一种半导体激光器的制作方法

1.本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种半导体激光器。


背景技术：

2.目前激光雷达行业发展迅速，车载激光雷达更是非常有前景的发展方向，车载激光雷达主要使用1550nm波段的激光。而获得1550nm激射波长激光主要有两种方式：1.直接输出半导体激光器发射；2.利用900-1000nm波长的半导体激光器泵浦光纤激光器出射。
3.在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：第一种方案中，1550nm直接输出半导体激光器相对于光纤激光器对比成本较高，且长波芯片制作难度较高；第二种方案中，单管泵浦光纤激光器，实现1550nm激光出射，如果芯片失效则需要更换全新模块，耗费时间。还有一种方案是通过在管壳内串联多个单发光点的cos(chip on submount，封装在热沉上的芯片)，通过反射镜耦合进一根光纤，但是会造成半导体激光器尺寸成倍增加，且需要增加相应数量的光学元件，成本和体积都变大。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本实用新型的目的在于提出一种体积较小、成本较低、使用寿命长的半导体激光器。
6.为达到上述目的，本实用新型提出的一种半导体激光器，包括：
7.半导体激光器模块，所述半导体激光器模块上封装有至少两个激光二极管；
8.至少两个负极引脚，所述至少两个负极引脚与所述至少两个激光二极管的负极一一对应连接，其中所述负极引脚的数量等于所述激光二极管的数量；
9.正极引脚，所述正极引脚与所述至少两个激光二极管的正极连接；
10.光束整形组件，所述至少两个激光二极管复用一组所述光束整形组件，所述光束整形组件对所述至少两个激光二极管分别发射出的激光光束进行整形；
11.至少两根光纤，经过所述光束整形组件整形后的激光光束分别耦合进入所述至少两根光纤，其中所述光纤的数量等于所述激光二极管的数量。
12.根据本实用新型实施例的半导体激光器，在半导体激光器模块上封装有至少两个激光二极管，使至少两个激光二极管复用一个正极引脚，通过负极引脚的切换实现对激光二极管的单独加电，相比直接半导体激光器的制造成本得到降低；相比单管泵浦的激光器，由于封装有至少两个激光二极管，可靠性提高，延长了使用寿命；相比管壳内串联多个单发光点的cos，由于复用了正极引脚和光束整形组件，光学元件得到减少，半导体激光器的整体重量和体积得到减小，封装的制造成本得到降低。
13.根据本实用新型的一个实施例，还包括管壳，所述半导体激光器模块和所述光束整形组件安装在所述管壳内，所述至少两个负极引脚和所述正极引脚穿过所述管壳外壳延伸至所述管壳内，并通过第一引线部与所述半导体激光器模块键合连接。
14.根据本实用新型的一个实施例，所述半导体激光器模块包括：
15.基板；
16.底面层，设置在所述基板的底部，用于焊接；
17.至少两个负极接触层，设置在所述基板的顶部，所述至少两个负极接触层与所述至少两个负极引脚一一对应连接，其中所述负极接触层的数量等于所述负极引脚的数量；
18.正极接触层，设置在所述基板的顶部，并与所述负极接触层绝缘，所述正极接触层与所述正极引脚连接；
19.焊料区，所述焊料区设置在所述正极接触层的顶部，所述焊料区上焊接有所述至少两个激光二极管，所述焊料区为导电材料，所述至少两个激光二极管的正极通过所述焊料区与所述正极接触层连接。
20.根据本实用新型的一个实施例，所述管壳的两侧具有安装孔。
21.根据本实用新型的一个实施例，所述光纤靠近所述管壳的一侧包裹有保护套。
22.根据本实用新型的一个实施例，所述光束整形组件沿激光光束的射出方向依序包括：
23.准直透镜，所述至少两个激光二极管复用一个所述准直透镜，用于准直所述至少两个激光二极管发射出的激光光束；
24.防反片，所述至少两个激光二极管复用一个所述防反片，所述防反片与所述激光二极管发射出的激光光束存在夹角，用于防止激光光束返回所述激光二极管；
25.至少两个自聚焦镜，所述自聚焦镜的数量等于所述激光二极管的数量，所述至少两个自聚焦镜与所述至少两根光纤一一对应连接，用于将所述激光二极管发射出的激光光束耦合进所述光纤。
26.根据本实用新型的一个实施例，所述至少两个激光二极管的负极通过第二引线部与所述负极接触层键合连接。
