專利名稱:用于實現(xiàn)光學(xué)匯聚的vcsel激光器封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于實現(xiàn)光學(xué)匯聚的VCSEL激光器封裝結(jié)構(gòu)。包括由多個VCSEL芯片組成的VCSEL陣列和用于封裝VCSEL陣列的弧形熱沉，弧形熱沉的封裝面的截面是一個圓的部分外切多邊形，封裝面由多個相互呈一定角度的小封裝平面組成，封裝面內(nèi)凹，且每個小封裝平面的中心法線在圓心位置處相交；VCSEL陣列中的所有VCSEL芯片分別安裝于熱沉的各個小封裝平面上，從而使所有VCSEL芯片分布在同一圓的外圓周上，所有VCSEL芯片的中心法線在圓心位置相交形成焦點，VCSEL芯片到焦點的距離構(gòu)成焦距。這種VCSEL陣列的封裝結(jié)構(gòu)，用非常簡潔的方式改變VCSEL芯片陣列的排列形狀，實現(xiàn)了多個VCSEL芯片在特定位置的光束匯聚，在激光醫(yī)療和工業(yè)激光加工領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】用于實現(xiàn)光學(xué)匯聚的VCSEL激光器封裝結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于實現(xiàn)光學(xué)匯聚的垂直腔面發(fā)射激光器(VerticalCavity Surface Emitting Laser，簡稱VCSEL)封裝結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體激光器【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，根據(jù)發(fā)光方向與激光芯片所在外延片平面的關(guān)系，激光器可劃分為垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，簡稱VCSEL)與邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器(Edge Emitting Laser D1de)兩類。其中，垂直腔面發(fā)射激光器的發(fā)光方向垂直于外延片方向，從反應(yīng)區(qū)的頂面射出，而邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的發(fā)光方向平行于外延片方向，從反應(yīng)區(qū)的邊緣射出。垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)與邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)可參見圖1所示的示意圖。
[0003]過去二十年間，在高功率半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，基于GaAs材料的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器一直占據(jù)統(tǒng)治地位，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域。而傳統(tǒng)的垂直腔面發(fā)射激光器由于具有相對較低的光電效率、較差的光學(xué)亮度，在高功率半導(dǎo)體激光器市場一直沒有得到關(guān)注。
[0004]隨著技術(shù)的進(jìn)步，VCSEL逐漸實現(xiàn)了接近于邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的高功率輸出，同時由于其獨特的結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用中的諸多優(yōu)點，如高可靠性、耐高溫、光學(xué)分布均勻、表面高反射率等等，逐漸在部分領(lǐng)域形成對邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的有力競爭。例如，在部分激光醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用中，為了克服邊發(fā)射激光器始終面臨著可靠性不高、工作溫度苛刻、光學(xué)匯聚效率低、光強(qiáng)分布不均勻等缺點，可以考慮使用VCSEL代替邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器，并通過對VCSEL進(jìn)行光學(xué)匯聚使其達(dá)到較高的光學(xué)匯聚效率，同時可以改善光強(qiáng)分布的均勻性。
