一种多只To封装半导体激光器的空间耦合结构制造技术

本发明专利技术公开了一种多只To封装半导体激光器的空间耦合结构，用于解决现有技术中半导体激光器封装体积大、散热结构不良的技术问题。该空间耦合结构包括底板，底板上设置有至少两级台阶；底板的低台阶上设置有下沉式安装孔阵列，每一列的安装孔之间通过电极槽连通，安装孔中设置有To封装半导体激光器，电极槽中设置有电极电路板，每一列To封装半导体激光器通过电极电路板串联，底板构成To封装半导体激光器的散热通道；底板上还设置有反射镜组和聚焦透镜组，To封装半导体激光器发出的光束通过反射镜组反射至聚焦透镜组，聚焦透镜组将光束汇聚后输出。本发明专利技术具有封装体积小，To热扩散方向和散热通道方向一致，散热效率高的特点。 1

A spatial coupling structure for multiple To encapsulated semiconductor lasers

The invention discloses a spatial coupling structure of a plurality of To encapsulated semiconductor lasers, which is used to solve the technical problems in the large volume of the semiconductor laser packaging and the bad heat dissipation structure in the existing technology. The space coupling structure includes a bottom board with at least two steps on the floor; a lower step on the bottom of the floor is arranged with an array of sinking holes. The installation holes in each column are connected through an electrode slot. A To package semiconductor laser is set in the installation hole, the electrode circuit board is set in the electrode slot, and each column of To encapsulates the semiconductor. The laser is connected through the electrode circuit board, and the floor is made up of To to encapsulate the heat dissipation channel of the semiconductor laser. The reflector and focusing lens groups are also set on the floor. The beam of the To packaging semiconductor laser is reflected by the mirror group to the focus lens group, and the focus lens group converge the beam to output. The invention has the characteristics of small package volume, To thermal diffusion direction and heat radiation channel direction, and high heat dissipation efficiency. One

