一种紧凑型半导体激光装置的制作方法

1.本实用新型涉及激光器技术领域，尤其涉及一种紧凑型半导体激光装置。


背景技术：

2.半导体激光器在激光器泵浦、激光加工、激光医疗、激光显示以及军事应用等领域得到了越来越广泛的应用。在近十年内，随着单管半导体激光器产品进一步成熟，通过光纤耦合输出功率可达几瓦甚至上几十瓦，在医疗、工业加工、激光测距、军事等领域的需求也有很大的增长。
3.现有技术中，激光产品的泵浦源是将单个激光芯片封装在激光器装置中的。
4.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：在长期工作过程中，激光器装置中可能会出现激光芯片失效的情况，此时需要暂停泵浦源，进行返厂维修激光器装置，这样会延误激光产品的正常使用。


技术实现要素：

5.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。
6.为此，本实用新型的目的在于提出一种能够提高使用寿命，缩短失效产品维修时间的半导体激光装置。
7.为达到上述目的，本实用新型提出的一种紧凑型半导体激光装置，包括：
8.管壳，所述管壳内部的底部具有阶梯面，所述阶梯面上设置有两个热沉；
9.第一激光芯片，设置在一个所述热沉上，用于沿第一方向射出光束；
10.第二激光芯片，设置在另一个所述热沉上，用于沿第二方向射出光束，其中，以所述管壳的底座为基准，所述第一激光芯片与所述第二激光芯片在高度上错开，所述第一激光芯片和所述第二激光芯片具有各自独立的电源输入端；
11.反射单元，用于将所述第一激光芯片沿第一方向射出的光束和所述第二激光芯片沿第二方向射出光束改变成沿第三方向射出；
12.聚焦单元，用于将沿所述第三方向射出的光束耦合至输出光纤。
13.根据本实用新型的半导体激光装置，在管壳内安装了两个激光芯片，半导体激光装置在工作时，只有一个激光芯片受激照射，备用的激光芯片不出射激光，当运行激光芯片长期工作出现腔面烧点等失效或长期工作正常衰减时，不需要拆卸整个半导体激光装置维修，只需对备用的激光芯片加电，替换失效或衰减的激光芯片，节约了维修时间，保证整个半导体激光装置的持续性工作，提高了激光产品的使用寿命。
14.根据本实用新型的一个实施例，所述反射单元包括：
15.第一反射镜，用于将所述第一激光芯片沿第一方向射出的光束改变成沿第三方向射出；
16.第二反射镜，用于将所述第二激光芯片沿第二方向射出的光束改变成沿第三方向射出。
17.根据本实用新型的一个实施例，沿所述第一方向射出的光束和沿所述第二方向射出的光束是两束平行光，所述第一方向与所述第三方向垂直。
18.根据本实用新型的一个实施例，所述聚焦单元为自聚焦透镜。
19.根据本实用新型的一个实施例，还包括第一至第四电极引脚，所述第一激光芯片的正负极与所述第一电极引脚和所述第二电极引脚连接，所述第二激光芯片的正负极与所述第三电极引脚和所述第四电极引脚连接。
20.根据本实用新型的一个实施例，还包括第一慢轴准直透镜和第二慢轴准直透镜，所述第一慢轴准直透镜沿所述第一方向设置在所述第一反射镜和所述第一激光芯片之间，所述第二慢轴准直透镜沿所述第二方向设置在所述第二反射镜和所述第二激光芯片之间。
21.根据本实用新型的一个实施例，所述管壳为长方体。
22.根据本实用新型的一个实施例，所述第一至第四电极引脚贯穿设置在所述管壳的同一侧面上。
23.根据本实用新型的一个实施例，所述第一激光芯片和所述第二激光芯片并排排列，所述第一激光芯片和所述第二激光芯片的射出光束的端面共面。
24.根据本实用新型的一个实施例，还包括防反片，所述防反片沿所述第三方向设置在所述反射单元和所述聚焦单元之间。
25.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
26.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：
27.图1是本实用新型一实施例提出的紧凑型半导体激光装置的结构示意图。
28.图2是本实用新型另一实施例提出的紧凑型半导体激光装置的结构示意图。
