一种激光加热装置制造方法及图纸

一种激光加热装置，包括：包括若干个间隔的发光柱的垂直腔面发射激光芯片；第一微透镜阵列结构；每个第一微透镜具有第一凸面和第一平面；第一凸面朝向垂直腔面发射激光芯片；第二微透镜阵列结构，每个第二微透镜具有第二凸面和第二平面；第二凸面相对于第二平面背离第二微透镜阵列结构且和第一凸面的位置一一对应设置，第二平面位于第一微透镜阵列结构的焦平面上；位于垂直腔面发射激光芯片和微透镜阵列单元之间的准直透镜；至少部分聚焦透镜的光轴与第二微透镜阵列结构的光轴倾斜，以使得不同的垂直腔面发射激光芯片发出的光经过聚焦透镜之后至少部分重叠。兼顾激光加热装置集成度高、结构简单、成本低、辐照度分布均匀、激光能量利用率高。能量利用率高。能量利用率高。

【技术实现步骤摘要】
一种激光加热装置


[0001]本技术涉及半导体设备领域，具体涉及一种激光加热装置。

技术介绍

[0002]激光加热可广泛用于不同材质材料的加热、退火、焊接、软化、热固化等领域。激光加热的效果与激光器光源类型的选择和光束整形匀化技术路线密切相关。不同的激光器光源配合不同的光束整形匀化技术路线，针对特定材料的加热效果会有较大区别，将直接影响到激光加热的应用质量。
[0003]现有的激光加热应用中，针对激光器光源的选择，多采用边发射激光器EFL(Edge Emitting Laser)芯片。受限于边发射激光器芯片快轴(垂直方向)与慢轴(水平方向)发散角不同，采用边发射激光器芯片的激光光源，需要对快轴与慢轴光束或分别整形。或将多个单管芯片通过空间合束与光纤耦合，再对光纤输出激光进行光学匀化；或者将多个巴条芯片通过空间堆叠与光束整形匀化，得到输出能量分布均匀的平顶光斑，最终用于激光加热。该光源制作方法具有光学系统复杂，体积大，成本高等诸多缺点。
[0004]现有的激光加热应用中，针对光束整形匀化技术路线的选择，多采用匀光片(diffuser)、或者采用使用光学透明材料制造的光波导管/柱，或者联合利用上述手段，到输出能量分布均匀的平顶光斑，最终用于激光加热。上述方案受匀化后激光发散角影响，在照射平面上的辐照度分布不均匀，匀化效果不佳；或者光光损失较大，激光能量利用率不高；或者光学方案复杂，成本较高；或者难以实现较为复杂的定制光斑需要。

