半导体激光器、半导体激光模块以及激光设备制造技术

本发明专利技术涉及一种半导体激光器、半导体激光模块以及激光设备，其中，半导体激光器是一种水平腔面发射激光器HCSEL；所述HCSEL发光一个方向准直光束、一个方向非准直光束，或者，HCSEL出光是两个方向都是准直光束；所述HCSEL包括光栅，通过光栅实现激光锁模且耦合输出激光，耦合垂直输出光线。由所述半导体激光器作为激光芯片构成半导体激光模块可直接输出均匀化线光束，无需耦合到光纤，工艺工序简单，成本低廉，生产效率高，效果良好，具有非常高的性价比。

Semiconductor laser, semiconductor laser module and laser equipment

【技术实现步骤摘要】
半导体激光器、半导体激光模块以及激光设备
本专利技术涉及激光
，尤其是一种半导体激光器、半导体激光模块以及激光设备。
技术介绍
通常光纤激光、半导体激光器耦合到光纤发出的激光束的空间强度分布呈高斯分布，即高斯光束，而在很多激光技术的应用中希望激光光强是均匀分布的线形光斑，如激光清洗、激光检查、激光切除、激光3D扫描、激光熔覆、激光加热、激光烧蚀、智能检测、美容皮肤治疗、表征处理、颜色消融/油漆去除，去除涂层等应用领域。另一方面，当前传统工艺工序太复杂，成本高，性价比低。其中一种传统方法是采用芯片线阵排列或者laserbar，快轴方向必须是用非球面或二元或其衍射光学(绿色线条)准直或者聚焦成窄方形，慢轴方向采用非球面或二元光学或衍射光学扩成长条方向。采用二元光学，非球面或衍射光学成本高，且因半导体芯片高斯分布严重，有些无法采用光场叠加的模式进行二次均匀化设计，很多时候无法达到想要的效果，这种方法目前用的很少。另一种传统方法中，例如几百瓦的半导体激光器耦合到光纤，采用多个LD芯片快慢方向准直，然后采用多个反射镜光场重合叠加，再通过聚光镜耦合到光纤输出，输出后的光场仍会高斯分布，在应用中，通过二次光学(非球面或者二元光学及其衍射光学)进行高斯均匀化，做成所需的均匀线条，工序复杂，效率低，成本昂贵。再一种传统方法中，采用几百瓦光纤激光器，但是光纤激光器输出光束也是高斯或者多模分布，无法直接应用的一些对光束要求高的领域，故需把光束均匀化，通常的方法是光纤输出后采用二元光学，非球面光学，或者衍射光学进行均匀化，达到所需的均匀线条。这样的方法和前述的传统方法及半导体激光耦合到光纤一样成本昂贵。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种半导体激光器、半导体激光模块以及激光设备，解决现有技术的半导体激光器的应用，工艺工序太复杂，成本高，性价比低。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种半导体激光器，是一种水平腔面发射激光器HCSEL；所述HCSEL出光一个方向准直光束、一个方向非准直光束，或者，HCSEL出光两个方向都是准直光束；所述HCSEL包括光栅，通过光栅实现激光锁模且耦合输出激光，耦合垂直输出光线。进一步地，所述光栅为高阶光栅，高阶光栅是线性光栅、非线性光栅或非均匀光栅；所述HCSEL为水平振荡模式，输出均匀化线光束；所述高阶光栅位于所述HCSEL的水平腔表面或内部；所述HCSEL的出光方向垂直于所述HCSEL水平腔的上表面或者下表面，HCSEL的出光为条形或方形。进一步地，所述HCSEL包括P电极、N电极、基质、激发区以及光栅，分层层叠，整体形成水平腔面发射激光器的水平腔，水平腔的正面或背面形成发光区域；根据所述光栅在水平腔内的位置，相应地所述HCSEL从水平腔的表面直接出射光或从内部出射光。作为一些实施例，N电极、基质、激发区、P电极自上至下地水平层叠，光栅位于任意层或上下表面的位置；各层形状及大小相互适配，形成平整的层叠结构。本专利技术提供了一种半导体激光模块，所述半导体激光模块包括若干个如上所述的半导体激光器作为激光芯片排列而成。进一步地，单个或者多个所述HCSEL按照发光区域长的方向线排列形成激光芯片阵列，直接输出均匀化光束，无需采用耦合到光纤；所述半导体激光模块包括用于聚焦和/或扩角光束的光学元件，其中，将HCSEL长的慢轴方向发出光束采用非对称曲率光学元件将光束聚焦成所需的窄条方向光斑；和/或，将HCSEL窄方向快轴发出的光，通过另一个光学元件将快轴方向的发出光束扩角为所需的长条方向的光斑；通过光学元件聚焦或者扩角度后，快轴和慢轴光叠加为均匀的线光斑。作为一些实施例，所述光学元件为镜片；所述单个或者多个HCSEL排列后的几何中心与镜片光轴中心在同一个中心线上；HCSEL发光面长方向或者多个HCSEL排列的发光面长方向，为角度发散慢的方向，也为慢轴Y方向，对应为聚焦后线光斑的窄方向；HCSEL发光面的窄方向对应为角度发散快的方向，也为快轴X方向，对应聚焦后线光斑的长条方向。作为一些实施例，半导体激光模块的光学元件包括一片或多片镜片；镜片的曲率半径R方向是相互垂直：即一个曲率半径Rx是x方向、曲率半径Y方向Ry为0，一个曲率半径Ry是Y方向、曲率半径X方向Rx为0；每个曲率半径R的功能为：曲率半径R朝着HCSEL发光面长方向为聚焦光斑线长方向，曲率半径R朝着芯片短方向的功能是聚焦线光斑长方向；当所述光学元件为一片时，则镜片上的曲率半径是相互垂直状态；当所述光学元件包括有两片时，则镜片的曲率半径方向是相对垂直；作为一些实施例，所述镜片为柱面镜、非球柱面镜、复合曲面、二元光学元件、衍射光学元件中的任一种或任几种的组合。作为一些实施例，若干HCSEL排列在热沉上，若干HCSEL按照慢轴方向或发光区域长的方向排列成芯片阵列，每个HCSEL单独用一个热沉或者多个HCSEL放置在同一个热沉；HCSEL通过焊料衔接于热沉上，HCSEL与HCSEL之间串联地电连接。本专利技术还提供一种激光设备，包括激光输出单元，所述激光输出单元包括如上所述的半导体激光模块。作为一些实施例，所述激光设备为激光熔覆、激光清洗、激光检查、激光切除、激光3D扫描、激光加热、激光烧蚀、智能检测等激光设备中的一种。本专利技术的有益效果是：本专利技术的半导体激光器可以为一个方向准直，一个方向不准直，也可以为两个方向准直，半导体激光器出来的光分布相对均匀；采用本专利技术的半导体激光器作为芯片排列形成的半导体激光模块，无需采用耦合透镜到光纤便可直接输出均匀光线，且可采用普通光学元件即可输出均匀化光束，工艺工序简单，成本低廉。下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。附图说明图1是本专利技术实施例的半导体激光器的内部结构示意图。图2是本专利技术实施例的半导体激光器出光示意图。图3是本专利技术实施例半导体激光器不同出光方式的示意图；其中，图3(a)为光栅在表面时背面出光形式，图3(b)为光栅在表面时表面出光形式，图3(c)光栅在内部时正面出光，图3(d)为光栅在内部时背面出光。图4本专利技术实施例半导体激光器一个方向准直和一个方向不准直近场光束分布曲线，其中图4(a)为快轴方向近场光束能量分布图；图4(b)慢轴方向近场光束能量分布图。图5是本专利技术半导体激光模块的一种实施方式。图6是本专利技术实施例半导体激光模块的光学示意图。图7是本专利技术实施例半导体激光模块的输出光斑示意图。图8是本专利技术实施例半导体激光模块的输出光斑的尺寸分布图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的各实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。请参照图1-8所示，本专利技术的实施例涉及一种半导体激光器10(参照图1-3)以及一种半导体激光模块100(参照图5-6)。其中，半导体激光器是为一种半导体激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体激光器，其特征在于：所述半导体激光器是一种水平腔面发射激光器HCSEL；所述HCSEL出光一个方向准直光束、一个方向非准直光束，或者，HCSEL出光两个方向都是准直光束；所述HCSEL包括光栅，通过光栅实现激光锁模且耦合输出激光，耦合垂直输出光线。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器，其特征在于：所述半导体激光器是一种水平腔面发射激光器HCSEL；所述HCSEL出光一个方向准直光束、一个方向非准直光束，或者，HCSEL出光两个方向都是准直光束；所述HCSEL包括光栅，通过光栅实现激光锁模且耦合输出激光，耦合垂直输出光线。


