[发明专利]一种半导体激光器的封装结构及其应用装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器的封装结构及其应用装置，属于半导体激光的应用技术领域。

背景技术

高功率高亮度半导体激光器广泛应用于工业、医疗、印刷、科研、照明、激光显示、军事及国防等领域，不仅是YAG和光纤激光等固体激光器的泵浦源，而且可以直接应用于激光热处理、焊接与切割金属薄板和非金属、激光手术、激光美容、激光印刷与排照、激光夜视照明、激光投影等。现有技术中有两条实现高功率半导体激光器的途径：一是通过提高芯片生长技术从而增加单芯片半导体激光器的输出功率；二是通过增加半导体激光器发光芯片的个数从而提高总输出功率。当单芯片输出运转在极限水平时，通过增加芯片的个数显得非常重要。增加半导体激光器发光芯片数的产品有水平叠阵、垂直叠阵和面阵等。然而，半导体激光芯片数或巴条数的增加，导致其光束质量和功率密度下降，使得半导体激光器的应用受到很大限制。不同的单芯片半导体激光器的封装结构可以组合或集成出不同的多芯片半导体激光器系统，即运用光束整形实现高功率高亮度的半导体激光器。

目前，商用单芯片半导体激光器的封装结构有如下通用形式：C型(C-mount)、B型(B-mount)、F型(F-mount)、CT型和CS型。这些单芯片封装结构除C型外，热沉的安装面与芯片的快轴垂直；C型结构热沉的安装面与芯片的光轴垂直。商用多芯片半导体激光器的封装结构有面阵（如G-Stack）、水平叠阵和垂直叠阵等。面阵热沉的安装面与芯片的光轴垂直；水平和垂直叠阵热沉的安装面与芯片的快轴垂直。这些半导体激光器封装结构的缺点是安装固定快轴准直的半导体激光器时，无法改变快轴准直光的指向性，难以实现高亮度的合成光束。

美国专利US5463534公开了一种由多个C型单芯片半导体激光器形成的高功率激光源，所有C型激光器固定在同一热沉基面上，每个C型激光器带有一个预先安装好了的准直透镜对其激光束进行准直，每个准直透镜后有一棱镜对组成的扩（压）束镜来平衡快慢轴的光束特性。在这个系统中，各准直光束平行且垂直于公共基面，有利于预先装调准直透镜和棱镜对，但也有很多的缺陷。首先，C型激光器的热沉大小决定了各激光器的分布间距，说明准直透镜的尺寸无法减小，即系统的体积大；其次，预先装调准直透镜时必然会引入准直光的指向性误差，因而安装在热沉基面上各准直激光束相互之间不平行，即难以实现高亮度的合成激光束。

美国专利US7586963公开了一种积木式半导体激光的装置，该装置由多个激光器组成，这些激光器的安装面与芯片的快轴垂直，依次固定在阶梯热沉上，即依次往后和上分布。该装置具有同一指向、灵活设置上下间距、结构紧凑等优点，但在实际生产中也有致命缺点。为了获得高亮度的合成光束，要求阶梯面的平行度高，各个预先准直的激光束指向性和激光器热沉的一致性好，这样安装在阶梯上的各准直激光束才能合成为指向性好的高亮度光束。阶梯面的平行度高导致精密加工的成本高和成品率低，不利于规模生产。

美国专利US7733932公开了一种组合式半导体激光的装置，该装置中含有多个半导体激光器，这些半导体激光器焊接在阶梯热沉上，即激光器依次左右延伸和上下错开。快慢轴准直后的激光束经反射镜实现左右合束。该装置各激光束具有同一指向、灵活设置上下间距、结构紧凑等优点。其缺点之一就是快轴准直后光束指向是固定的，对快轴准直透镜的安装精度和反射镜安装稳定性要求极高。

发明内容

本发明针对现有半导体激光列阵产生的激光束在快轴方向上很难实现准直且平行的不足，提供一种半导体激光器封装结构，以及用该结构形成的快慢轴准直的半导体激光阵列。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种半导体激光器的封装结构包括半导体激光芯片和热沉；所述热沉有至少两个相互垂直的面，即芯片的封焊面和热沉的安装面；芯片的封焊面用于芯片的封焊，热沉的安装面用于半导体激光器的固定；所述半导体激光芯片封焊方位的选择使芯片的快轴垂直于所述芯片的封焊面且芯片的慢轴垂直于所述热沉的安装面，即半导体激光的快轴和光轴平行于热沉的安装面。

本发明的有益效果是：安装固定半导体激光器时，转动热沉可以改变快轴和光轴的指向，从而实现微调快轴和光轴的指向性。

进一步，所述热沉包括两个连接电极，分别与半导体激光芯片的正极和负极相连接；所述热沉由金属材料、金属复合材料或者金属和非金属材料的组合制成；所述热沉上具有定位销或者定位孔。

优选地，所述金属材料为铜；优选地，所述金属复合材料为铜钨合金；优选地，所述金属和非金属材料的组合为氮化铝和铜的组合。