專利名稱：多個(gè)半導(dǎo)體激光器的立式光纖耦合模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器的光纖耦合技術(shù)，尤其涉及一種多個(gè)半導(dǎo)體激光器的立式光纖耦合模塊。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的激光顯示或其他需要高功率激光輸出的場合中，通常采用半導(dǎo)體激光器 (LD)陣列作為光源。單個(gè)半導(dǎo)體激光器的輸出光功率較低，往往不能滿足激光顯示對(duì)于高功率激光光源的要求，實(shí)際應(yīng)用中常將多個(gè)獨(dú)立的半導(dǎo)體激光器的輸出光整形、合并到一起輸出。為了將LD產(chǎn)生的激光導(dǎo)入光纖，需要先將單個(gè)LD封裝到某種特定的封裝模塊內(nèi)， 以使其產(chǎn)生的光信號(hào)穩(wěn)定可靠地耦合到光纖，再將多個(gè)封裝好的LD模塊以陣列方式排布在一個(gè)基板上，以達(dá)到統(tǒng)一供電并將直流偏置、調(diào)制信號(hào)等電信號(hào)引入LD的目的。圖9為一種常見的封裝模塊的列陣平面示意圖，包括底板905與固定在其上的多個(gè)常見的蝶形封裝模塊，蝶形封裝模塊的外殼904兩側(cè)開設(shè)有固定槽903，外殼904上還設(shè)有光纖耦合組件906、接電針腳902，光纖406自光纖耦合部件906引出并集束于A點(diǎn)，電路走線901自接電針腳902引出。這種排布具有以下缺點(diǎn)1、電路走線901與光纖406在一個(gè)平面內(nèi)完成，彼此之間容易纏繞，影響安裝、維修等操作。2、從集束點(diǎn)A到各光纖耦合組件906所使用的光纖長度不一致，使得實(shí)際操作中需要準(zhǔn)備不同長度的光纖，為光纖的準(zhǔn)備帶來不便。并且光纖可替換性不強(qiáng)。3、封裝模塊的排布密度小，由于走線的需要，封裝模塊排布在底板905上時(shí)，模塊之間必須錯(cuò)開排列，無法達(dá)到最大排布數(shù)量。為解決上述LD封裝模塊存在的問題，本領(lǐng)域技術(shù)人員做出了一些改進(jìn)，如專利申請(qǐng)?zhí)枮?00820080688.9的中國實(shí)用新型專利名稱為一種半導(dǎo)體激光器封裝模塊及其列陣，該實(shí)用新型提供了一種半導(dǎo)體激光器封裝模塊，如圖8所示，包括管殼803、鎖緊槽801、 光纖耦合部件802、半導(dǎo)體激光器202和針腳103 ；管殼803的兩側(cè)設(shè)置有鎖緊槽801，管殼 803上還固定有光纖耦合部件802和針腳103，半導(dǎo)體激光器202則安裝在管殼內(nèi)部，其中光纖耦合部件802和半導(dǎo)體激光器202同軸放置，且光纖耦合部件802的軸和鎖緊槽801 所在的平面垂直。該實(shí)用新型的模塊排列成列陣后，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、從光纖集束點(diǎn)到各光纖耦合部件的長度基本相同，便于光纖的替換維護(hù)。2、半導(dǎo)體激光器封裝模塊中的光纖耦合部件與針腳不在同一平面內(nèi)，使得列陣中的電路走線和光纖走線在不同平面內(nèi)完成，彼此之間不會(huì)纏繞，進(jìn)而影響安裝、維護(hù)。3、半導(dǎo)體激光封裝模塊在列陣中排布密度與傳統(tǒng)技術(shù)相比較高，同等面積下可排布更多的封裝模塊，即列陣總功率較大。但該實(shí)用新型在一個(gè)封裝模塊內(nèi)只放置一個(gè)半導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器的排列密度仍有提高的空間。另外LD封裝模塊內(nèi)需要單獨(dú)設(shè)置TEC(半導(dǎo)體致冷器)，再將列陣中每個(gè)LD封裝模塊中的TEC串聯(lián)，模塊制造成本較高且整體穩(wěn)定性不易控制。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的布線復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，制造成本較高的問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整和維修方便，排布密度大的半導(dǎo)體激光模塊。多個(gè)半導(dǎo)體激光器的立式光纖耦合模塊，包括封裝外殼和開設(shè)在封裝外殼頂部的多個(gè)固定裝置，在所述的固定裝置上設(shè)置有透鏡-光纖組件，封裝外殼內(nèi)設(shè)有與透鏡-光纖組件共軸的半導(dǎo)體激光器、用于固定半導(dǎo)體激光器的熱沉、用于固定熱沉并電連接半導(dǎo)體激光器的基板(基板與半導(dǎo)體激光器之間的電連接為現(xiàn)有技術(shù)，如通過導(dǎo)線與焊點(diǎn)的連接導(dǎo)通，圖中未示)，所述的透鏡-光纖組件、半導(dǎo)體激光器的軸與基板所在平面垂直，所述半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光垂直于基板向上入射到透鏡-光纖組件。