一种可调脉宽半导体蓝光激光器模块的实现方法技术

本发明专利技术公开了一种可调脉宽半导体蓝光激光器模块的实现方法。它包括外壳，外壳上安装有偏振合束器、输出镜和若干个子模块，偏振合束器置于子模块的前方，输出镜置于偏振合束器的前方，子模块包括安装在外壳上的热沉载体，热沉载体上安装有驱动电路控制板、高速光电探测器PD芯片和若干个COS蓝光半导体激光器芯片，驱动电路控制板的基板是氮化铝陶瓷或是FR4材质的PCB板，驱动电路控制板分别与高速光电探测器PD芯片和COS蓝光半导体激光器芯片电连接，COS蓝光半导体激光器芯片与偏振合束器的位置相对应。本发明专利技术的有益效果是：高峰值功率；小体积；脉宽可在连续和ns级脉冲输出自由调谐切换；具有脉冲同步输出自校准功能。具有脉冲同步输出自校准功能。具有脉冲同步输出自校准功能。

【技术实现步骤摘要】
一种可调脉宽半导体蓝光激光器模块的实现方法


[0001]本专利技术涉及工业激光加工相关
，尤其是指一种可调脉宽半导体蓝光激光器模块的实现方法。

技术介绍

[0002]高峰值功率激光在焊接、材料表面处理等工业加工领域有广泛的应用，目前应用在此类领域的主要是红外波段，相对于蓝光450nm波段，有色金属在红外波段的光吸收比蓝光低很多，铜吸收蓝光的强度效率是吸收红外线的13倍，可达70%。
[0003]随着新能源汽车的逐渐兴起，对于有色金属的加工需求越来越强烈，比如电池电极焊接，接线端子焊接等。但是，目前存在的缺点是现有的半导体激光器蓝光激光模块的大部分都是连续功率输出，峰值功率低，体积偏大，脉宽无法自由切换，同时很难实现ns级脉宽的高峰值功率输出，一定程度上限制了半导体蓝光激光器的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了克服现有技术中半导体蓝光激光模块的峰值功率低，体积偏大，脉宽无法自由切换的不足，提供了一种高峰值功率，小体积，脉宽可在连续和ns级脉冲输出自由调谐切换，以及具有脉冲同步输出自校准功能的可调脉宽半导体蓝光激光器模块的实现方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种可调脉宽半导体蓝光激光器模块的实现方法，包括子模块的封装和激光器模块的整体组装，所述子模块的封装包括以下步骤：步骤一，将若干个COS蓝光半导体激光器芯片等间隔的封装到热沉载体上；步骤二，将驱动电路控制板和高速光电探测器PD芯片安装到热沉载体上，并通过金丝键合的方式实现驱动电路控制板分别与COS蓝光半导体激光器芯片的正负极和高速光电探测器PD芯片的正负极电连接，其中驱动电路控制板的基板是氮化铝陶瓷或是FR4材质的 PCB板，所述驱动电路控制板具有驱动激光器的驱动电路以及带有控制各个激光器单元的脉冲同步输出自校准功能的控制电路，所述高速光电探测器PD芯片可提供每路激光的反馈回波光信号；步骤三，给驱动电路控制板供电，顺序点亮每个COS蓝光半导体激光器芯片，通过高度探测器PD芯片反馈回来的光信号，一次确定每个COS蓝光半导体激光器芯片的输出光脉冲延时T，然后驱动电路控制板上的脉冲同步输出自校准功能的控制电路根据反馈回来的时间T调整各个COS蓝光半导体激光器芯片的脉冲输出时间，以此达到各个COS蓝光半导体激光器芯片脉冲同步输出的目的；步骤四，在热沉载体上且位于COS蓝光半导体激光器芯片的前方依次安装快轴准直镜和慢轴准直镜，并保持COS蓝光半导体激光器芯片、快轴准直镜和慢轴准直镜位于同一直线上，通过快轴准直镜和慢轴准直镜对COS蓝光半导体激光器芯片发出的激光进行准直，
以压缩发散角；步骤五，在热沉载体上且位于慢轴准直镜的前方安装45
°
反射镜，以实现光束45
°
偏折；所述激光器模块的整体组装包括以下步骤：步骤a，将封装好的所有子模块分成两路并通过安装阶梯的形式安装到外壳上，以实现光的堆叠；步骤b，在外壳上且位于两路子模块的前方依次安装偏振合束器和输出镜，两路子模块射出的激光经偏振合束器合束成一路光后，再通过输出镜实现激光的输出。
[0006]驱动电路控制板通过控制COS蓝光半导体激光器芯片来发射激光，以及通过高速光电探测器反馈的光信号来同步子模块的光脉冲输出时间，每一路子模块上的激光经快轴准直镜和慢轴准直镜准直后，再通过反射镜的偏折垂直射入偏振合束器中，经偏振合束器合束后最后射至输出镜上进行输出。为了实现激光器脉宽可调，采用了电直调的驱动控制方式，驱动电路控制板上的驱动电路具有随着外部脉宽控制的Trigger信号的改变而随之改变的功能，且驱动电路控制板上预留有控制脉宽输入的Trigger信号的接口，通过外部输入的控制脉宽的Trigger信号，来控制COS蓝光半导体激光器芯片的输出脉宽。本专利技术通过采用激光器驱动（驱动电路控制板具有驱动激光器的驱动电路以及带有控制各个激光器单元的脉冲同步输出自校准功能的控制电路）与激光器以及光学元器件的光电集成封装形式，把驱动电路控制板与COS蓝光半导体激光器芯片和高速光电探测器PD芯片（通过提供每路激光的反馈回波光信号来作为脉冲同步的依据）集成到一起，并通过偏振合束技术以达到高峰值功率输出的目的，不仅有效缩短驱动控制电路回路，缩小了体积，易于系统集成，而且还实现了高频窄脉冲激光输出，同时驱动控制板带有控制各个激光器单元的脉冲同步输出自校准功能的控制电路，可以达到各个子模块脉冲同步输出和调节激光器输出脉宽的目的。其中驱动电路控制板的基板采用是氮化铝陶瓷或者是FR4材质的 PCB板，驱动电路可实现0