[0005]VCSEL的具體結(jié)構(gòu)及其光斑特性如圖1和圖2所示:VCSEL通常以陣列形式進(jìn)行光學(xué)應(yīng)用，VCSEL的發(fā)光方向垂直于外延片所在平面，其發(fā)光區(qū)是圓形光源，發(fā)散角較小(發(fā)散角全角約為15?20度左右)，其遠(yuǎn)場光強(qiáng)近似平頂分布，能量均勻。因此，與邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器相比，VCSEL陣列發(fā)射的光線將更容易匯聚，并且在遠(yuǎn)場目標(biāo)物上能量分布更加均勻。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，VCSEL的封裝結(jié)構(gòu)如圖3所示，通常將單個VCSEL芯片直接焊接于散熱襯底上，散熱襯底的下表面焊接在熱沉上，散熱襯底具有良好的導(dǎo)熱性，并通過熱沉將VCSEL的熱量及時散發(fā)出去，從而實現(xiàn)對使用中的VCSEL進(jìn)行冷卻。在實際使用時，多個VCSEL組成如圖2所示的面陣列，通過將多個VCSEL芯片緊密排列在一塊水平的熱沉上組成VCSEL陣列，可以形成一個更大的出光面，多個VCSEL芯片之間通過金絲焊接。
[0007]在醫(yī)療、工業(yè)等諸多高功率應(yīng)用場合中，往往需要將多個激光器芯片輸出的激光光束進(jìn)行匯聚，以期在目標(biāo)位置達(dá)到更高的功率密度?，F(xiàn)有技術(shù)中，通過控制邊發(fā)射激光器的芯片間距、光學(xué)準(zhǔn)直、透鏡聚焦，目前已經(jīng)可以實現(xiàn)較小的光斑和極高的功率密度。用于邊發(fā)射激光器的光束壓縮方法的具體內(nèi)容可以參見中國發(fā)明申請CN201210054447.8中公開的內(nèi)容。而對于VCSEL，由于是面發(fā)光結(jié)構(gòu)，芯片之間間距無法進(jìn)一步壓縮，光學(xué)準(zhǔn)直亦比較困難，因此，應(yīng)用于邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器陣列的光學(xué)匯聚方法并不適于對VCSEL陣列的光學(xué)匯聚。因此，如何在特定位置對多個VCSEL芯片進(jìn)行聚焦，仍然是一個急需解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于實現(xiàn)光學(xué)匯聚的VCSEL激光器封裝結(jié)構(gòu)。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案:
[0010]一種用于實現(xiàn)光學(xué)匯聚的VCSEL激光器封裝結(jié)構(gòu)，包括由多個VCSEL芯片組成的VCSEL陣列和用于封裝VCSEL陣列的弧形熱沉，所述弧形熱沉的封裝面的截面是一個圓的部分外切多邊形，所述封裝面由多個相互呈一定角度的小封裝平面組成，所述封裝面內(nèi)凹，并且，每個小封裝平面的中心法線在圓心位置處相交；
[0011]所述VCSEL陣列中的所有VCSEL芯片分別安裝于所述熱沉的各個小封裝平面上，從而使所有VCSEL芯片分布在同一圓的外圓周上，并且，所有VCSEL芯片的中心法線在圓心位置相交形成焦點，所述VCSEL芯片到焦點的距離構(gòu)成焦距。
[0012]其中較優(yōu)地，每個所述小封裝平面用于封裝一個或多個VCSEL芯片。
[0013]其中較優(yōu)地，所述VCSEL陣列前方設(shè)置有一個入光面的截面為圓弧狀或圓弧面外切多邊形的光學(xué)傳輸器件，所述光學(xué)傳輸器件的內(nèi)壁平行于以焦點為圓心、以焦距為半徑的圓的半徑方向，所述光學(xué)傳輸器件的長度小于所述VCSEL陣列焦距的長度。
[0014]其中較優(yōu)地，所述光學(xué)傳輸器件是內(nèi)壁拋光的反射鏡筒或者基于內(nèi)壁全反射的導(dǎo)光錐。
[0015]其中較優(yōu)地，所述導(dǎo)光錐的入光面和出光面蒸鍍光學(xué)增透膜。
[0016]其中較優(yōu)地，所述VCSEL陣列中，所有所述VCSEL芯片緊密排列；
