专利名称：一种半导体激光光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体激光光源，尤其涉及半导体激光器的光纤耦合技术。
背景技术：
半导体激光器是实用中最重要的一类激光器，它具有体积小、寿命长、运转可靠、 耗电量少等优点，在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面应用广泛， 在激光显示或其他需要高亮度、高光束质量激光的场合中，也常采用半导体激光器(LD)作为光源，因为半导体激光器存在输出光为发散光束且功率密度相对较低的问题，单个半导体激光器往往无法满足激光显示对光源的要求。实际应用中，常需要将多个半导体激光器的输出光耦合后输出。目前将多个半导体激光器的输出光耦合输出的方式有两种一是将半导体激光器在芯片一级制作成半导体激光阵列(即bar条)，再通过整形光学系统将阵列中每个激光器的输出光经过整形耦合到一起输出，另一种方式是将多个独立的半导体激光器的输出光经过整形耦合到一起输出，半导体激光器可以串联也可以并联。由于多个独立的半导体激光器在整形耦合前可进行筛选，并且可以采用单独制冷，组合成的激光光源可靠性、一致性和寿命一般好于使用阵列的组件，因而应用较为广泛。如授权公告号为 CN201203679Y的中国实用新型专利《一种多路半导体激光耦合入单根光纤的结构》，即采用将多个独立半导体激光器的输出光整形耦合到一起的方式，其工作原理为将多个激光器芯片安装于阶梯型金属热沉上，每个激光器芯片前都有一个微柱透镜，对其光束快轴方向进行准直后形成平行、等间距的光束，每个经准直的光束都照射到一个反射镜上，每个反射光束都由一个柱透镜对慢轴方向进行准直，得到快、慢轴方向都被压缩的、互相平行并且其间距也被压缩的组合光束，该光束由透镜聚焦耦合进入多模光纤。该专利具有外形紧凑，灵活度高，适用广泛的优点。但是为了安装微柱透镜和反射镜，需要设置反射镜热沉，然后将反射镜热沉与阶梯型金属热沉相对安装并按要求固定在一个底板上，再将耦合透镜和多模光纤安装在光路中，整体结构较为复杂，调试也较复杂，对操作者的技术水平要求较高。又如专利号为US6M0116B1的美国专利《用于实现高光束质量和高亮度的激光二极管阵列》，主要结构包括阶梯型热沉、多个半导体激光器、用于减小输出光束发散度的透镜，其中至少一个实施例中，还包括一个反射镜，反射镜将半导体激光器输出光耦合入光纤，最终得到了一些互相平行的准直光束，这些相邻准直光束发散角几近于零，并且相邻光束之间的“死区”宽度限制到小于某一光束的直径。为达到这一目的，该专利通过设置反射镜压缩准直光束，考虑到反射镜需要满足任何一束光只照射到对应的反射镜而不照射到相邻的反射镜上，且减少功率损耗，对于反射镜的间距、反射镜的大小都有严格要求，因此结构较为复杂，制造成本较高，且对操作者的专业知识有一定要求。由上可见，目前虽然已经存在多种激光二极管阵列和光束组合系统，但在一些对光束质量、功率密度要求不高的领域，还缺乏一种体积较小，结构简单，操作简便的半导体激光光源。
发明内容
为解决现有技术存在的体积较大，结构复杂，对操作人员要求高的问题，本发明提供一种体积小，结构简单，操作简便的半导体激光光源。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下面所描述一种半导体激光光源，包括具有N个阶梯的热沉，所述的每个阶梯包括竖直安装面和水平安装面，其中N为自然数；2 (N-I)个半导体激光器，包括设置在竖直安装面上的第一半导体激光器以及设置在水平安装面上的第二半导体激光器，第一半导体激光器的输出光光轴垂直于竖直安装面， 第二半导体激光器的输出光光轴垂直于水平安装面，第一半导体激光器与设置在其下一级阶梯水平安装面上的第二半导体激光器输出光光轴相交于一点；设置在每个第二半导体激光器上方，用于调整第二半导体激光器的输出光光轴方向的反射镜；N-I个微透镜，设置在第一半导体激光器输出光光轴与第二半导体激光器输出光光轴交点上，用于对半导体激光器输出光进行准直，使半导体激光器的输出光经对应的微透镜准直后形成准直光束。所述的半导体激光器为单个半导体激光器芯片，半导体激光器bar条，或者多个半导体激光器芯片组成的半导体激光器阵列。所述的多个半导体激光器的输出光是相同波长的光。所述的多个半导体激光器的输出光是不完全相同波长的光。所述的反射镜为平面反射镜或者棱镜反射镜。所述的反射镜固定在竖直安装面上面。所述的微透镜通过连接件固定在反射镜或者热沉上面。所述的半导体激光器与热沉之间设有过渡热沉，所述过渡热沉固定在热沉上。本发明在采取了上述技术方案以后所具有的技术优点如下面所描述第一，采用阶梯状热沉，阶梯的数目可以根据需要的激光总功率和单个激光器的功率、发射波长种类选取，所选用的半导体激光器3的输出光波长可以相同也可以不同，因此激光光源具有很强的灵活性。第二，本发明通过设置反射镜，对相邻半导体激光器输出光束之间的“死区”进行了压缩，改善了光源的功率密度和光束质量，反射镜需要满足任一第二半导体激光器的输出光只照射到对应的反射镜而不照射到相邻的反射镜上，对于反射镜的间距、反射镜的大小要求较为宽松，易于取材。第三，本发明结构简单，调整方便，且能够保证激光耦合的效率和稳定性，提高了系统的易用性，适用于大规模的模块化生产。