在半導(dǎo)體激光器發(fā)射激光一端還設(shè)有用于進(jìn)行快軸準(zhǔn)直的透鏡(快軸準(zhǔn)直透鏡為現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明中采用球面自聚焦透鏡，體積較小，圖中未示)。所述的半導(dǎo)體激光器為單個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片或半導(dǎo)體激光器bar條或多個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片組成的半導(dǎo)體激光器列陣。所述的固定裝置為固定管或安裝孔。所述的固定管與透鏡-光纖組件之間的固定方式為焊接或膠接或套接，所述的安裝孔與透鏡-光纖組件之間的固定方式為焊接或膠接。所述的基板與封裝外殼之間還設(shè)有半導(dǎo)體致冷器。所述的半導(dǎo)體致冷器與基板、封裝外殼之間的連接方式為焊接或螺接。所述透鏡-光纖組件由透鏡組件、透鏡適配環(huán)、限位環(huán)、光纖、光纖插針和套筒構(gòu)成。所述透鏡組件為自聚焦透鏡、圓柱形透鏡、雙曲面透鏡、C透鏡和組合透鏡的其中之一。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、采用立式耦合排列結(jié)構(gòu)，將多個(gè)半導(dǎo)體激光器封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，半導(dǎo)體激光器之間排列更緊密，縮減了 LD之間的無用空間；且半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束與基板所在平面垂直，透鏡——光纖組件設(shè)置在封裝外殼頂部，光纖與電路不相互干擾，簡化了光纖集束結(jié)構(gòu)，相比原同功率模塊體積減小至三十分之一。2、本發(fā)明的電氣連接采用電路板代替了電線連接，只需將LD 二極管的正負(fù)極連接至周邊電路板的焊點(diǎn)即可，大大提高了模塊的穩(wěn)定性和維修、更換的易操作性。3、采用半導(dǎo)體致冷器(TEC)整體散熱，相比原系統(tǒng)的LD獨(dú)立TEC串聯(lián)，新模塊采用一整塊TEC為整個(gè)模塊散熱，在保證了散熱效果的同時(shí)提高了模塊的穩(wěn)定性，降低了成本。4、相比原系統(tǒng)采用球透鏡聚焦，外部機(jī)械調(diào)整耦合，新模塊采用體積較小的球面自聚焦透鏡，利用套筒的同心配合精度保證自聚焦透鏡和光纖的對(duì)準(zhǔn)；結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，且能夠保證激光耦合的效率和穩(wěn)定性，并能實(shí)現(xiàn)光纖接頭的插拔，提高了系統(tǒng)的易用性；適用于大規(guī)模的模塊化生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的立體圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的側(cè)面剖視圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例1設(shè)置有半導(dǎo)體激光器的基板示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的透鏡-光纖組件工作原理示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例2的側(cè)面剖視圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例2的俯視圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例3設(shè)置有半導(dǎo)體激光器的基板示意圖；圖8是專利申請(qǐng)?zhí)枮?00820080688. 9的示意圖；圖9是常見的封裝模塊的列陣平面示意圖。圖中各部件序號(hào)如下101——封裝外殼、102——透鏡-光纖組件、103——針腳、104——固定管、 201——基板、202——半導(dǎo)體激光器、203——半導(dǎo)體致冷器、204——熱沉、301——焊點(diǎn)、 302——針腳焊點(diǎn)、401——透鏡適配環(huán)、402——限位環(huán)、403——套筒、404——光纖插針、405——插針尾、406——光纖、407——自聚焦透鏡、408——激光束、501——安裝孔、
502——固定件、801——鎖緊槽、802——光纖耦合部件、803-管殼、901——電路走
線、902——接電針腳、903——固定槽、904——外殼、905——底板、906——光纖耦合組件。
