的激光光束進行光學整形。例如可以將光學灌封膠4固化成錐形的梯臺，使其同時作為光學窗口使用；當將光學灌封膠4固化后形成具有規(guī)則幾何形狀的光學窗口使用時，節(jié)省了VCSEL激光器的外部光學器件，便于VCSEL出射光束的光學整形。此外，光學灌封膠4也可以配合其他VCSEL輸出的光學窗口進行使用，即使用光學灌封膠4直接填充VCSEL芯片和光學窗口之間的空隙，對VCSEL進行密封，本實用新型提供了一個實例對此進行說明，詳細內(nèi)容參見下文。
[0030]在實際使用中，光學灌封膠可以根據(jù)具體的應(yīng)用需要選用不同的軟體膠或硬質(zhì)膠。光學灌封膠中還可以添加不同的用于波長轉(zhuǎn)換的熒光粉，實現(xiàn)高亮度的、不同波長甚至混合波長(如白光等)的光學輸出，從而豐富VCSEL在商業(yè)照明領(lǐng)域的擴展應(yīng)用。
[0031]本實用新型灌封所用的光學灌封膠4具有高導熱性、高透過率、高耐溫性，可以適應(yīng)VCSEL的高功率光學輸出功率和高溫工作特性。在VCSEL陣列工作的過程中，光學灌封膠4的熱量可以通過VCSEL表面、襯底2和激光器熱沉3進行傳導冷卻，因而不至于燒毀，可以滿足散熱方面的要求。
[0032]下面對使用上述封裝結(jié)構(gòu)的高功率VCSEL激光器的一個實例進行介紹。如圖4所示，在該高功率VCSEL激光器中，包括:VCSEL陣列1、襯底2、激光器熱沉3，VCSEL陣列I通過襯底2安裝在激光器熱沉3上，在VCSEL陣列I的出光面前方設(shè)置有光學窗口 6，光學窗口 6通過包覆殼體5固定在激光器熱沉3上，從而在激光器熱沉3，光學窗口 6和包覆殼體5之間形成一個縫隙，為了實現(xiàn)VCSEL陣列I的密封，在該縫隙中填充有具有高導熱性、高透過率、高耐溫性的光學灌封膠4，VCSEL芯片完全浸沒在密封膠體之中，實現(xiàn)了良好的氣密性，具有防水、防潮、防塵的功效。
[0033]這種光學灌封結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了激光芯片到光學窗口 6的直接入射匹配，不再有空氣的介入。而且，當光學灌封膠4采用折射率與光學窗口 6接近的材料時，可以極大地減少VCSEL芯片和光學窗口 6之間的界面入射損耗，進一步提高激光器的透過率。通過在光學窗口 6的出射面鍍有增透膜，可以進一步減少光學出射的界面損耗。實際使用中，光學窗口6可以選用平面光窗、光學透鏡、也可以選用特定類型的光學棱鏡、光錐等，以配合光束的光學整形。
[0034]此外，由于光學灌封膠4是具有高導熱性、高透過率和高耐溫性的材料，光學灌封膠即是灌封介質(zhì)，也是光學傳導介質(zhì)和導熱介質(zhì)；光學灌封膠4同時對光學窗口 6有一定的熱傳導和冷卻作用，避免光學窗口 6在高功率情況下的發(fā)熱，以適應(yīng)VCSEL的高功率光學輸出功率和高溫工作特性。為了增強高功率VCSEL激光器的散熱，在激光器熱沉3中設(shè)置有微冷卻通道7，用于通水冷卻。
[0035]綜上所述，本實用新型在高功率VCSEL的封裝中首次引入了光學灌封膠，簡潔有效地解決了 VCSEL激光器的密封問題。使用光學灌封膠密封VCSEL陣列，可以實現(xiàn)VCSEL激光器的防潮、防水、防塵；從而使VCSEL激光器可以適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，如高溫80攝氏度以上、相對濕度100%的環(huán)境，甚至在水下工作；這種封裝結(jié)構(gòu)能夠有效保護VCSEL芯片，避免環(huán)境破壞，具有極高的可靠性。
[0036]本實用新型提供的使用上述封裝結(jié)構(gòu)的半導體激光器，通過使用光學灌封膠填充VCSEL芯片和光學窗口之間的空隙，可以實現(xiàn)激光芯片到光學窗口的直接入射匹配，不再有空氣的介入，同時實現(xiàn)VCSEL激光器的防潮、防水、防塵，并通過光學灌封膠與光學輸出窗口的折射率匹配，可以極大地減少VCSEL芯片和光學窗口之間的界面入射損耗，進一步提高激光器的透過率。
[0037]以上對本實用新型提供的基于光學灌封工藝的VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu)及其高功率VCSEL激光器進行了詳細的說明。對本領(lǐng)域的技術(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，都應(yīng)屬于本專利保護的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于光學灌封工藝的VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu)，包括VCSEL陣列和激光器熱沉，VCSEL陣列封裝在激光器熱沉上，其特征在于: 在所述VCSEL陣列的表面覆蓋有一層光學灌封膠，并且，所述光學灌封膠完全覆蓋所述VCSEL陣列。
2.如權(quán)利要求1所述的VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述光學灌封膠使用軟體膠或硬質(zhì)膠。
3.如權(quán)利要求1所述的VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述光學灌封膠中添加有用于波長轉(zhuǎn)換的熒光粉。
4.如權(quán)利要求1所述的VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述光學灌封膠固化形成光學窗口。
5.如權(quán)利要求4所述的VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述光學灌封膠固化形成錐形的梯臺。
6.如權(quán)利要求1所述的VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述光學灌封膠填充在所述VCSEL陣列和設(shè)置在所述VCSEL陣列前方的光學窗口之間的縫隙中。
7.一種高功率VCSEL激光器，其特征在于: 包括如權(quán)利要求1所述的VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的高功率VCSEL激光器，其特征在于: 在所述VCSEL陣列的出光面前方設(shè)置有光學窗口，所述光學窗口通過包覆殼體固定在所述激光器熱沉上，并且，在所述激光器熱沉、所述包覆殼體和所述光學窗口構(gòu)成的縫隙內(nèi)填充有光學灌封膠。
9.如權(quán)利要求7或8所述的高功率VCSEL激光器，其特征在于: 所述光學窗口是平面光窗、光學透鏡、光學棱鏡或?qū)Ч忮F中的任意一種。
10.如權(quán)利要求9所述的高功率VCSEL激光器，其特征在于: 所述光學窗口的出射面鍍有增透膜。
【專利摘要】本實用新型提供了一種基于光學灌封工藝的VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu)及其高功率VCSEL激光器。在該VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu)中，VCSEL陣列封裝在激光器熱沉上，并在VCSEL陣列的表面覆蓋有一層光學灌封膠，光學灌封膠完全覆蓋VCSEL陣列。本實用新型通過在VCSEL激光器的密封過程中引入灌封工藝，有效解決了VCSEL激光器的密封問題。并且，通過對光學灌封膠的形狀、種類進行調(diào)整，結(jié)合不同的光學窗口，可以極大地減少VCSEL芯片和光學窗口之間的界面入射損耗，進一步提高激光器的透過率。同時，高導熱性的光學灌封膠同時對光學窗口有一定的熱傳導和冷卻作用，避免光學窗口在高功率情況下的發(fā)熱。
【IPC分類】H01S5-024, H01S5-022, H01S5-183
【公開號】CN204290034
【申請?zhí)枴緾N201420681459
【發(fā)明人】李陽, 李德龍
【申請人】李德龍
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月10日