技术实现思路

[0005]因此，本技术要解决的技术问题在于克服现有技术无法兼顾激光加热装置集成度高、结构简单、成本低、辐照度分布均匀、激光能量利用率高的问题，从而提供一种激光加热装置。
[0006]本技术提供一种激光加热装置，包括：垂直腔面发射激光芯片，所述垂直腔面发射激光芯片包括若干个间隔的发光柱；位于所述垂直腔面发射激光芯片的出光方向一侧的第一微透镜阵列结构，所述第一微透镜阵列结构包括若干个阵列排布的第一微透镜，每个所述第一微透镜沿着垂直腔面发射激光芯片的出光方向在所述垂直腔面发射激光芯片上的投影与部分数量的发光柱具有重合面积；每个所述第一微透镜具有第一凸面和与第一凸面相对的第一平面；所述第一凸面朝向所述垂直腔面发射激光芯片；第二微透镜阵列结构，所述第二微透镜阵列结构包括若干个阵列排布的第二微透镜；每个所述第二微透镜具有第二凸面和与第二凸面相对的第二平面；所述第二凸面相对于第二平面背离所述第二微透镜阵列结构；所述第二微透镜阵列结构的第二平面位于所述第一微透镜阵列结构背离所述垂直腔面发射激光芯片一侧的焦平面上；所述第二凸面和所述第一凸面的位置一一对应设置；位于所述垂直腔面发射激光芯片和所述第一微透镜阵列结构之间的准直透镜；位于所述第二微透镜阵列结构背离所述第一微透镜阵列结构一侧的聚焦透镜；所述垂直腔面发
射激光芯片的数量为若干个，若干个垂直腔面发射激光芯片在垂直于垂直腔面发射激光芯片的出光方向的平面间隔排布；所述准直透镜的数量为若干个；所述准直透镜与所述垂直腔面发射激光芯片一一对应；所述聚焦透镜的数量为若干个，所述聚焦透镜与所述垂直腔面发射激光芯片一一对应；所述第一微透镜阵列结构的数量为若干个，所述第二微透镜阵列结构的数量为若干个；所述垂直腔面发射激光芯片的出光方向、所述第一微透镜阵列结构的光轴和第二微透镜阵列结构的光轴平行；所述准直透镜的光轴和所述聚焦透镜的光轴平行；至少部分所述聚焦透镜的光轴与对应的所述第二微透镜阵列结构的光轴倾斜，以使得不同的垂直腔面发射激光芯片发出的光经过聚焦透镜之后至少部分重叠。
[0007]可选的，每个所述第一微透镜沿着垂直腔面发射激光芯片的出光方向在所述垂直腔面发射激光芯片上的投影仅与一个发光柱具有重合面积，第一微透镜与所述发光柱一一对应；或者，每个所述第一微透镜沿着垂直腔面发射激光芯片的出光方向在所述垂直腔面发射激光芯片上的投影与多个发光柱具有重合面积。
[0008]可选的，所述准直透镜包括平凸透镜，所述平凸透镜的凸面朝向所述第一微透镜阵列结构。
[0009]可选的，所述若干个垂直腔面发射激光芯片分别为沿第一方向依次排布的第一垂直腔面发射激光芯片至第N垂直腔面发射激光芯片，N为偶数；若干个聚焦透镜分别为第一聚焦透镜至第N聚焦透镜，任意的第n聚焦透镜用于对第n垂直腔面发射激光芯片发出的光进行聚焦；n为大于或等于1且小于或等于N的整数；第(N/2)
‑
k+1聚焦透镜的光轴和第(N/2)+k聚焦透镜的光轴对称设置，k为大于或等于0且小于或等于(N/2)
‑
1的整数。
[0010]可选的，所述若干个垂直腔面发射激光芯片分别为沿第一方向依次排布的第一垂直腔面发射激光芯片至第Q垂直腔面发射激光芯片，Q为奇数；若干个聚焦透镜分别为第一聚焦透镜至第Q聚焦透镜，任意的第q聚焦透镜用于对第q垂直腔面发射激光芯片发出的光进行聚焦；q为大于或等于1且小于或等于Q的整数；第((Q+1)/2)
‑
j聚焦透镜的光轴和第((Q+1)/2)+j聚焦透镜的光轴对称设置，j为大于或等于1且小于或等于((Q+1)/2)
‑
1的整数。
[0011]可选的，任意相邻的聚焦透镜的光轴之间的夹角大于0
°
且小于或等于35
°
。
[0012]可选的，所述聚焦透镜适于将光束汇聚至靶面；所述准直透镜的焦距为F1，所述聚焦透镜的中心至靶面的距离为F2；相邻的垂直腔面发射激光芯片的中心的间距为Y；任意相邻的聚焦透镜的光轴之间的夹角为(F1+F2)/10*λ*Y，λ为0.2
～
