[实用新型]高功率薄型激光模组封装结构及高功率激光器封装

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种能够封装简易的高功率薄型激光模组和激光器的结构。 

背景技术

近年来，基于激光技术的投影显示市场由于需求的急剧增长而吸引了大量的关注。因此激光投影产业迫切需要较高功率的红，绿，蓝三基色激光器。其中红色和蓝色半导体二极管激光器已经成熟并且在显示设备中得到了广泛的应用。然而，尽管绿色半导体激光器已经取得了一定的进展，但已报道的研究结果还远远不能满足激光显示的要求。绿色半导体激光器距离批量商业化生产还有一段较长的距离。因此，低成本紧凑型绿光光源成为目前激光显示产业发展的技术瓶颈。为推动激光显示产业的发展，各国的研究人员正全力进行绿光激光器的研究。 

从目前的研究成果来看，通过激光二极管泵浦固体激光器倍频产生绿光的紧凑型绿光激光器是目前解决激光显示绿光技术瓶颈的最佳方案。在倍频绿光固体激光器中，通常包含用来产生1064 nm红外激光的激光晶体和用来产生绿光的非线性光学晶体。对于激光晶体来说，掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)由于其具有增益高，偏振输出，并且在808 nm抽运波长上具有很高的吸收系数等优点，被认为是最佳增益介质。对于非线性晶体来说，目前国内外商用的DPSS绿光激光器主要采用的是KTP或LBO这两种非线性晶体。其中KTP晶体由于非线性系数较大、价格低廉而在市场上有广泛的应用。但使用KTP晶体的DPSS绿光技术存在两种缺陷：一是灰迹效应导致高功率下使用寿命的不稳定性从而只能应用在低功率绿光激光器上，抗灰迹的KTP尽管已有商品化的产品，但价格高昂，二是其绿光输出的偏振态会随着温度的变化而变化，对于含有某些偏振敏感器件的显示系统，这种变化会引起严重的功率变化问题。LBO晶体的抗损伤阈值高，可以用于产生高功率的绿光，但是由于LBO晶体非线性系数小，因此即使在激光显示所需要的中小功率的绿光激光器中，所采用的晶体长度往往也要大于10 mm，这使得基于LBO技术的激光器体积太大而不能够应用于激光显示行业。另外，基于LBO和KTP晶体的绿光激光器的价格比激光显示行业所能够接受的价格高出几十倍。因此激光显示产业迫切需求紧凑、低成本、高效率、高输出功率的绿光激光器。近年来，由于周期性极化技术的不断发展，基于准相位匹配(QPM)的各种周期性极化晶体被广泛用于倍频或其他波长变换领域。其中掺氧化镁周期性极化反转铌酸锂(MgO:PPLN)由于具有抗损伤阈值高、非线性系数大、成本低并且适合大规模工业化生产等优点而被认为是激光显示产业需要的、紧凑高效的绿光激光器的最佳选择。 

但基于外加电场的周期性极化技术制作的MgO：PPLN晶体通常较薄（0.5 mm ~ 1 mm），而传统的LBO和KTP晶体通常厚度都在3 mm左右。因此在传统的分离型腔内倍频固体激光器结构中，由于有最少4个光学元件（泵浦激光器，激光晶体，非线性倍频晶体，耦合输出镜），使用这种薄型晶体会带来更大的调节难度，不易批量生产。为了解决这一问题，专利201110446152.0和专利ZL201120417436.2发明了一种创新的一体化紧凑绿光芯片，将腔内倍频固体激光器的结构简化至2个光学元件，使得基于MgO:PPLN晶体的绿光固体激光器能够达到低成本，大批量的生产，解决了激光显示产业当前面临的绿光激光器方面的技术瓶颈。 

但该一体化紧凑绿光芯片为基于平平腔结构，该结构的优势在于结构简单，但是容易受到热效应的影响导致光斑质量不佳，功率波动。为了拓展该一体化紧凑绿光芯片的应用范围，本专利提出了一种新的解决方案，通过改变晶体镀膜设计和增加输出透镜，将原来的平平腔结构改变为光板质量更好的平凹腔结构，同时还保持了体积小、结构简单、稳定性好等特点。 

实用新型内容

为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种体积小、结构简单、稳定性好，光束质量高、调节和维修方便的高功率薄型激光模组的封装结构和以此为基础的高功率激光器。 

本实用新型采用的技术方案是： 

本实用新型提出一种高功率薄型激光模组封装结构，包括激光晶体（如Nd:YVO4）、非线性倍频晶体（如PPLN）、和导热基板（如Si）。在芯片通光方向上两晶体之间具有一定距离。导热基板与晶体之间通过夹料粘和。其中激光晶体和非线性倍频晶体上镀有特殊镀膜，激光晶体和非线性倍频晶体的通光面保持平行。