多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光裝置，更具體地說(shuō)，涉及一種多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件。
【背景技術(shù)】
[0002]由于半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)特征和發(fā)光特性決定了其所發(fā)出的光在垂直有源層方向(通稱快軸)具有較大發(fā)散角及較窄的發(fā)光區(qū)，在平行有源層方向(通稱慢軸)具有較小發(fā)散角及較大的發(fā)光區(qū)。由于其光束空間發(fā)散的特性，如果需要將多個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片封裝到一個(gè)具有光纖輸出的產(chǎn)品里，則需要先將半導(dǎo)體激光器芯片發(fā)出的光束進(jìn)行快軸和慢軸光束準(zhǔn)直，將光束整形為一個(gè)近似平行光的橢圓形光束，然后再對(duì)多個(gè)光束進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)及布局，最終通過(guò)會(huì)聚透鏡將多個(gè)光束耦合進(jìn)入光纖中。由于當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω吖β实陌雽?dǎo)體激光器光纖耦合輸出產(chǎn)品的需求不斷提高，如何能將數(shù)十個(gè)的單管半導(dǎo)體激光器封裝到一個(gè)產(chǎn)品里成為了一個(gè)挑戰(zhàn)。
[0003]現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合輸出產(chǎn)品多受產(chǎn)品光學(xué)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的局限且合格率低，很難將200瓦以上的產(chǎn)品進(jìn)行量產(chǎn)，量產(chǎn)最大功率產(chǎn)品為美國(guó)的140瓦多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件(14個(gè)半導(dǎo)體激光器封裝芯片)。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的這種多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件100的示意圖，其代表了當(dāng)今主流的封裝模式，這種多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件100的主要缺陷如下:
[0004]此器件100采用雙排設(shè)計(jì)，先將多個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片101焊接在雙排具有臺(tái)階結(jié)構(gòu)的金屬載體102上，并分別通過(guò)快軸和慢軸準(zhǔn)直透鏡103、104將半導(dǎo)體激光器芯片101的光束進(jìn)行空間整形為近似平行橢圓光束，每一路光束再通過(guò)對(duì)應(yīng)的反射鏡105將一排芯片的光束整理成整齊的一列平行光束，然后再將其中一列光束通過(guò)反射鏡106進(jìn)行90度反射再通過(guò)半波片107對(duì)光束進(jìn)行90度的偏振轉(zhuǎn)換，之后通過(guò)45度偏振反射鏡108 ;另一列光束則直接入射到偏振反射鏡108 ;采用偏振反射鏡108將兩列平行光束合并成為一列平行光束，最后通過(guò)會(huì)聚透鏡109將全部光束耦合進(jìn)光纖110中。
[0005]此種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用了偏振反射鏡108，其功能是與偏振反射鏡108的偏振面的偏振態(tài)相同的光可完全透過(guò)，與偏振面的偏振態(tài)垂直的光可完全反射。但其功能也限制得使其只能對(duì)兩束偏振態(tài)垂直的光進(jìn)行合并，從而限制了此款產(chǎn)品在排數(shù)上增加。而每排芯片的數(shù)量也受到了會(huì)聚透鏡109的光學(xué)參數(shù)及會(huì)聚特性等原因的限制不可能無(wú)限制增加，從而最終導(dǎo)致此種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品很難突破200瓦(20個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片封裝)。
[0006]由于此種器件100以一個(gè)整體的金屬殼體作為半導(dǎo)體激光器芯片101和透鏡的載體，首先需要將多個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片101 —次性焊接到殼體內(nèi)，然后再利用多種透鏡對(duì)每個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片的光路進(jìn)行準(zhǔn)直、反射、偏振轉(zhuǎn)換、耦合進(jìn)光纖，所以當(dāng)一個(gè)光路失效(芯片失效或者因透鏡導(dǎo)致芯片失效)，則整個(gè)器件都要報(bào)廢，因?yàn)橐淮涡院附拥男酒瑹o(wú)法單獨(dú)返工，從而導(dǎo)致最終成品率低，物料使用率低，而此種結(jié)構(gòu)也會(huì)使得整個(gè)產(chǎn)品制造工藝復(fù)雜，制造工藝難度大，這是導(dǎo)致百瓦級(jí)以上多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件無(wú)法快速普及的重要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件難以實(shí)現(xiàn)百瓦級(jí)以上功率的缺陷，提供一種多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件，可實(shí)現(xiàn)較大的功率。
[0008]本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，提供一種多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件，包括:
[0009]至少一個(gè)多臺(tái)階座體，所述多臺(tái)階座體包括高度依序升高的多個(gè)臺(tái)階面；
[0010]依次排列設(shè)置在所述多臺(tái)階座體上的多個(gè)單芯片獨(dú)立光路模塊，每個(gè)單芯片獨(dú)立光路模塊包括:載體；以及沿著第一方向依次固定在所述載體上的半導(dǎo)體激光器芯片、用于對(duì)所述半導(dǎo)體激光器芯片發(fā)出的光束進(jìn)行準(zhǔn)直的快軸準(zhǔn)直透鏡和慢軸準(zhǔn)直透鏡、以及用于反射被準(zhǔn)直光束的反射鏡；