[0017]所述光學(xué)傳輸器件的入光面全部覆蓋且僅覆蓋所述VCSEL芯片陣列的發(fā)光區(qū)域。
[0018]本實用新型通過改變VCSEL芯片陣列的排列形狀實現(xiàn)VCSEL激光的匯聚。具體在其封裝結(jié)構(gòu)中，通過內(nèi)凹的弧形熱沉對VCSEL陣列進(jìn)行封裝，使得激光在圓心位置附近達(dá)到光束匯聚的目的。并且，通過在VCSEL陣列前方設(shè)置透射性光學(xué)器件實現(xiàn)了光束的進(jìn)一步壓縮。這種VCSEL陣列的封裝結(jié)構(gòu)，用非常簡潔的方式改變VCSEL芯片陣列的排列形狀，實現(xiàn)了多個VCSEL芯片在特定位置的光束匯聚，在激光醫(yī)療和工業(yè)激光加工領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

【附圖說明】

[0019]圖1是垂直腔面發(fā)射激光器和邊發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是垂直腔面發(fā)射激光器陣列的發(fā)光方向示意圖；
[0021]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中單個VCSEL芯片的封裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本實用新型所提供的VCSEL激光器的匯聚原理示意圖；
[0023]圖5是本實用新型所提供的弧形熱沉的正視示意圖；
[0024]圖6是圖5所示弧形熱沉的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖7是基于圖6所示弧形熱沉的VCSEL陣列的封裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖8是圖7所示VCSEL芯片陣列的封裝結(jié)構(gòu)的匯聚原理示意圖；
[0027]圖9是基于弧形熱沉和導(dǎo)光錐的VCSEL激光器的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)具體的說明。
[0029]本實用新型通過改變VCSEL陣列的排列形狀，實現(xiàn)多個VCSEL芯片在特定位置的光束匯聚。如圖4所示，在該光學(xué)匯聚方法中，通過使VCSEL陣列中所有VCSEL芯片I或其正投影分布于同一圓的外圓周上，并使所有VCSEL芯片I的中心法線在圓心位置相交構(gòu)成焦點，實現(xiàn)VCSEL芯片發(fā)光單元的光束匯聚。由于VCSEL陣列中，VCSEL芯片通常緊密排列在一定區(qū)域內(nèi)，因此，定義VCSEL芯片的分布方式為扇形分布，并定義VCSEL芯片I到焦點的距離為焦距。
[0030]由于VCSEL芯片是圓形光源，發(fā)散角較小(發(fā)散角全角約為15?20度左右)，其遠(yuǎn)場光強(qiáng)近似平頂分布，能量均勻。因此，通過改變VCSEL芯片的排列方式，使不同VCSEL芯片I向同一位置發(fā)射激光，即可實現(xiàn)所有VCSEL芯片I在圓心位置的功率疊加。與邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器相比，由于VCSEL發(fā)射的激光束的發(fā)散角較小，VCSEL陣列發(fā)射的光線匯聚更易于實現(xiàn)，并且其在遠(yuǎn)場目標(biāo)物上能量分布更加均勻。
[0031]為了實現(xiàn)VCSEL芯片的扇形分布，發(fā)明人經(jīng)過試驗研宄，制作了一種封裝面的截面呈圓弧狀外切多邊形的熱沉。由于該熱沉的封裝面近似弧形，簡稱為弧形熱沉。通過該具有內(nèi)凹形封裝面的弧形熱沉對VCSEL陣列進(jìn)行封裝。該弧形熱沉的封裝面如圖6所示，是由多個分布在不同高度且相互呈一定角度的小封裝平面組成，多個小封裝平面組成一個以焦點為圓心的圓的外切多邊形，并且，每個小封裝平面的中心法線在圓心位置相交。其具體結(jié)構(gòu)以及對VCSEL陣列的封裝方式將在下文實施例中詳細(xì)介紹。
[0032]此外，為了進(jìn)一步壓縮VCSEL芯片的光束，同時限定激光的傳播，在VCSEL芯片的前方還可以設(shè)置光學(xué)傳輸器件3。通過使用一個入光面的截面為圓弧狀或圓弧面外切多邊形的光學(xué)傳輸器件3可以對VCSEL陣列射出的激光進(jìn)行進(jìn)一步壓縮。其中，光學(xué)傳輸器件3設(shè)置在VCSEL陣列的出光面的前方，光學(xué)傳輸器件3的內(nèi)壁平行于以焦點為圓心、以焦距為半徑的圓的半徑方向，并且，光學(xué)傳輸器件3的長度小于焦距的長度。實際使用時，光學(xué)傳輸器件3可以采用內(nèi)壁拋光的反射鏡筒或者基于內(nèi)壁全反射的導(dǎo)光錐。