2.如权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于：所述光栅为高阶光栅，高阶光栅是线性光栅、非线性光栅或非均匀光栅；所述HCSEL为水平振荡模式，输出均匀化线光束；所述高阶光栅位于所述HCSEL的水平腔表面或内部；所述HCSEL的出光方向垂直于所述HCSEL水平腔的上表面或者下表面，HCSEL的出光为条形或方形。


3.如权利要求1～2中任一项所述的半导体激光器，其特征在于：所述HCSEL包括P电极、N电极、基质、激发区以及光栅，分层层叠，整体形成水平腔面发射激光器的水平腔，水平腔的正面或背面形成发光区域；根据所述光栅在水平腔内的位置，相应地所述HCSEL从水平腔的表面直接出射光或从内部出射光。


4.如权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于：N电极、基质、激发区、P电极自上至下地水平层叠，光栅位于任意层或上下表面的位置；各层形状及大小相互适配，形成平整的层叠结构。


5.一种半导体激光模块，其特征在于：所述半导体激光模块包括若干个如权利要求1～4任一项所述的半导体激光器作为激光芯片排列而成。


6.如权利要求5所述的半导体激光模块，其特征在于：单个或者多个所述HCSEL按照发光区域长的方向线排列形成激光芯片阵列，直接输出均匀化光束，无需采用耦合到光纤；
所述半导体激光模块包括用于聚焦和/或扩角光束的光学元件，其中，将HCSEL长的慢轴方向发出光束采用非对称曲率光学元件将光束聚焦成所需的窄条方向光斑；和/或，
将HCSEL窄方向快轴发出的光，通过另一个光学元件将快轴方向的发出光束扩角为所需的长条方...

【专利技术属性】
技术研发人员：勾志勇，肖岩，周德来，
申请(专利权)人：深圳市柠檬光子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44