具體實(shí)施例方式下面依據(jù)上述附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)地描述本發(fā)明的半導(dǎo)體激光模塊。實(shí)施例1 參見圖1所示，多個(gè)半導(dǎo)體激光器的立式光纖耦合模塊，包括封裝外殼101和開設(shè)在封裝外殼101頂部的九個(gè)固定管104。如圖2、圖3所示，在每個(gè)固定管104內(nèi)設(shè)置有一個(gè)透鏡-光纖組件102，封裝外殼101內(nèi)設(shè)有與透鏡-光纖組件102共軸的九個(gè)半導(dǎo)體激光器202、用于固定半導(dǎo)體激光器202的熱沉204、用于固定熱沉204并電連接半導(dǎo)體激光器 202的基板201，半導(dǎo)體激光器202通過熱沉204固定在基板201上。所述的透鏡-光纖組件102、半導(dǎo)體激光器202的軸與基板201所在平面垂直，所述的半導(dǎo)體激光器202發(fā)射的激光垂直于基板201向上入射到透鏡-光纖組件102，在半導(dǎo)體激光器202發(fā)射激光一端還設(shè)有快軸準(zhǔn)直透鏡。(快軸準(zhǔn)直透鏡為現(xiàn)有技術(shù)，圖中未示)。所述的半導(dǎo)體激光器202為單個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片，也可為半導(dǎo)體激光器bar條或多個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片組成的半導(dǎo)體激光器列陣。在封裝外殼101上還設(shè)有用于連接外部導(dǎo)線的針腳103。所述的固定管104與透鏡-光纖組件102之間的固定方式為焊接，也可為膠接或套接。如圖2所示，所述的基板201與封裝外殼101之間還設(shè)有半導(dǎo)體致冷器203，所述的半導(dǎo)體致冷器203與基板201、封裝外殼101之間的連接方式為焊接。如圖3所示，基板201上設(shè)有用于導(dǎo)通半導(dǎo)體激光器202的焊點(diǎn)301和針腳焊點(diǎn) 302。如圖4所示，所述的透鏡-光纖組件102由透鏡組件、透鏡適配環(huán)401、限位環(huán)402、 光纖406、光纖插針404和套筒403構(gòu)成，所述的透鏡組件為自聚焦透鏡407，也可選用圓柱形透鏡、雙曲面透鏡、C透鏡和組合透鏡的其中之一。自聚焦透鏡407設(shè)置在透鏡適配環(huán)401內(nèi)，以保證其外徑與光纖插針404外徑相同，光纖406的一端裝在光纖插針404內(nèi)，光纖插針404從套筒403 —端插入并頂緊設(shè)置在套筒403內(nèi)的限位環(huán)402，光纖插針404的位置由限位環(huán)402、插針尾405決定。限位環(huán)402的內(nèi)徑小于光纖插針404的外徑，光纖插針 404在套筒403內(nèi)最深插在限位環(huán)402處。自聚焦透鏡407通過透鏡適配環(huán)401固定在套筒403的另一端。套筒403的同心配合精度保證了自聚焦透鏡407與光纖406的對(duì)準(zhǔn)，自半導(dǎo)體激光器202發(fā)射的激光束408通過自聚焦透鏡407耦合入光纖406，耦合效率可達(dá)到 90%。自聚焦透鏡406也可用圓柱形透鏡、雙曲面透鏡、C透鏡或組合透鏡替代。實(shí)施例2 參見圖5所示，多個(gè)半導(dǎo)體激光器的立式光纖耦合模塊，包括封裝外殼101和開設(shè)在封裝外殼101頂部的九個(gè)安裝孔501，在每個(gè)安裝孔502內(nèi)設(shè)置有一個(gè)透鏡-光纖組件 102，封裝外殼101內(nèi)設(shè)有與透鏡-光纖組件102共軸的九個(gè)半導(dǎo)體激光器202、用于固定半導(dǎo)體激光器202的熱沉204、用于固定熱沉204并電連接半導(dǎo)體激光器202的基板201，半導(dǎo)體激光器202通過熱沉204固定在基板201上。所述的透鏡-光纖組件102、半導(dǎo)體激光器202的軸與基板201所在平面垂直，所述的半導(dǎo)體激光器202發(fā)射的激光垂直于基板 201向上入射到透鏡-光纖組件102，在半導(dǎo)體激光器202發(fā)射激光一端還設(shè)有快軸準(zhǔn)直透鏡。(快軸準(zhǔn)直透鏡為現(xiàn)有技術(shù)，圖中未示)。如圖6所示，所述的半導(dǎo)體激光器202為半導(dǎo)體激光器bar條，也可為多個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片組成的半導(dǎo)體激光器列陣。在封裝外殼 101上還設(shè)有用于連接外部導(dǎo)線的針腳103。所述的透鏡-光纖組件102的套筒上設(shè)有固定件502，透鏡——光纖組件102通過固定件502焊接在安裝孔501內(nèi)，透鏡——光纖組件的固定方式也可為膠接。所述的基板201與封裝外殼101之間還設(shè)有半導(dǎo)體致冷器203，所述的半導(dǎo)體致冷器203與基板201、封裝外殼101之間的連接方式為螺接。所述的透鏡-光纖組件102與實(shí)施例1主要結(jié)構(gòu)相同。