【技术实现步骤摘要】
一种多只To封装半导体激光器的空间耦合结构
本专利技术涉及半导体激光器
，特别涉及一种多只To封装半导体激光器的空间耦合结构。
技术介绍
由于半导体激光器体积小、寿命长、覆盖波长范围广等优点，近年来其得到了快速发展。随着半导体激光器光输出功率的增加，器件的散热也变得更加困难。对于高功率的Chip(芯片)，其热功率大，底面积小，为了保证所构建的半导体激光器组件具有良好的功率稳定性，要为Chip增加辅助热沉来提高散热能力。常见辅助热沉形式有：C—mount(热沉底座)、B—mount、陶瓷热沉、ToCan。一般中高功率的Chip会选用前三者辅助散热形式，Chip的波长主要集中在近红外波段，该波段范围内的Chip在空气中比较稳定，不易潮解失效。而可见光和紫外Chip，由于极易潮解，所以必须用ToCan这种具有良好密闭性的辅助热沉形式，可以避免Chip与空气接触，避免Chip失效。随着激光显示、生物医疗、激光器制版等一系列应用需求(几十瓦到几百瓦)对可见和紫外半导体激光器输出功率的不断提升，单只ToCan封装Chip已经无法满足需求(单只最大3w)，而目前多只ToCan封装Chip空间耦合存在诸多困难。现有技术中提供了多只To封装半导体激光器(Transistor-Outline，To，同轴型)按环形排布方式固定在热沉上的技术方案，该排布方式造成输出的光束无法填充环的中心部分，没有充分利用中心部分，造成空间浪费。光束耦合进光纤，在光纤输出时远场呈中心部较暗的环状光斑，影响光斑均匀度。且随着封装Chip数量的增加体积增加速度更快，圆心中心部分没有光束填充的区域更大。多只To封装半导体激光器的空间耦合存在散热通道过长，热扩散方向和散热通道存在正交，导致散热效率不高以及封装结构复杂的问题。现有技术中还提供了在水平和垂直方向均设置有To封装半导体激光器的技术方案，该技术方案中芯片的热扩散方向与散热通道方向也呈正交形式，To封装半导体激光器安装形式复杂且不易散热，而且在水平和垂直方向设置To封装半导体激光器发出的光无法进行充分混光，导致输出不是白光，出现彩色斑点和光带的问题。综上所述，现有技术存在一些比较明显的共性问题，一、在空间上光束没有进行充分填充，存在空间上的浪费，光纤输出存在暗带，降低了光纤输出的亮度。二、散热通道过长，热扩散方向和散热通道存在正交，导致散热效率不高。三、封装结构复杂,To封装半导体激光器固定方式，和光学元器件固定方式，结构复杂不利装调和节省成本。目前,半导体激光器普遍采用量子阱结构,为提高半导体激光器的光束质量,可将输出光束经过整形后再通过光纤耦合输出。在耦合时，均会用到快轴准直镜和慢轴准直镜，对半导体激光器的快慢轴分别进行准直，然后通过聚焦镜聚焦耦合进光纤。但对于To封装半导体激光器存在困难。首先，一般To封装半导体激光器芯片存在易潮解问题，无法暴露在空气中。也就是说没有办法做开帽处理。如果用传统的快轴准直镜和慢轴准直镜对To封装半导体激光器的快慢轴分别进行准直再耦合的方式，要求快轴准直镜的工作距离大于1.2mm(芯片发光点到To保护窗片的距离)，目前市面上基本没有这样的准直透镜可以应用。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种多只To封装半导体激光器的空间耦合结构，改善了半导体激光器的散热和光束耦合。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种多只To封装半导体激光器的空间耦合结构，包括底板，所述底板上设置有至少两级台阶；所述底板的低台阶上设置有下沉式安装孔阵列，每一列的安装孔之间通过电极槽连通，所述安装孔中设置有To封装半导体激光器，所述电极槽中设置有电极电路板，每一列所述To封装半导体激光器通过所述电极电路板串联，所述底板构成所述To封装半导体激光器的散热通道；所述底板上还设置有反射镜组和聚焦透镜组，所述To封装半导体激光器发出的光束通过所述反射镜组反射至所述聚焦透镜组，所述聚焦透镜组将所述光束汇聚后输出。可选地，所述底板的低台阶上设置有反射镜安装板，所述反射镜安装板覆盖所述To封装半导体激光器，所述反射镜安装板上对应所述To封装半导体激光器设置有透光孔；所述反射镜组包括第一类反射镜阵列和第二类反射镜阵列，所述第一类反射镜阵列设置在所述反射镜安装板上表面，每一个所述透光孔上方设置有一块第一类反射镜；所述底板的高台阶上设置所述第二类反射镜阵列和所述聚焦透镜组。可选地，所述反射镜安装板上表面呈斜坡状或台阶状，所述To封装半导体激光器发出的光束通过所述第一类反射镜阵列反射至所述第二类反射镜阵列，所述第二类反射镜阵列将所述光束反射至所述聚焦透镜组，所述聚焦透镜组将所述光束汇聚后输出；同一列中的所述第一类反射镜不遮挡它后方反射的所述光束，并且反射的所述光束互相平行，具有预定高度差H。可选地，所述To封装半导体激光器的光轴竖直或者倾斜分布，相邻的所述To封装半导体激光器的光轴间距为A；所述To封装半导体激光器的光轴倾斜分布时，所述反射镜安装板的上表面和下表面、所述低台阶的上表面、所述安装孔的底面为平行的倾斜平面，所述倾斜平面的倾斜角度为M，M＝arcsin(H/A)。可选地，所述第一类反射镜互相平行设置，所述第一类反射镜的上边沿设置成小于或等于45度的倒角，第二类反射镜的右边沿设置成小于或等于45度的倒角；所述第二类反射镜阵列分为两个子阵列，两个子阵列对称布置，两个子阵列中的第二类反射镜朝不同方向倾斜45度，呈90度夹角。可选地，所述反射镜安装板为一整块或者包括若干块；所述反射镜安装板包括若干块时，对应所述安装孔的列设置。可选地，所述To封装半导体激光器通过粘接、或者焊接、或者螺纹压环固定在所述安装孔中；所述To封装半导体激光器通过螺纹压环固定在所述安装孔中时，所述安装孔的孔壁上设置有内螺纹，所述螺纹压环设置有外螺纹。可选地，所述To封装半导体激光器的光束发射端设置有准直镜，所述准直镜采用球面镜或者非球面镜。可选地，所述聚焦透镜组包括：一个球面镜、或一个非球面镜或两个正交分立的柱面镜。可选地，相邻列的所述To封装半导体激光器互相间隔排列，分布于不同的行。采用上述技术方案的多只To封装半导体激光器的空间耦合结构，具有以下优点：本专利技术中的To热扩散方向和散热通道方向一致，散热效率高。本专利技术中TO、光学元器件和底板的组合结构紧凑，减小了封装体积。本专利技术通过设置两组反射镜使光束之间紧密排布，增加了光纤输出后的光斑均匀性，提高了光纤输出的亮度。本专利技术封装结构中TO、光学元器件和底板的固定方式简单，方便装调和节省成本。附图说明图1为本专利技术实施例1中提供的一种倾斜平面式的多只To封装半导体激光器的空间耦合结构分解图；图2为本专利技术实施例1中提供的一种倾斜平面式的多只To封装半导体激光器的空间耦合结构的组合图；图3为本专利技术实施例1中提供的一种倾斜平面式的多只To封装半导体激光器的空间耦合结构的剖视图；图4为本专利技术实施例1中提供的一种倾斜平面式的多只To封装半导体激光器的空间耦合结构的俯视图；图5为本专利技术实施例1中提供的第一反射镜组反射后的光束示意图；图6为本专利技术实施例1中提供的第二反射镜组反射后的光束示意图；图7为本专利技术实施例2中提供的一种倾斜平面式的多只To封装半导体激光器的空间耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多只To封装半导体激光器的空间耦合结构，其特征在于，包括底板，所述底板上