通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。图1是本发明的半导体激光光源具体实施例的工作原理示意图；图2是本发明的半导体激光光源另一具体实施例的工作原理示意图；图3是本发明的半导体激光光源另一具体实施例的工作原理示意图；图4是本发明的半导体激光光源另一具体实施例的工作原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细的描述。(实施例一)图1是本发明的半导体激光光源具体实施例的工作原理示意图。具有N个阶梯的热沉，所述的每个阶梯包括竖直安装面和水平安装面，其中N为自然数；2(N-1)个半导体激光器，包括设置在竖直安装面上的(N-I)个第一半导体激光器以及设置在水平安装面上的(N-I)个第二半导体激光器，第一半导体激光器的输出光光轴垂直于竖直安装面，第二半导体激光器的输出光光轴垂直于水平安装面，第一半导体激光器与设置在其下一级阶梯水平安装面上的第二半导体激光器输出光光轴相交于一点；设置在每个第二半导体激光器上方，用于调整第二半导体激光器的输出光光轴方向的反射镜；N-I 个微透镜，设置在第一半导体激光器输出光光轴与第二半导体激光器输出光光轴交点上， 用于对半导体激光器输出光进行准直，使半导体激光器的输出光经对应的微透镜准直后形成准直光束。所述的半导体激光器为单个半导体激光器芯片，半导体激光器bar条，或者多个半导体激光器芯片组成的半导体激光器阵列。所述的多个半导体激光器的输出光是相同波长的光。所述的反射镜阵列中的反射镜为平面反射镜。所述的反射镜固定在竖直安装面上面。所述微透镜中的微透镜通过连接件固定在反射镜上面。本发明实施例中以N为4为例进行说明，但不限于这种选择。参见图1所示，本发明公开的半导体激光光源，包括具有4个阶梯2的热沉1，所述的每个阶梯2包括竖直安装面22和水平安装面21 ；6个半导体激光器3，包括设置在竖直安装面22上的3个第一半导体激光器31以及设置在水平安装面21上的3个第二半导体激光器32，最上方一个水平安装面21和最下方一个竖直安装面22上不设置半导体激光器，第一半导体激光器31的输出光光轴垂直于竖直安装面22，第二半导体激光器32的输出光光轴垂直于水平安装面21，第一半导体激光器31与设置在其下一级阶梯水平安装面21上的第二半导体激光器32输出光光轴相交于一占.设置在每个第二半导体激光器32上方，用于调整第二半导体激光器32的输出光光轴方向的反射镜5;3个微透镜4，设置在第一半导体激光器输出光光轴与第二半导体激光器输出光光轴交点上，用于对半导体激光器输出光进行准直，使半导体激光器3的输出光经对应的微透镜4准直后形成准直光束。所述的半导体激光器3为单个半导体激光器芯片，也可采用半导体激光器bar条， 或者多个半导体激光器芯片组成的半导体激光器阵列。所述的半导体激光器3的输出光是相同波长的光。所述的反射镜5为平面反射镜，也可采用棱镜反射镜。所述的反射镜5固定在竖直安装面22上面。所述微透镜4通过连接件6固定在反射镜5上面。
经过上述设计以后，第一半导体激光器31的输出光经微透镜4准直后形成准直光束，水平进入聚焦透镜72 ；同时，第二半导体激光器32的输出光经微透镜4准直后形成准直光束，通过平面反射镜5转为水平方向，同样也进入聚焦透镜72中，聚焦透镜72将准直光束耦合入光纤71之中。(实施例二)图2是本发明的半导体激光光源另一具体实施例的工作原理示意图。参见图2所示，本发明公开的半导体激光光源，主要结构与实施例1相同，区别在于所述的半导体激光器3的输出光是不完全相同波长的光，各个半导体激光器3的输出光发散角之间不同，准直光束之间允许出现重叠。因此，本实施例可将红、蓝、绿光半导体激光器设置在一个阶梯型热沉上，作为白光光源使用。(实施例三)图3是本发明的半导体激光光源另一具体实施例的工作原理示意图。参见图3所示，本发明公开的半导体激光光源，具有4个阶梯2的热沉1，所述的每个阶梯2包括竖直安装面22和水平安装面21 ；6个半导体激光器，包括设置在竖直安装面22上的3个第一半导体激光器31以及设置在水平安装面21上的3个第二半导体激光器32，最上方一个水平安装面21和最下方一个竖直安装面22上不设置半导体激光器，第一半导体激光器31的输出光光轴垂直于竖直安装面22，第二半导体激光器32的输出光光轴垂直于水平安装面21，第一半导体激光器31与设置在其下一级阶梯水平安装面21上的第二半导体激光器32输出光光轴相交于一占.