基于vcsel的高功率半导体激光器及其vcsel激光器模组的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种VCSEL激光器模组，包括由多个VCSEL芯片组成的VCSEL芯片阵列和设置在VCSEL芯片阵列的出光面前方的内壁反射型光学传输器件；其中，VCSEL芯片阵列的出光面对经过目标物和内壁反射型光学传输器件反射回来的反射光线进行二次反射。该VCSEL激光器模组，依赖VCSEL芯片表面极高的反射率和内壁反射型光学传输器件，实现了高效率的激光传输，并对目标物折回的反射光进行高效的二次利用，充分提高了激光的利用率。这种结构可以大幅提高激光的出射效率和目标物的吸收率，并可以有效汇聚光束，进一步提高出射口的光学功率密度。本发明同时提供了包括上述VCSEL激光器模组的高功率半导体激光器，这种激光器在激光医疗和工业激光加工等领域具有广阔的应用前景。
【专利说明】基于VCSEL的高功率半导体激光器及其VCSEL激光器模组
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种半导体激光器模组，尤其涉及一种使用垂直腔面发射激光器 (Vertical Cavity Surface Emitting Laser,简称VCSEL)作为光源的激光器模组；同时涉 及一种基于VCSEL激光器模组的高功率半导体激光器，属于半导体激光器【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 在过去二十年间，在高功率半导体激光器领域，基于GaAs材料的边发射半导体激 光器一直占据统治地位，并广泛应用于工业、医疗、科研等领域。然而，边发射半导体激光器 却存在其致命的缺陷，虽然其预期寿命长达数万小时，但是在脉冲状态下，光学灾变性损坏 几率极大，对寿命影响严重，所以，其实际使用寿命远不能达到理想的预期寿命。因此，需要 提供一种新的可用于工业领域的半导体激光器。
[0003] 在半导体激光器领域，根据发光方向与激光芯片所在外延片平面的关系，激光器 可划分为垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser,简称VCSEL) 与边发射半导体激光器（Edge Emitting Laser Diode)两类。其中，垂直腔面发射激光器 的发光方向垂直于外延片方向，从反应区的顶面射出，而边发射半导体激光器的发光方向 平行于外延片方向，从反应区的边缘射出。垂直腔面发射激光器（VCSEL)与边发射半导体 激光器的结构可参见图1所示的示意图。
[0004] 边发射半导体激光器和VCSEL分别具有如下特点：边发射半导体激光器是线性光 源，其在垂直方向和水平方向的发散角相差极大（垂直方向全角约在60?70度左右，水 平方向全角约在7?10度左右），并且其远场光强呈现高斯分布；而VCSEL是圆形光源，其 发散角较小（发散角全角约为15?20度左右），其远场光强近似平顶分布，能量均匀。因 此，与边发射半导体激光器相比，VCSEL发射的光线更容易汇聚，并且在远场目标物上能量 分布均匀。此外，与边发射半导体激光器相比，VCSEL还具有其他的优点，例如：具有较高的 工作温度，预期寿命较长且故障率低，并且可以采用类似于LED工艺进行封装，封装工艺要 求低。然而，传统的VCSEL由于相对较低的电光效率、较差的光学亮度，在高功率市场一直 没有得到关注。
[0005] 随着技术的进步，VCSEL逐渐实现了接近于边发射半导体激光器的高功率输出，同 时由于其独特的结构，其应用中存在的诸多优点，如高可靠性、耐高温、光学分布均匀、表面 高反射率等等。如果对VCSEL进行改进，使其可以逐渐应用于部分工业应用领域，将会给半 导体激光器领域带来一场全新的革命。
[0006] 垂直腔面发射激光器（VCSEL)与边发射半导体激光器的具体性能对比请参见表 1〇
[0007]
【权利要求】
1. 一种VCSEL激光器模组，其特征在于包括多个VCSEL芯片组成的VCSEL芯片阵列和 设置在所述VCSEL芯片阵列的出光面前方的内壁反射型光学传输器件； 所述VCSEL芯片阵列的出光面对经过目标物和所述内壁反射型光学传输器件反射回 来的反射光线进行二次反射。
2. 如权利要求1所述的VCSEL激光器模组，其特征在于： 所述内壁反射型光学传输器件的出射口面积小于入射口面积。
3. 如权利要求1或2所述的VCSEL激光器模组，其特征在于： 所述内壁反射型光学传输器件的入射口全部覆盖且仅覆盖所述VCSEL芯片阵列的发 光区域。
4. 如权利要求1或2所述的VCSEL激光器模组，其特征在于： 所述VCSEL芯片阵列中，多个VCSEL芯片在一个平面内紧密排列，其出光面组成一个平 面出光面。
5. 如权利要求1或2所述的VCSEL激光器模组，其特征在于： 所述VCSEL芯片阵列中，多个VCSEL芯片相互成一定角度排列，多个VCSEL芯片的出光 面构成一个以目标物为圆心的近似弧形的多边形出光面。
6. 如权利要求1或2所述的VCSEL激光器模组，其特征在于： 所述内壁反射型光学传输器件是内壁抛光的反射镜筒。
7. 如权利要求1或2所述的VCSEL激光器模组，其特征在于： 所述内壁反射型光学传输器件是基于内壁全反射的导光锥。
8. 如权利要求7所述的VCSEL激光器模组，其特征在于： 所述导光锥的入射口和出射口蒸镀光学增透膜。
9. 一种高功率半导体激光器，其特征在于包括权利要求1?8中任意一项所述的 VCSEL激光器模组。
【文档编号】H01S5/183GK104319629SQ201410643574
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月10日 优先权日:2014年11月10日
【发明者】李阳, 李德龙 申请人:李德龙