【技术特征摘要】
1.一种多只To封装半导体激光器的空间耦合结构，其特征在于，包括底板，所述底板上设置有至少两级台阶；所述底板的低台阶上设置有下沉式安装孔阵列，每一列的安装孔之间通过电极槽连通，所述安装孔中设置有To封装半导体激光器，所述电极槽中设置有电极电路板，每一列所述To封装半导体激光器通过所述电极电路板串联，所述底板构成所述To封装半导体激光器的散热通道；所述底板上还设置有反射镜组和聚焦透镜组，所述To封装半导体激光器发出的光束通过所述反射镜组反射至所述聚焦透镜组，所述聚焦透镜组将所述光束汇聚后输出。2.如权利要求1所述的多只To封装半导体激光器的空间耦合结构，其特征在于，所述底板的低台阶上设置有反射镜安装板，所述反射镜安装板覆盖所述To封装半导体激光器，所述反射镜安装板上对应所述To封装半导体激光器设置有透光孔；所述反射镜组包括第一类反射镜阵列和第二类反射镜阵列，所述第一类反射镜阵列设置在所述反射镜安装板上表面，每一个所述透光孔上方设置有一块第一类反射镜；所述底板的高台阶上设置所述第二类反射镜阵列和所述聚焦透镜组。3.如权利要求2所述的多只To封装半导体激光器的空间耦合结构，其特征在于，所述反射镜安装板上表面呈斜坡状或台阶状，所述To封装半导体激光器发出的光束通过所述第一类反射镜阵列反射至所述第二类反射镜阵列，所述第二类反射镜阵列将所述光束反射至所述聚焦透镜组，所述聚焦透镜组将所述光束汇聚后输出；同一列中的所述第一类反射镜不遮挡它后方反射的所述光束，并且反射的所述光束互相平行，具有预定高度差H。4.如权利要求3所述的多只To封装半导体激光器的空间耦合结构，其特征在于，所述To封装半导体激光器的光轴竖直或者倾斜分布，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晓光，刘瑞，张强，陈晓华，
申请(专利权)人：北京凯普林光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11