[發明專利]一種半導體激光器階梯結構熱沉

在審

• 申請號: 201910595587.8
• 申請日: 2019-07-03
• 公開（公告）號: CN110429465A
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 李軍;席道明;陳云;馬永坤;呂艷釗;魏皓
• 申請（專利權）人: 江蘇天元激光科技有限公司
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S5/00;G02B27/48
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 蒯建偉

本發明提供一種半導體激光器階梯結構熱沉，包含：階梯熱沉；所述階梯熱沉設置有多個階梯平面，且各相鄰階梯平面間高度差值從中間向兩邊呈遞增趨勢；階梯熱沉上中間位置階梯平面與底面呈平行平面結構；所述激光芯片輸出激光經快軸準直鏡、慢軸準直鏡實現光斑整形，最后經反射鏡實現光斑的重新排列；本發明通過階梯平面高度差的控制，有效避免反射鏡對高階平面上反射光束的遮擋，提高光束的傳輸效率；階梯面的角度控制對多束激光的光斑進行重新排列，提高光斑中心區域的激光功率密度，減小聚焦透鏡的球差，有效提高多芯片激光聚焦的耦合效率。

技術領域

本申請屬于激光技術領域，具體地說，涉及半導體激光封裝技術。

背景技術

半導體激光器具有體積小、重量輕、壽命長、波長覆蓋范圍廣等優點，但由于芯片尺寸的限制使輸出激光光斑具有很大的發散性，半導體激光器尾纖輸出技術有效改善其輸出光斑特性，使半導體激光器廣泛應用于軍事、醫療、通信等領域。

隨著工藝技術水平的提高單激光芯片輸出功率已經實現20W功率輸出，但其功率水平仍無法滿足工業應用需求。為實現高功率半導體激光輸出，常采用兩種工藝方法進行實現：一種是采用巴條結構的激光芯片進行光束整形、重排耦合，其輸出功率常達到KW功率量級，但其激光能量及功率密度較低；另一種方法是對多個激光芯片輸出的光進行空間結構整形耦合到光纖中傳輸，該方式通過對多個激光芯片的空間位置進行排列，實現輸出激光光束在聚焦透鏡前的光束緊密排列，降低光斑的尺寸實現高效率耦合。采用多激光芯片合束的方式目前已經實現了300W激光功率輸出，各激光芯片常采用階梯熱沉結構作為焊接熱沉實現激光芯片的階梯狀空間排布，并在各階梯處設置反射鏡實現各激光芯片的光束偏轉。階梯熱沉的高度差的設置過大會使最終重排的光斑形狀過大在透鏡聚焦過程中引入的像差也較大；高度差設置過小，設置的反射鏡又會對高階激光光束造成攔截導致一部分激光無法通過聚焦透鏡耦合到光纖，兩種情況都會直接降低激光的耦合效率。

發明內容

針對上述問題，本申請所要解決的技術問題是提供一種新型的階梯結構熱沉。

本申請解決上述技術問題采取的技術方案是：一種半導體激光階梯結構熱沉，包含：階梯熱沉；階梯熱沉上設置有多個臺階；激光芯片分別焊接在所述臺階上，實現激光芯片在垂直方向的空間分布；所述激光芯片輸出激光經快軸準直鏡、慢軸準直鏡實現光斑整形，最后經反射鏡實現光斑的重新排列。

根據本發明的一實施方式，其中上述階梯結構熱沉各階梯面上芯片焊接端略高于另一端，便于透鏡的固定。

根據本發明的一實施方式，其中上述階梯結構熱沉各階梯面的高度差值從中間向兩邊呈遞增趨勢。其中中間位置的定義為：當階梯數為奇數時，中間階梯位置即為中間位置；當階梯數為偶數時候，中間兩個平面為中間位置，高度差值變化從這兩哥階梯往兩側開始變化。

根據本發明的一實施方式，其中上述階梯結構熱沉中間位置階梯面與底面呈平行結構。

根據本發明的一實施方式，其中上述階梯結構熱沉除中間位置階梯面外，其余兩側的階梯面均與底面呈一定角度的結構。當階梯數為偶數時候，中間兩個平面設置成平行平面。

根據本發明的一實施方式，其中上述階梯結構熱沉中間位置階梯面以上階梯面與底面呈的角度為負值，中間位置階梯面以下階梯面與底面呈的角度為正值。

與現有技術相比，本申請可以獲得以下技術效果：

1）本發明采用階梯結構熱沉各階梯面高度差呈遞增趨勢，能夠有效避免階梯面上固定的反射鏡對其相鄰激光光束的遮擋，能提高傳輸到聚焦透鏡前激光功率水平。