[0033]下面，結(jié)合具體實施例對本實用新型提供的用于實現(xiàn)上述光學(xué)聚焦方法的VCSEL激光器的封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
[0034]第一實施例
[0035]為了將多個VCSEL芯片的光束匯聚到一起，本實用新型提供了一種封裝面的截面外切于圓弧面的多邊形熱沉，用于封裝VCSEL激光器陣列，從而使得在弧面圓心位置附近，實現(xiàn)了多個VCSEL芯片在一個方向上的光學(xué)匯聚。
[0036]如圖5、圖6和圖7所示，弧形熱沉2的封裝面的截面近似于內(nèi)凹的弧形。具體為由多個小封裝平面20的截面彼此相互呈一定角度構(gòu)成的多邊形，該多邊形是以VCSEL陣列的焦點(目標(biāo)物所在的匯聚點)為圓心O、以焦距為半徑R的圓的部分外切多邊形，其中，每個小封裝平面20的中心法線均匯聚于焦點。實際使用中，其匯聚點可以有一定偏差，只要小封裝平面20的中心法線可以匯聚于焦點附近即可，但偏差的范圍應(yīng)限制在一個極小的角度內(nèi)。
[0037]本實用新型所提供的VCSEL激光器的封裝結(jié)構(gòu)，使用上述弧形熱沉2對VCSEL陣列中所有的VCSEL芯片進(jìn)行封裝。如圖7所示，分別將VCSEL陣列中的所有VCSEL芯片安裝于弧形熱沉2的各個小封裝平面上，并且，在每個小封裝平面20上可以封裝一個或多個VCSEL芯片I，這樣可以使所有VCSEL芯片I的正投影全部分布在以焦點為圓心O、以焦距為半徑R的圓的外圓周上，并且，所有VCSEL芯片的中心法線在圓心位置相交形成焦點，VCSEL芯片到焦點的距離構(gòu)成焦距。
[0038]上面對第一實施例中的VCSEL激光器的封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹。如圖8所示，通過將VCSEL芯片I分別封裝在弧形熱沉2的小封裝平面20上，即可實現(xiàn)VCSEL芯片在焦距附近的匯聚。從而，所有VCSEL發(fā)光單元的光束，可以沿每個VCSEL芯片I的中心法線方向在圓心位置相交，實現(xiàn)功率的疊加。
[0039]第二實施例
[0040]為了對第一實施例中匯聚的光束進(jìn)行進(jìn)一步的光束壓縮，本實用新型在提供弧形熱沉的同時，還設(shè)計了一種入光面為圓弧面或者圓弧面外切多邊形的光學(xué)傳輸器件3，通過該光學(xué)傳輸器件3可以實現(xiàn)激光的高效傳輸，并對激光具有一定的光束壓縮作用，實現(xiàn)光束匯聚功能。
[0041]如圖9所示，該光學(xué)傳輸器件3的入光面的截面呈圓弧形，其入光面的圓心與激光器的匯聚點相同，從而使入光面與VCSEL陣列中的各個VCSEL芯片的出光面相切，VCSEL芯片出光面的中心法線垂直于光學(xué)傳輸器件3的入光面，VCSEL芯片I發(fā)射的激光可以直射入光學(xué)傳輸器件3的內(nèi)部，并且，每個VCSEL的發(fā)散角都可以得到壓縮。該光學(xué)傳輸器件3的內(nèi)壁可以平行于以焦點為圓心、以焦距為半徑的圓的半徑方向設(shè)置，也就是說:該光學(xué)傳輸器件3的四個側(cè)壁可以平行于VCSEL陣列最外側(cè)到目標(biāo)物之間的半徑方向設(shè)置，通過光學(xué)傳輸器件3上下面及左右兩側(cè)面的內(nèi)壁全反射，實現(xiàn)在光學(xué)傳輸器件3靠近圓心一端的匯聚輸出。該光學(xué)傳輸器件3的入光面大于其出光面，并且其出光面設(shè)置在目標(biāo)物附近，光學(xué)傳輸器件3的長度小于VCSEL陣列焦距的長度。
[0042]實際使用中，通常選取內(nèi)壁拋光的反射鏡筒或者基于內(nèi)壁全反射的導(dǎo)光錐作為光學(xué)傳輸器件3。其中，反射鏡筒利用內(nèi)壁鏡面反射方式實現(xiàn)激光從芯片發(fā)光區(qū)到目標(biāo)物3的傳輸和匯聚。導(dǎo)光錐利用內(nèi)壁全反射方式實現(xiàn)激光從芯片發(fā)光區(qū)到目標(biāo)物3的傳輸和匯聚。為了提高導(dǎo)光錐的透光效率，導(dǎo)光錐的入光面和出光面可以分別蒸鍍光學(xué)增透膜。錐形反射鏡筒或?qū)Ч忮F，通過將光束會聚到較小一側(cè)的輸出窗口，實現(xiàn)光學(xué)匯聚功能。