27.根据本实用新型的一个实施例，所述负极接触层和所述正极接触层之间设置有绝缘槽。
28.根据本实用新型的一个实施例，所述防反片利用紫外胶粘接在所述管壳内。
29.根据本实用新型的一个实施例，所述准直透镜为快轴准直透镜；
30.或者所述准直透镜由快轴准直透镜和慢轴准直透镜组成，其中，所述激光二极管发射出的激光光束先经过所述快轴准直透镜，后经过所述慢轴准直透镜。
31.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
32.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中：
33.图1是本实用新型一实施例提出的半导体激光器的结构示意图。
34.图2是图1中涉及半导体激光器模块正面的结构示意图。
35.图3是涉及半导体激光器模块底面的结构示意图。
36.附图标记说明：
37.1-第一负极引脚，2-正极引脚，3-第二负极引脚，4-管壳，5-半导体激光器模块，6-第一引线部，7-安装孔，8-准直透镜，9-防反片，10-自聚焦镜，11-保护套，12-光纤，51-第一激光二极管，52-第二激光二极管，53-绝缘槽，54-焊料区，55-第二引线部，56-负极接触层，57-基板，58-底面层，59-正极接触层。
具体实施方式
38.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
39.图1是本实用新型一实施例提出的半导体激光器的结构示意图。图2是图1中涉及半导体激光器模块正面的结构示意图。
40.结合图1-图2，本实施例提供一种半导体激光器，包括半导体激光器模块5、两个负极引脚、正极引脚2、光束整形组件和两根光纤12。
41.其中，两个负极引脚分别为第一负极引脚1和第二负极引脚3，半导体激光器模块5上封装有两个激光二极管，两个激光二极管分别是第一激光二极管51和第二激光二极管52。第一激光二极管51和第二激光二极管52也可以在光纤激光器中作为泵浦源。第一负极引脚1与第一激光二极管51的负极连接，第二负极引脚3与第二激光二极管52的负极连接，正极引脚2与第一、第二激光二极管51、52的正极连接。第一、第二激光二极管51、52复用一组光束整形组件，光束整形组件对第一、第二激光二极管51、52分别发射出的激光光束进行整形。经过光束整形组件整形后的激光光束分别耦合进入两根光纤12。
42.第一激光二极管51和第二激光二极管52是烧结在一个热沉上的。第一激光二极管51和第二激光二极管52各自是单独的发光点，通过加电可以射出激光。第一、第二激光二极管51、52的正极复用一个正极引脚2。通过对不同的负极引脚加电，即可实现不同激光二极管的单独加电，同时采用两根光纤12输出激光。
43.根据本实用新型实施例的半导体激光器，在半导体激光器模块上封装有两个激光二极管，使两个激光二极管复用一个正极引脚，通过负极引脚的切换实现对激光二极管的单独加电，相比直接输出半导体激光器的制造成本得到降低；相比单管泵浦的光纤激光器，由于封装有两个激光二极管，可靠性提高，延长了使用寿命；相比管壳内串联多个单发光点的cos，由于复用了正极引脚和光束整形组件，光学元件得到减少，半导体激光器的整体重量和体积得到减小，封装的制造成本得到降低。
44.在可选的实施例方式中，半导体激光器模块上封装不局限于2个激光二极管，可以是3个、4个或者更多的激光二极管。光纤12的数量与激光二极管的数量相同。光纤12靠近管壳4的一侧包裹有保护套11。
45.在一些实施例中，参照图1，半导体激光器还包括管壳4，半导体激光器模块5和光束整形组件安装在管壳4内，两个负极引脚和正极引脚2穿过管壳4外壳延伸至管壳4内，并通过第一引线部6与半导体激光器模块5键合连接。第一引线部6的引线数量有多根，多根可
以有效提高载流能力。管壳4的两侧具有安装孔7，管壳4可以安装在散热板上。散热板能够对管壳内部的部件进行散热。