29.图3是图2实施例中的光路示意图。
30.附图标记说明：
31.1-第一激光芯片，2-第二激光芯片，3-第一慢轴准直透镜，4-第二慢轴准直透镜，5-第一反射镜，6-第二反射镜，7-防反片，8-自聚焦透镜，9-输出光纤，10-安装孔，11-第一电极引脚，12-第二电极引脚，13-第三电极引脚，14-第四电极引脚，15-管壳。
具体实施方式
32.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。
33.结合图1-图3，本实用新型实施例提供一种紧凑型半导体激光装置，包括第一激光芯片1、第二激光芯片2、反射单元、聚焦单元和管壳15。其中：
34.管壳15是一个保护内部光学部件可靠工作的壳体。管壳15内部的底部具有阶梯面，阶梯面上设置有两个热沉。在一个实施方式中，管壳15为长方体。管壳15外壁的对角上具有安装孔10。
35.第一激光芯片1设置在一个热沉上，用于沿第一方向射出光束。第二激光芯片2设置在另一个热沉上，用于沿第二方向射出光束，其中，以管壳15的底座为基准，第一激光芯片1与第二激光芯片2在高度上错开。第一激光芯片1和第二激光芯片2具有各自独立的电源输入端。在一个实施方式中，第一激光芯片1和第二激光芯片2均为边发射激光器。可以理解的是，第一激光芯片1和第二激光芯片2在制造时，要经过耦合调试，最终在激光产品应用中只使用其中1个。双激光芯片耦合，单激光芯片输出，备用一个激光芯片，增加激光装置的可靠性。示例性且不限制地，沿第一方向射出的光束和沿第二方向射出的光束是两束平行光。在一个实施方式中，在图1、图2中，第一方向和第二方向均是上下方向。
36.反射单元用于将第一激光芯片1沿第一方向射出的光束和第二激光芯片2沿第二方向射出光束改变成沿第三方向射出。在一个实施方式中，反射单元包括第一反射镜5和第二反射镜6，第一反射镜5用于将第一激光芯片1沿第一方向射出的光束改变成沿第三方向射出；第二反射镜6用于将第二激光芯片2沿第二方向射出的光束改变成沿第三方向射出。由于两个激光芯片的位置存在高度差，两个激光芯片对应的反射镜也存在高度差，避免沿第三方向射出方向的光束被距离聚焦单元较近的反射镜阻挡。示例性且不限制地，第三方向与第一方向相互垂直。在图1、图2中，第三方向是左右方向。
37.聚焦单元用于将沿第三方向射出的光束耦合至输出光纤9。聚焦单元的尺寸应当保证可以使反射单元射出的光束穿过。
38.根据本实用新型的半导体激光装置，在管壳内安装了两个激光芯片，半导体激光装置在工作时，只有一个激光芯片受激照射，备用的激光芯片不出射激光，当运行激光芯片长期工作出现腔面烧点等失效或长期工作正常衰减时，不需要拆卸整个半导体激光装置维修，只需对备用的激光芯片加电，替换失效或衰减的激光芯片，节约了维修时间，保证整个半导体激光装置的持续性工作，提高了激光产品的使用寿命。
39.在一些实施例中，聚焦单元为自聚焦透镜8。普通的聚焦镜是通过控制透镜表面的曲率，利用产生的光程差使光线汇聚成一点。而自聚焦透镜8的材料能够使轴向传播的光产生折射，并使折射率的分布沿径向逐渐减小，从而实现出射光线被平滑且连续地汇聚到一点。聚焦单元的横截面面积需要保证可以使第一反射镜和第二反射镜射出的光束都能照射到。另外，聚焦单元位置的布局使得第一反射镜射出的光束与第二反射镜射出的光束在聚焦单元上的入射点沿聚焦单元中心点对称，这样整体上可以缩小半导体激光装置的厚度。
40.在一些实施例中，紧凑型半导体激光装置还包括第一至第四电极引脚(11，12，13，14)，第一激光芯片1的正负极与第一电极引脚11和第二电极引脚12连接，第二激光芯片2的正负极与第三电极引脚13和第四电极引脚14连接。激光芯片和电极引脚通过多股引线连接。电极引脚的位置可以根据实际的需要来设计。在一个示例中，第一至第四电极引脚(11，12，13，14)贯穿设置在管壳15的同一侧面上。当选择第一激光芯片1工作时，第一电极引脚11和第二电极引脚12在管壳15外部的端子接入电源线，可选地，电源线与电极引脚是插接的。当第一激光芯片1失效时，将电源线从第一电极引脚11和第二电极引脚12上取下，然后接入第三电极引脚13和第四电极引脚14在管壳15外部的端子，实现第二激光芯片2的工作。
