[發明專利]一種大功率線陣激光器的封裝結構及封裝方法

有效

• 申請號: 201210070739.0
• 申請日: 2012-03-16
• 公開（公告）號: CN103311798A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 張騁;王娜;李沛旭;湯慶敏
• 申請（專利權）人: 山東浪潮華光光電子股份有限公司
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及一種大功率線陣激光器的封裝結構及封裝方法，屬于激光器封裝技術領域。

背景技術

半導體激光泵浦的全固態激光器是20世紀80年代末期出現的新型激光器。其總體效率至少要比燈泵浦高10倍，由于單位輸出的熱負荷降低，可獲取更高的功率，系統壽命和可靠性大約是閃光燈泵浦系統的100倍，因此，半導體激光器泵浦技術為固體激光器注入了新的生機和活力，使全固態激光器同時具有固體激光器和半導體激光器的雙重特點，它的出現和逐漸成熟是固體激光器的一場革命，也是固體激光器的發展方向。并且，它已滲透到各個學科領域，例如：激光信息存儲與處理、激光材料加工、激光醫學及生物學、激光通訊、激光印刷、激光光譜學、激光化學、激光分離同位素、激光核聚變、激光投影顯示、激光檢測與計量及軍用激光技術等，極大地促進了這些領域的技術進步和前所未有的發展。

市場上側面泵浦源用的半導體線陣激光器，常常由四個或多個獨立的1厘米巴條激光器組成，這種封裝無法嚴格保證每個獨立的巴條激光器的發光區域能夠嚴格共線，繼而嚴重影響YAG晶體的工作效率，同時產生的廢熱嚴重影響巴條激光器的波長，最后影響YAG晶體的工作效率。為提高轉化效率，除了現行的鍍膜手段，也可以通過嚴格保證線陣激光器的巴條共線性來實現。

中國專利文件CN101997269A提及了《一種半導體激光器巴條的制作方法》，所述巴條包含襯底層、外延層和電極，并解決了當兩面采用同樣熱沉時發光區可以共線的問題。在此基礎上，只要確保電極熱沉嚴格共線，就能保證線陣激光器巴條發光區共線。但本專利有其使用的局限性，為了保證巴條有源區出光面嚴格共線，必須使用本專利提及到的巴條，而且四個或多個巴條同時封裝燒結，對封裝的工藝有苛刻的要求。

中國專利文件CN101071933提到了《一種大功率半導體激光器》，主要技術方案是熱沉為多面體，固定巴條的側面貫通整個帶水道熱沉，每個激光器陣列條通過導電層串聯，與水道熱沉絕緣，水道孔徑較大，實現軟水制冷。該專利的巴條陣列是每個獨立的，且采用了串聯電極實現了單個巴條陣列的串聯。而所撰寫專利，直接用電極熱沉實現了單個巴條陣列的串聯，增強了激光器的可靠性，且相鄰巴條陣列固定在同一電極熱沉上，能保證多個巴條陣列的全部嚴格共線，陣列越多，共線的優越性越明顯。

中國專利文件CN201877674U提到了《一種小發散角固體激光泵浦模塊封裝結構》，主要技術方案是將單管用金線焊接實現了串聯回路，從而實現了小發散角泵浦。而現有方案每個單管無法確保嚴格共線，且出光是否水平也無法保證，而每個單管用金線焊接形成的串聯回路可靠性不高。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種能嚴格保證半導體巴條線陣激光器有源區出光共線的封裝結構，可實現批量生產大功率線陣激光器。

本發明還提供了一種上述封裝結構的封裝方法。

本發明的技術方案如下：

一種大功率線陣激光器的封裝結構，包括呈一條直線等間距排列的多個半導體巴條線陣激光器，相鄰的2個半導體巴條線陣激光器呈反向設置，例如：一個半導體巴條線陣激光器的p面電極朝上，n面電極朝下；與之相鄰的半導體巴條線陣激光器的p面電極朝下，n面電極朝上，即電極方向相反；

所述半導體巴條線陣激光器的p面電極通過熱沉與一側相鄰的半導體巴條線陣激光器的n面電極串聯連接，所述半導體巴條線陣激光器的n面電極通過熱沉與另一側相鄰的半導體巴條線陣激光器的p面電極串聯連接，位于大功率線陣激光器封裝結構兩端的半導體巴條線陣激光器通過熱沉與外部電源相連，形成串聯電路。線陣激光器各個巴條直接不需要額外的電極連接，自身通過熱沉串聯形成一個完整的串聯電路。通過一個熱沉上焊接兩個相鄰的半導體巴條線陣激光器實現了泵浦源輸出光束的慢軸與側泵的YAG激光棒的軸線平行，有效避免了線陣泵浦源輸出光束不共線的問題，從而提高了光輸出轉換效率。

根據本發明優選的，在成一條直線等間距排列的多個半導體巴條線陣激光器的一側固定設置有絕緣陶瓷基板，在絕緣陶瓷基板朝向半導體巴條線陣激光器的一面設置有圖案金屬層，所述的圖案金屬層的圖案形狀與所述熱沉的排列形狀相適應。絕緣陶瓷基板圖案金屬層起到固定熱沉和傳遞熱量的作用。

根據本發明優選的，在絕緣陶瓷基板的另一面設置有金屬層；在所述的金屬層上固定設置有帶有水道的熱沉。所述半導體巴條線陣激光器工作產生的熱量通過帶有水道的熱沉中的循環水冷卻，以保證激光器的工作狀態下不會因為高溫而失效。