面上固定的反射镜对其相邻激光光束的遮挡，能提高传输到聚焦透镜前激光功率水平。

2）本实用新型采用具有一定倾斜角度的阶梯结构对反射激光光束进行重新排列，可以减小聚焦透镜前光束的光束直径，同时提高光束中透镜中心位置处激光功率密度，提高透镜的耦合效率。采用该结构热沉耦合工艺调试方便，有效提高激光合束效率，能实现更高功率的激光输出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型一实施方式中阶梯结构热沉示意图；

图2是本实用新型一实施方式中阶梯结构热沉侧面示意图；

图3是本实用新型一实施方式中阶梯热沉上激光芯片及光学透镜设置示意图；

其中，激光芯片10、快轴准直镜20、慢轴准直镜30、反射镜40。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

实施例

图1为本实用新型一实施方式的半导体激光器阶梯结构热沉示意图，如图所示：一种半导体激光器阶梯结构热沉包含：阶梯热沉；所述阶梯热沉上设置有多个阶梯，且各阶梯高度差值从中间向两边呈递增趋势，有效防止阶梯面上设置的反射镜对其上阶梯面反射光束的遮挡，提高光束传输效率；所述阶梯热沉上中间位置处阶梯面与底面呈平行平面结构；所述阶梯热沉上除中间位置阶梯面外其余两侧的阶梯面均与底面呈一定角度的平面结构；中间阶梯面以上阶梯面角度为负值，以下阶梯面角度为正值。

图2为本实用新型一实施方式的半导体记激光器阶梯结构热沉侧面示意图，图中阶梯热沉中间位置处阶梯面与底面呈平行平面结构；中间位置阶梯面上侧阶梯与底面呈-α角度；中间位置阶梯面下侧阶梯与底面呈α角度。通过两侧阶梯面的设置使光束经阶梯面反射后光束向光斑中央区域聚集。

图3为本实用新型一实施方式的阶梯热沉上激光芯片及光学透镜设置示意图，激光芯片10焊接在阶梯热沉的a端，激光芯片10输出的光经其后的快轴准直镜20、慢轴准直镜30后实现激光光版的快慢轴压缩，压缩后的光斑呈细长条形。细长条形光束经阶梯热沉b端45°角设置的反射镜40，实现传输方向的45°偏转。各阶梯将使激光光束进行偏转，实现光斑的重新排列，重新排列后的光斑，除中间位置处阶梯面反射的光斑呈水平光斑状态，其余光斑由于台阶面的倾斜呈一定角度的倾斜光斑，各光斑的重排叠加，有效增加了光斑中心区域内激光功率密度，使重新排列后的光斑更加集中，降低了聚焦透镜对重排光斑聚焦的球差，有效提升光纤的耦合效率。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。