反之亦然。
41.在一些实施例中，储备式半导体激光装置包括第一至第三电极引脚(11，12，13)。在一个示例中，第一激光芯片1和第二激光芯片2的正极共用其中一个电极引脚，第一激光芯片1和第二激光芯片2的负极各自与单独的一个电极引脚连接。在一个示例中，第一激光芯片1和第二激光芯片2的负极共用其中一个电极引脚，第一激光芯片1和第二激光芯片2的正极各自与单独的一个电极引脚连接。也就是说，两个激光芯片有一个电极是共用的，这样在替换时，只需要改变另外一个电极的连接，节省空间和成本。
42.在一些实施例中，紧凑型半导体激光装置还包括第一慢轴准直透镜3和第二慢轴准直透镜4，第一慢轴准直透镜3沿第一方向设置在第一反射镜5和第一激光芯片1之间，第二慢轴准直透镜4沿第二方向设置在第二反射镜6和第二激光芯片2之间。第一慢轴准直透镜3对第一激光芯片1射出的光束在慢轴方向进行准直，第二慢轴准直透镜4对第二激光芯片2射出的光束在慢轴方向进行准直。在一个示例中，为了使管壳内的光学部件占用体积更小，第一激光芯片1和第二激光芯片2并排排列，第一激光芯片1和第二激光芯片2的射出光束的端面共面。
43.在一些实施例中，紧凑型半导体激光装置还包括防反片7，防反片7沿第三方向设置在反射单元和聚焦单元之间。防反片7能够有效阻止回访光进入激光芯片。
44.下面给出两个实施例对上述实施例中涉及到的内容进行说明。
45.实施例一
46.如图1所示，管壳15内安装有第一激光芯片1和第二激光芯片2，管壳15是长方体，第一激光芯片1和第二激光芯片2并排排列，第一激光芯片1和第二激光芯片2临近管壳的一个内壁设置。工作时只有一个激光芯片进行受激发射，当长期工作出现腔面烧点等失效或长期工作正常衰减的问题时，更换备用芯片进行受激发射。管壳15与激光芯片相邻的侧壁上设有4个电极引脚(11，12，13，14)。自聚焦透镜8安装在非相对的另一个侧壁上。管壳内部的反射镜(5，6)和防反片7是粘接在管壳15内的。自聚焦透镜8和输出光纤9采用金属套筒固定连接。金属套筒通过粘接方式与管壳15固定。当自聚焦透镜8镀上防反射膜时，防反片7可以省却，进一步减少占用空间。若选择第一激光芯片1工作，第一激光芯片1沿第一方向射出的光束被第一反射镜5发射，第一反射镜5射出的第三方向的光束依序经过防反片7和自聚焦透镜8耦合进输出光纤9。若选择第二激光芯片2工作，第二激光芯片2沿第一方向射出的光束被第二反射镜6发射，第二反射镜6射出的第三方向的光束绕过第一反射镜5，经过防反片7和自聚焦透镜8耦合进输出光纤9。
47.实施例二
48.结合图2、图3，图2所示实施例与图1所示实施例的差别在于：图2所示实施例中具有慢轴准直透镜(3，4)。若选择第一激光芯片1工作，第一激光芯片1沿第一方向射出的光束经过第一慢轴准直透镜3在慢轴方向上进行准直，然后被第一反射镜5发射，第一反射镜5射出的第三方向的光束依序经过防反片7和自聚焦透镜8耦合进输出光纤9。
49.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。
50.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。
51.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。
52.在本实用新型的描述中，术语“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
53.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。
54.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。
55.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。