實(shí)施例3 與實(shí)施例1主要結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別在于所述的基板201上設(shè)置4個(gè)半導(dǎo)體激光器 202，如圖7所示，基板上設(shè)有用于導(dǎo)通半導(dǎo)體激光器202的焊點(diǎn)301、針腳焊點(diǎn)302。本發(fā)明中的所有附圖內(nèi)的元件尺寸和距離均為示意作用，不具有限制作用，具體應(yīng)用過程會(huì)與此有所區(qū)別。最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.多個(gè)半導(dǎo)體激光器的立式光纖耦合模塊，包括封裝外殼(101)和開設(shè)在封裝外殼(101)頂部的多個(gè)固定裝置，其特征在于在所述的固定裝置上設(shè)置有透鏡-光纖組件 (102)，封裝外殼(101)內(nèi)設(shè)有與透鏡-光纖組件(10 共軸的半導(dǎo)體激光器002)、用于固定半導(dǎo)體激光器(20 的熱沉004)、用于固定熱沉(204)并電連接半導(dǎo)體激光器(202) 的基板001)，所述的透鏡-光纖組件(102)、半導(dǎo)體激光器Q02)的軸與基板(201)所在平面垂直，所述的半導(dǎo)體激光器(20 發(fā)射的激光垂直于基板O01)向上入射到透鏡-光纖組件(102)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多個(gè)半導(dǎo)體激光器的立式光纖耦合模塊，其特征在于所述的半導(dǎo)體激光器(20 為單個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片或半導(dǎo)體激光器bar條或多個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片組成的半導(dǎo)體激光器列陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多個(gè)半導(dǎo)體激光器的立式光纖耦合模塊，其特征在于所述的固定裝置為固定管(104)或安裝孔(501)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多個(gè)半導(dǎo)體激光器的立式光纖耦合模塊，其特征在于所述的固定管(104)與透鏡-光纖組件(10 之間的固定方式為焊接或膠接或套接，所述的安裝孔(501)與透鏡-光纖組件(10 之間的固定方式為焊接或膠接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多個(gè)半導(dǎo)體激光器的立式光纖耦合模塊，其特征在于所述的基板O01)與封裝外殼(101)之間還設(shè)有半導(dǎo)體致冷器003)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多個(gè)半導(dǎo)體激光器的立式光纖耦合模塊，其特征在于所述的半導(dǎo)體致冷器(20 與基板001)、封裝外殼(101)之間的連接方式為焊接或螺接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多個(gè)半導(dǎo)體激光器的立式光纖耦合模塊，其特征在于所述透鏡-光纖組件(10 由透鏡組件、透鏡適配環(huán)001)、限位環(huán)002)、光纖006)、光纖插針 (404)和套筒(403)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多個(gè)半導(dǎo)體激光器的立式光纖耦合模塊，其特征在于所述透鏡組件為自聚焦透鏡007)、圓柱形透鏡、雙曲面透鏡、C透鏡和組合透鏡的其中之一。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多個(gè)半導(dǎo)體激光器的立式光纖耦合模塊，包括封裝外殼和開設(shè)在封裝外殼頂部的多個(gè)固定裝置，在所述的固定裝置上設(shè)置有透鏡-光纖組件，封裝外殼內(nèi)設(shè)有與透鏡-光纖組件共軸的半導(dǎo)體激光器、用于固定半導(dǎo)體激光器的熱沉、用于固定熱沉并電連接半導(dǎo)體激光器的基板，所述的透鏡-光纖組件、半導(dǎo)體激光器的軸與基板所在平面垂直，所述的半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光垂直于基板向上入射到透鏡-光纖組件。在半導(dǎo)體激光器發(fā)射激光一端還設(shè)有用于進(jìn)行快軸準(zhǔn)直的透鏡。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整和維修方便，穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S5/40GK102315591SQ20101021386
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者亓巖, 張瑛, 房濤, 畢勇, 王戈, 閔海濤 申請(qǐng)人:北京中視中科光電技術(shù)有限公司