[0043]為了提高VCSEL陣列的輸出功率密度，在VCSEL陣列中，所有VCSEL芯片應(yīng)緊密排列，盡量減小VCSEL芯片之間的間隙，這在一方面減小了封裝結(jié)構(gòu)的體積，另一方面，可以充分利用VCSEL芯片固有的高反射率，實現(xiàn)VCSEL芯片對經(jīng)由目標(biāo)物和光學(xué)傳輸器件3反射回來的反射光線的高效的二次利用。由于VCSEL芯片陣列的表面具有極高的反射率，尤其是VCSEL芯片所占的面積上，反射率高達(dá)99.5%甚至以上，所以通過該VCSEL芯片陣列表面對目標(biāo)物折回的反射光線進(jìn)行高效的二次利用，對于照射到目標(biāo)物上的輸出功率具有不可忽視的增強(qiáng)作用，充分提高了激光的利用率。而在使用圖9所示的光學(xué)傳輸器件3對VCSEL陣列的出光面進(jìn)行耦合時，通過使光學(xué)傳輸器件的入光面全部覆蓋且僅覆蓋VCSEL芯片陣列的發(fā)光區(qū)域，可以減小VCSEL陣列中非發(fā)光區(qū)域?qū)Ψ瓷涔饩€的影響，減小激光逃逸。
[0044]此外，光學(xué)傳輸器件3的截面還可以呈圓弧面外切多邊形，其入光面可以由多個互相呈一定角度的小平面組成，并且，其圓心與熱沉的圓心同心。使光學(xué)傳輸器件3的每個小平面與弧形熱沉2的單個小封裝平面20對應(yīng)且平行，可以使封裝于各個小封裝平面上的VCSEL芯片的中心法線與其對應(yīng)的小平面垂直，從而，使得VCSEL芯片I發(fā)射的激光可以直射入光學(xué)傳輸器件3的內(nèi)部，并且，每個VCSEL的發(fā)散角都可以得到壓縮。此外，這種圓弧面外切多邊形的設(shè)置極大地減小了 VCSEL芯片I與光學(xué)傳輸器件3之間的距離，減少了縫隙處的激光逃逸。
[0045]第二實施例中提供了兩種VCSEL激光器的封裝結(jié)構(gòu)，多個VCSEL芯片可以通過導(dǎo)光錐或反射鏡筒的上下面及左右兩側(cè)面的內(nèi)壁全反射或鏡面反射，實現(xiàn)在靠近圓心一端的匯聚輸出。輸出口的位置，以圓心處或圓心附近最佳。另外，其左右側(cè)面，可以向圓心處逐漸靠近形成銳角，進(jìn)而進(jìn)一步壓縮光束。
[0046]第三實施例
[0047]在本實施例中，對VCSEL陣列的特殊封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。
[0048]當(dāng)采用單組VCSEL芯片構(gòu)成線性VCSEL陣列時，將其封裝在平面熱沉上，配合梯臺形導(dǎo)光錐或者反射鏡筒，直接輸出激光。當(dāng)采用兩組VCSEL芯片構(gòu)成長條形的VCSEL陣列時，可以將兩組VCSEL芯片封裝在V字形熱沉上，配合導(dǎo)光錐或者錐形反射鏡筒，在輸出口位置實現(xiàn)光束匯聚。此時，應(yīng)注意使用光學(xué)傳輸器件3對VCSEL激光器在長度方向上進(jìn)行壓縮，使其匯聚于一點。
[0049]當(dāng)然，也可以直接將封裝單組VCSEL芯片的熱沉制作成截面呈圓的外切多邊形的形狀，此時，其對單組VCSEL芯片的封裝，等同于第一實施例中，在每個小封裝平面上只封裝一個VCSEL芯片時的情形，因此在此不再贅述。
[0050]綜上所述，本實用新型提供了用于實現(xiàn)光學(xué)匯聚的VCSEL激光器封裝結(jié)構(gòu)，通過采用基于弧面多邊形的熱沉對VCSEL進(jìn)行封裝，進(jìn)而在圓心位置附近達(dá)到光束匯聚的目的。激光器熱沉封裝面為一個圓的外切多邊形，每個封裝平面的中心法線方向在圓心位置附近相交；每個封裝平面可以封裝一個或多個VCSEL芯片。對于小功率應(yīng)用，熱沉可以采用傳輸制冷或者普通水通道冷卻，對于高功率應(yīng)用，熱沉可以加工成帶有微通道的通水冷卻結(jié)構(gòu)，以提高熱交換效率。在不同的封裝結(jié)構(gòu)中，多個VCSEL芯片的光束匯聚可以不依賴外部透鏡即可實現(xiàn)多個VCSEL光束的匯聚；也可以配合外部光學(xué)器件(如導(dǎo)光錐、錐形鏡筒等)實現(xiàn)進(jìn)一步的光斑壓縮。這種封裝方式簡單方便、易于實施。