‑
200A的峰值电流输出，电压2V
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100V，trigger信号调节范围1ns
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1us，激光模块脉冲工作峰值功率可达10000W以上，激光器模块功率灵活可调，脉宽可自由调谐切换（纳秒模式
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连续模式），实现多样化的工艺参数设定，拓展更多的加工和材料处理应用领域，在工业加工中具有灵活的工艺适应性和高的性价比。其中驱动电路控制板通过金丝键合的方式分别与COS蓝光半导体激光器芯片和高速光电探测器PD芯片之间进行正负极电连接，连接强度高，稳定性好，封装回路短，寄生参数小。
[0007]作为优选，所述偏振合束器为偏振合束棱镜，用于把两个垂直入射的激光合束到一起。实现了脉冲工作高峰值功率输出。
[0008]作为优选，所述输出镜可以为聚焦透镜，通过聚焦透镜聚焦实现光束的汇聚直接输出。
[0009]作为优选，所述聚焦透镜为非球面镜或者球面透镜组。合束之后的激光通过聚焦透镜聚焦实现光束的汇聚直接输出。
[0010]作为优选，所述输出镜还可以为耦合透镜，通过耦合透镜耦合进光纤进行光纤耦合输出。
[0011]作为优选，所述耦合透镜为非球面透镜或者透镜组。合束之后的激光通过耦合透镜耦合进光纤里实现光纤耦合输出。
[0012]作为优选，所述热沉载体的材料为无氧铜，表面通过电镀的方式镀镍金。以提高对驱动电路控制板和COS蓝光半导体激光器芯片的散热效果。
[0013]作为优选，所述热沉载体的表面镀99.99%纯度的金。以提高热沉载体表面的抗氧化性。
[0014]作为优选，所述驱动电路控制板具有同步输出多路激光脉冲的功能和调节激光器输出脉宽的功能，所述高速光电探测器PD芯片通过提供每路激光的反馈回波光信号来作为脉冲同步的依据。可以达到各个子模块脉冲同步输出的目的。
[0015]本专利技术的有益效果是：采用激光器驱动与激光器以及光学元器件的光电集成封装形式，把激光驱动电路控制板、高速探测器PD芯片和COS蓝光半导体激光器芯片集成到一起，并通过偏振合束技术实现了高峰值功率输出的目的；不仅有效缩短驱动控制电路回路，缩小了体积，易于系统集成，而且还实现了高频窄脉冲激光输出；驱动电路控制板带有控制各个激光器单元的脉冲同步输出自校准功能的控制电路，加入了脉冲同步输出自校准功能，可以达到各个子模块脉冲同步输出的目的，实现脉冲同步输出的精密可控性；激光器模块功率灵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调脉宽半导体蓝光激光器模块的实现方法，其特征是，包括子模块（3）的封装和激光器模块的整体组装，所述子模块（3）的封装包括以下步骤：步骤一，将若干个COS蓝光半导体激光器芯片（8）等间隔的封装到热沉载体（6）上；步骤二，将驱动电路控制板（7）和高速光电探测器PD芯片（12）安装到热沉载体（6）上，并通过金丝键合的方式实现驱动电路控制板（7）分别与COS蓝光半导体激光器芯片（8）的正负极和高速光电探测器PD芯片（12）的正负极电连接，其中驱动电路控制板（7）的基板是氮化铝陶瓷或是FR4材质的 PCB板，所述驱动电路控制板（7）具有驱动激光器的驱动电路以及带有控制各个激光器单元的脉冲同步输出自校准功能的控制电路，所述高速光电探测器PD芯片（12）可提供每路激光的反馈回波光信号；步骤三，给驱动电路控制板（7）供电，顺序点亮每个COS蓝光半导体激光器芯片（8），通过高度探测器PD芯片（12）反馈回来的光信号，一次确定每个COS蓝光半导体激光器芯片（8）的输出光脉冲延时T，然后驱动电路控制板（7）上的脉冲同步输出自校准功能的控制电路根据反馈回来的时间T调整各个COS蓝光半导体激光器芯片（8）的脉冲输出时间，以此达到各个COS蓝光半导体激光器芯片（8）脉冲同步输出的目的；步骤四，在热沉载体（6）上且位于COS蓝光半导体激光器芯片（8）的前方依次安装快轴准直镜（9）和慢轴准直镜（10），并保持COS蓝光半导体激光器芯片（8）、快轴准直镜（9）和慢轴准直镜（10）位于同一直线上，通过快轴准直镜（9）和慢轴准直镜（10）对COS蓝光半导体激光器芯片（8）发出的激光进行准直，以压缩发散角；步骤五，在热沉载体（6）上且位于慢轴准直镜（10）的前方安装45
°
反射镜（11），以实现光束45
°
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【专利技术属性】
技术研发人员：丛海兵，陶良泽，巩少斌，
申请(专利权)人：杭州晟创激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：