设置在每个第二半导体激光器32上方，用于调整第二半导体激光器32的输出光光轴方向的反射镜5;3个微透镜4，设置在第一半导体激光器输出光光轴与第二半导体激光器输出光光轴交点上，用于对半导体激光器输出光进行准直，使半导体激光器3的输出光经对应的微透镜准直后形成准直光束。所述的半导体激光器3为单个半导体激光器芯片，也可采用半导体激光器bar条， 或者多个半导体激光器芯片组成的半导体激光器阵列。所述的半导体激光器3的输出光是相同波长的光。所述反射镜5采用棱镜反射镜。所述的反射镜5固定在竖直安装面22上面。所述微透镜4通过连接件6固定在反射镜上面。经过上述设计以后，第一半导体激光器31的输出光经微透镜4准直后形成准直光束，水平进入聚焦透镜72 ；而所述的第二半导体激光器32的输出光经微透镜4准直后形成准直光束，通过棱镜反射镜51转为水平方向，同样也进入聚焦透镜72中，聚焦透镜72将准直光束耦合入光纤71中。(实施例四)图4是本发明的半导体激光光源另一具体实施例的工作原理示意图。参见图4所示，其主要结构与实施例1大体相同，区别在于所述的半导体激光器3与阶梯2之间还设有过渡热沉8，所述的过渡热沉8焊接或螺接在半导体激光器3与阶梯2 之间。过渡热沉8选用热传导系数较大的材料，热沉1选用比热容较大的材料，半导体激光器3产生的热量能够通过过渡热沉7较快传导到热沉1中，实现对半导体激光器3工作温度的控制。本发明中的所有附图内的元件尺寸和距离均为示意作用，不具有限制作用，具体应用过程会与此有所区别。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种半导体激光光源，其特征在于包括具有N个阶梯的热沉，所述的每个阶梯包括竖直安装面和水平安装面，其中N为自然数；2 (N-I)个半导体激光器，包括设置在竖直安装面上的(N-I)个第一半导体激光器以及设置在水平安装面上的(N-I)个第二半导体激光器，所述第一半导体激光器的输出光光轴垂直于所述竖直安装面，所述第二半导体激光器的输出光光轴垂直于所述水平安装面，所述第一半导体激光器与设置在其下一级阶梯水平安装面上的所述第二半导体激光器输出光光轴相交于一点；设置在每个第二半导体激光器上方，用于调整所述第二半导体激光器的输出光光轴方向的反射镜；N-I个微透镜，设置在所述第一半导体激光器输出光光轴与所述第二半导体激光器输出光光轴交点上，用于对所述半导体激光器输出光进行准直，使所述半导体激光器的输出光经对应的微透镜阵列准直后形成准直光束。
2.根据权利要求1所述的半导体激光光源，其特征在于，所述的半导体激光器为单个半导体激光器芯片，半导体激光器bar条，或者多个半导体激光器芯片组成的半导体激光器阵列。
3.根据权利要求1或2所述的半导体激光光源，其特征在于，所述的多个半导体激光器的输出光是相同波长的光。
4.根据权利要求1或2所述的半导体激光光源，其特征在于，所述的多个半导体激光器的输出光是不完全相同波长的光。
5.根据权利要求1所述的半导体激光光源，其特征在于，所述的反射镜为平面反射镜或者棱镜反射镜。
6.根据权利要求1或5所述的半导体激光光源，其特征在于，所述的反射镜固定在所述竖直安装面上面。
7.根据权利要求1所述的半导体激光光源，其特征在于，所述微透镜通过连接件固定在所述反射镜或者所述热沉上面。
8.根据权利要求1所述的半导体激光光源，其特征在于，所述的半导体激光器与热沉之间设有过渡热沉，所述过渡热沉固定在所述热沉上。
全文摘要
本发明公开了一种半导体激光光源，包括具有N个阶梯的热沉，每个阶梯包括竖直安装面和水平安装面，N为自然数；2N个半导体激光器，包括设置在每个竖直安装面上的(N-1)个第一半导体激光器以及设置在每个水平安装面上的(N-1)个第二半导体激光器，第一半导体激光器与设置在其下方的阶梯上的第二半导体激光器输出光光轴相交于一点；设置在每个第二半导体激光器上方，用于调整第二半导体激光器的输出光光轴方向的反射镜；N个微透镜，用于对半导体激光器输出光进行准直，使半导体激光器的输出光经对应的微透镜阵列准直后形成准直光束。本发明结构简单，调整方便，且能够保证激光耦合的效率和稳定性，适用于大规模的模块化生产。
文档编号H01S5/068GK102468607SQ201010549308
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者张瑛, 房涛, 桂周琦, 毕勇 申请人:北京中视中科光电技术有限公司