[0051]以上VCSEL激光器的封裝結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了一個實際可用的激光器模組，比起基于普通平行光錐或者鏡筒的邊發(fā)射激光器模組，具有以下明顯的優(yōu)勢:該激光器模組使用VCSEL替代了傳統(tǒng)的邊發(fā)射激光器，大幅提高了激光器的可靠性；該激光器模組可以在80°C甚至更高溫度下工作，更能適應(yīng)惡劣的環(huán)境溫度；該激光器模組具有更高的匯聚效率(因為VCSEL發(fā)散角更小，且向圓心匯聚)，光學(xué)損失小；該激光器模組在光學(xué)出口位置分布更為均勻，近似平頂分布，而非疊加的高斯分布；該激光器模組比邊發(fā)射激光器模組更易實現(xiàn)更高的功率密度。因此，這種光學(xué)匯聚方法解決了傳統(tǒng)邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器在過去幾十年的可靠性低、不耐高溫的缺點，大幅提高了激光器在脈沖狀態(tài)下的使用壽命。同時通過具有匯聚作用的光學(xué)傳導(dǎo)器件的引入，在保證高傳輸效率的情況下實現(xiàn)了多個VCSEL發(fā)光單元的功率疊加，大幅提高了光學(xué)出口的功率密度，并保證了相對均勻的光學(xué)能量分布。這種VCSEL激光器的封裝結(jié)構(gòu)，在激光醫(yī)療和工業(yè)激光加工領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0052]以上對本實用新型所提供的用于實現(xiàn)光學(xué)匯聚的VCSEL激光器封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的說明。對本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言，在不背離本實用新型實質(zhì)精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都將構(gòu)成對本實用新型專利權(quán)的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
【權(quán)利要求】
1.一種用于實現(xiàn)光學(xué)匯聚的VCSEL激光器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于包括由多個VCSEL芯片組成的VCSEL陣列和用于封裝VCSEL陣列的弧形熱沉，所述弧形熱沉的封裝面的截面是一個圓的部分外切多邊形，所述封裝面由多個相互呈一定角度的小封裝平面組成，所述封裝面內(nèi)凹，并且，每個小封裝平面的中心法線在圓心位置處相交； 所述VCSEL陣列中的所有VCSEL芯片分別安裝于所述熱沉的各個小封裝平面上，從而使所有VCSEL芯片分布在同一圓的外圓周上，并且，所有VCSEL芯片的中心法線在圓心位置相交形成焦點，所述VCSEL芯片到焦點的距離構(gòu)成焦距。2.如權(quán)利要求1所述的VCSEL激光器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于: 每個所述小封裝平面用于封裝一個或多個VCSEL芯片。3.如權(quán)利要求1所述的VCSEL激光器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述VCSEL陣列前方設(shè)置有一個入光面的截面為圓弧狀或圓弧面外切多邊形的光學(xué)傳輸器件，所述光學(xué)傳輸器件的內(nèi)壁平行于以焦點為圓心、以焦距為半徑的圓的半徑方向，所述光學(xué)傳輸器件的長度小于所述VCSEL陣列焦距的長度。4.如權(quán)利要求3所述的VCSEL激光器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述光學(xué)傳輸器件是內(nèi)壁拋光的反射鏡筒或者基于內(nèi)壁全反射的導(dǎo)光錐。5.如權(quán)利要求4所述的VCSEL激光器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述導(dǎo)光錐的入光面和出光面蒸鍍光學(xué)增透膜。6.如權(quán)利要求3所述的VCSEL激光器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述VCSEL陣列中，所有所述VCSEL芯片緊密排列； 所述光學(xué)傳輸器件的入光面全部覆蓋且僅覆蓋所述VCSEL芯片陣列的發(fā)光區(qū)域。
【文檔編號】H01S5-183GK204290033SQ201420680059
【發(fā)明者】李陽, 李德龍 [申請人]李德龍