0.25。
[0013]可选的，λ为0.2087。
[0014]本技术技术方案具有以下有益效果：
[0015]本技术技术方案提供的激光加热装置，所述准直透镜用于对所述垂直腔面发射激光芯片发出的光进行准直。第一微透镜阵列结构用于将准直之后的光束进行阵列化分离，每个第一微透镜发出的光在进入第二微透镜阵列结构之前呈现分离的状态，第一微透镜阵列结构发出的光在进入第二微透镜阵列结构之前为多点子光束光源。所述第二微透镜阵列结构的第二平面位于所述第一微透镜阵列结构背离所述垂直腔面发射激光芯片一侧的焦平面上，第二微透镜阵列结构和第一微透镜阵列结构构成复眼透镜组合，第二微透镜将对应的第一微透镜发出的光发散呈放大的像，这样多个第二微透镜发出的发散光两两重叠在一起，使得多点子光束光源放大重叠成像在一起，减少残余发散角带来的单光斑不均匀，这样使得光束的辐照度分布均匀度提高。其次，复眼透镜组合对光的损失较小与高匀化
效果，使得垂直腔面发射激光芯片的激光能量利用率高。再次，由于集成第一微透镜阵列结构和第二微透镜阵列结构，无需使用复杂的空间光斑堆叠整形、光纤或光波导耦合等匀化手段，使得所述激光加热装置的集成度高、结构简单、成本低。不同的垂直腔面发射激光芯片发出的光经过聚焦透镜之后至少部分重叠，这样实现功率叠加。
附图说明
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光加热装置，其特征在于，包括：垂直腔面发射激光芯片，所述垂直腔面发射激光芯片包括若干个间隔的发光柱；位于所述垂直腔面发射激光芯片的出光方向一侧的第一微透镜阵列结构，所述第一微透镜阵列结构包括若干个阵列排布的第一微透镜，每个所述第一微透镜沿着垂直腔面发射激光芯片的出光方向在所述垂直腔面发射激光芯片上的投影与部分数量的发光柱具有重合面积；每个所述第一微透镜具有第一凸面和与第一凸面相对的第一平面；所述第一凸面朝向所述垂直腔面发射激光芯片；第二微透镜阵列结构，所述第二微透镜阵列结构包括若干个阵列排布的第二微透镜；每个所述第二微透镜具有第二凸面和与第二凸面相对的第二平面；所述第二凸面相对于第二平面背离所述第二微透镜阵列结构；所述第二微透镜阵列结构的第二平面位于所述第一微透镜阵列结构背离所述垂直腔面发射激光芯片一侧的焦平面上；所述第二凸面和所述第一凸面的位置一一对应设置；位于所述垂直腔面发射激光芯片和所述第一微透镜阵列结构之间的准直透镜；位于所述第二微透镜阵列结构背离所述第一微透镜阵列结构一侧的聚焦透镜；所述垂直腔面发射激光芯片的数量为若干个，若干个垂直腔面发射激光芯片在垂直于垂直腔面发射激光芯片的出光方向的平面间隔排布；所述准直透镜的数量为若干个；所述准直透镜与所述垂直腔面发射激光芯片一一对应；所述聚焦透镜的数量为若干个，所述聚焦透镜与所述垂直腔面发射激光芯片一一对应；所述第一微透镜阵列结构的数量为若干个，所述第二微透镜阵列结构的数量为若干个；所述垂直腔面发射激光芯片的出光方向、所述第一微透镜阵列结构的光轴和第二微透镜阵列结构的光轴平行；所述准直透镜的光轴和所述聚焦透镜的光轴平行；至少部分所述聚焦透镜的光轴与对应的所述第二微透镜阵列结构的光轴倾斜，以使得不同的垂直腔面发射激光芯片发出的光经过聚焦透镜之后至少部分重叠。2.根据权利要求1所述的激光加热装置，其特征在于，每个所述第一微透镜沿着垂直腔面发射激光芯片的出光方向在所述垂直腔面发射激光芯片上的投影仅与一个发光柱具有重合面积，第一微透镜与所述发光柱一一对应；或者，每个所述第一微透镜沿着垂直腔面发射激光芯片的出...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘华东，裘利平，徐佳维，俞浩，靳嫣然，刘恒，王俊，廖新胜，吴真林，闵大勇，
申请(专利权)人：苏州长光华芯光电技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：