46.在一些实施例中，结合图1-图3，半导体激光器模块5包括基板57、底面层58、负极接触层56、两个正极接触层59和焊料区54。其中，底面层58,设置在基板57的底部，用于焊接。图3所示的实施例中，底面层58是焊接在管壳4的内壁上的。两个负极接触层56设置在基板57的顶部，两个负极接触层56分别与第一负极引脚1和第二负极引脚3一一对应连接。正极接触层59设置在基板57的顶部，并与负极接触层56绝缘，正极接触层59与正极引脚2连接。焊料区54设置在正极接触层59的顶部，焊料区54上焊接有第一激光二极管51和第二激光二极管52，焊料区54为导电材料，两个激光二极管的正极通过焊料区54与正极接触层59连接导通。两个激光二极管的负极通过第二引线部55与负极接触层56键合连接，同样，第二引线部55的引线数量有多根，多根可以有效提高载流能力。
47.可以理解的是，基板57、底面层58、负极接触层56、正极接触层59和焊料区54构成热沉。热沉是一种散热结构，能够冷却激光二极管工作中产生的热量。热沉表面的图形即负极接触层56、正极接触层59和焊料区54的分布需要满足至少两个激光二极管单独加电。激光二极管烧结在热沉上的步骤参照现有技术，在此不再赘述。但是需要注意的是，两个激光二极管需要同步拾取，同步进行烧结，保证焊接质量。
48.作为可能实现的一种方式，基板57的材质为陶瓷。基板57需要匹配激光二极管的热膨胀系数。底面层58、负极接触层56和正极接触层59使用的材质可以为铜，铜能够提高基板热导率，兼容低、高功率激光二极管散热。底面层58用来焊接。图1所示实施例中，底面层58是焊接在管壳4的内壁上的。负极接触层56和正极接触层59的主要作用是引线键合。在图2所示实施例中，两个负极接触层56分别布置在基板57的上下两侧，正极接触层59布置在基板57的右边。焊料区54上有预制金锡焊料，用来焊接固定激光二极管。
49.在一些实施例中，负极接触层56和正极接触层59之间设置有绝缘槽53。绝缘槽53的设计方式有多种，可以根据激光二极管的数量来规划。例如，在图2所示实施例中，绝缘槽53的数量为2条，且相互平行。
50.在一些实施例中，结合图1、图2，光束整形组件沿激光光束的射出方向依序包括准直透镜8、防反片9和两个自聚焦镜10。其中，第一、第二激光二极管51、52复用一个准直透镜8，准直第一、第二激光二极管51、52发射出的激光光束。第一、第二激光二极管51、52复用一个防反片9，防反片9与第一、第二激光二极管51、52发射出的激光光束都存在夹角，防止激光光束返回第一、第二激光二极管51、52。两个自聚焦镜10与两根光纤12一一对应连接，将第一、第二激光二极管51、52发射出的激光光束耦合进光纤12。
51.作为一种可能实现的方式，自聚焦镜10的数量不局限于2个，可以是3个、4个等更多个，自聚焦镜10的数量应当与激光二极管的数量保持一致。
52.作为一种可能实现的方式，防反片9是利用紫外胶粘接在管壳4内。
53.作为一种可能实现的方式，准直透镜8使用一根长条的快轴准直透镜同时准直第一、第二激光二极管51、52发射出的两束激光光束。
54.作为又一种可能实现的方式，准直透镜8由快轴准直透镜和慢轴准直透镜组成，其中，激光二极管发射出的激光光束先经过快轴准直透镜，后经过慢轴准直透镜。
55.综上所述，上述实施例中的半导体激光器，在现有行业标准的cos方案的基础上优
化升级，通过结构设计实现在一个基板上同时封装至少两个激光二极管。通过热沉图形设计实现每个激光二极管单独加电。在一个热沉上烧结有至少两个激光二管形成半导体激光器模块，相比于多单管串联的方案拥有更小的体积。当其中一个激光二极管损坏时，不需要更换整个半导体激光器模块，只需切换光纤和负极引脚即可实现备用激光二极管的使用，更换泵浦源更加便捷。本实用新型实施例所用的光学元件少，体积小，方便制作。相比于单管激光器寿命增加，相比于多单管串联激光器模块体积小，成本低。
56.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
57.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
58.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
59.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
60.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
61.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。