[0011]用于在快軸方向上對(duì)所有所述單芯片獨(dú)立光路模塊出射的光束組進(jìn)行會(huì)聚的快軸會(huì)聚透鏡；
[0012]用于在慢軸方向上對(duì)所有所述單芯片獨(dú)立光路模塊出射的光束組進(jìn)行會(huì)聚的慢軸會(huì)聚透鏡；以及
[0013]供被會(huì)聚后的光束親入的光纖輸出端；
[0014]其中所述多個(gè)單芯片獨(dú)立光路模塊沿著第二方向排列設(shè)置在所述多臺(tái)階座體上。
[0015]根據(jù)本發(fā)明所述的多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件，所述多臺(tái)階座體的數(shù)量為多個(gè)，每個(gè)所述多臺(tái)階座體上均設(shè)置有多個(gè)單芯片獨(dú)立光路模塊；所述多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件還包括設(shè)置在每個(gè)所述多臺(tái)階座體的多個(gè)單芯片獨(dú)立光路模塊的出射光束行進(jìn)方向上、且用于將對(duì)應(yīng)的多臺(tái)階座體上的多個(gè)單芯片獨(dú)立光路模塊的出射光束組反射到所述快軸會(huì)聚透鏡的反射鏡。
[0016]根據(jù)本發(fā)明所述的多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件，所述快軸會(huì)聚透鏡、慢軸會(huì)聚透鏡和光纖輸出端沿著第一方向設(shè)置。
[0017]根據(jù)本發(fā)明所述的多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件，所述第一方向與所述第二方向垂直。
[0018]根據(jù)本發(fā)明所述的多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件，每個(gè)所述多臺(tái)階座體上的單芯片獨(dú)立光路模塊沿著第二方向出射的光束到設(shè)置在每個(gè)所述多臺(tái)階座體的光束行進(jìn)方向上的反射鏡的距離與該反射鏡沿著第一方向到所述快軸會(huì)聚透鏡的距離之和均相等。
[0019]根據(jù)本發(fā)明所述的多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件，所述多臺(tái)階座體的數(shù)量為兩個(gè)，包括第一多臺(tái)階座體和第二多臺(tái)階座體，所述第一多臺(tái)階座體和第二多臺(tái)階座體位于所述快軸會(huì)聚透鏡和慢軸會(huì)聚透鏡的同一側(cè)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明所述的多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件，所述第一多臺(tái)階座體與所述第二多臺(tái)階座體反向設(shè)置，所述第一多臺(tái)階座體與所述第二多臺(tái)階座體上的半導(dǎo)體激光器芯片發(fā)出的光束彼此相向。
[0021]根據(jù)本發(fā)明所述的多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件，一部分多臺(tái)階座體位于所述快軸會(huì)聚透鏡和慢軸會(huì)聚透鏡的同一側(cè)，另一部分多臺(tái)階座體位于所述快軸會(huì)聚透鏡和慢軸會(huì)聚透鏡的另一側(cè)。
[0022]根據(jù)本發(fā)明所述的多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件，光束在設(shè)置在每個(gè)所述多臺(tái)階座體的光束行進(jìn)方向上的反射鏡上的反射點(diǎn)位于所述反射鏡的邊緣，該邊緣是在第二方向上靠近所述快軸會(huì)聚透鏡的邊緣。
[0023]實(shí)施本發(fā)明的多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件，具有以下有益效果:可增加單芯片獨(dú)立光路模塊的數(shù)量，輕易地實(shí)現(xiàn)200瓦及以上的功率。若有光路失效，可拆換對(duì)應(yīng)的單芯片獨(dú)立光路模塊，不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件報(bào)廢。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件的示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明的單芯片獨(dú)立光路模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3是本發(fā)明的多臺(tái)階座體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4是本發(fā)明的多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件的示意圖，其中包括單排單芯片獨(dú)立光路模塊；
[0028]圖5是本發(fā)明的多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件的示意圖，其中包括兩排單芯片獨(dú)立光路模塊；
[0029]圖6是本發(fā)明的多單管半導(dǎo)體激光器光纖耦合封裝器件的示意圖，其中包括四排單芯片獨(dú)立光路模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0031]圖2是本發(fā)明的單芯片獨(dú)立光路模塊200的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖2所示，本發(fā)明的單芯片獨(dú)立光路模塊200包括臺(tái)階形載體201，該載體201呈長(zhǎng)條狀且由金屬制成。在本發(fā)明中，將載體201的長(zhǎng)度方向定義為第一方向，也就是，載體201沿著第一方向延伸。載體201的上表面形成高度不同的第一表面202和第二表面203，兩者在第一方向上并排排列。其中第一表面202的高度高于第二表面203，從而在兩者之間形成臺(tái)階。在第一表面202上固定設(shè)置有半導(dǎo)體激光器芯片204，該半導(dǎo)體激光器芯片204可通過(guò)焊接固定在第一表面202上。在半導(dǎo)體激光器芯片204前方還設(shè)置有快軸準(zhǔn)直透鏡205，用于在快軸方向上對(duì)半導(dǎo)體激光器芯片204發(fā)出的光束進(jìn)行準(zhǔn)直。在第二表面203上固定設(shè)置有慢軸準(zhǔn)直透鏡