CN106340801A - 一种半导体激光器单元及其安装方法 - Google Patents

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刘玉凤
马宁
周鹏磊
王瑞松
董琳琳
郭�东
姜再欣
郭维振
郭在征
白永刚
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Abstract

本发明提供了一种半导体激光器，包括：热沉；半导体激光器芯片，被安装于热沉上；准直镜，用于对所述芯片发出的光进行快轴准直；体布拉格光栅（VBG），用作半导体激光器的外腔；VBG底座，用于安装设置VBG，其中，所述VBG底座的前端设有U型槽，通过在U型槽两侧底部与热沉的接触面处点胶，使VBG底座与热沉连接固定，所述U型槽两内侧之间的距离大于所述准直镜的宽度以及芯片的宽度，以避免从接触面溢出的胶污染准直镜和芯片。具有性能稳定、结构简单、体积小、低成本、易于封装等优点。

Description

一种半导体激光器单元及其安装方法
技术领域
本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种半导体激光器单元及其安装方法。
背景技术
半导体激光器因其独特的芯片化结构，具有光电直接转换、体积小、寿命长、集成度高等优势，在光通信、光存储、光传感等领域有广泛的应用。常用的大功率半导体激光器输出光谱较宽，且随着电流增大，光谱中心波长会向长波方向漂移，同时，常规半导体激光器对外部温度变化非常敏感，在外部环境温度变化时，光谱中心波长也会发生较大漂移，而由于体布拉格光栅（VBG）的波长选择性和角度选择性，使得其能压窄线宽，且在大电流范围内和大的温度范围内光谱的中心波长基本不变，因此，通常会利用VBG作为半导体激光器的外腔，以克服上述问题，实现半导体激光器的窄线宽稳频输出。
为了保持半导体激光器的工作温度，通常会将半导体激光器封装于热沉上，而为了安装VBG，通常采用在热沉的前端面安装孔的上方直接粘一块较薄的平板玻璃或是其他金属块，作为VBG元件的底座，由于底座所用材料的热膨胀系数与热沉所用材料的热膨胀系数不同且较薄，极易导致其与VBG元件的接触面在温度变化时产生较大的变形，从而导致VBG元件锁波失效或性能变差。且在粘接过程中，由于粘接点与芯片距离过近，极易导致胶体污染芯片。此外，为了克服温度变化导致的变形，还可使用大块热沉在远离芯片的位置安装VBG元件，但是这种结构通常较为复杂，体积大，成本高，且会带来封装困难的问题。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种半导体激光器及其安装方法。所述半导体激光器，包括：
热沉；
半导体激光器芯片，被安装于热沉上；
快轴准直镜，用于对所述芯片发出的光进行快轴准直；
体布拉格光栅（VBG），用作半导体激光器的外腔；
VBG底座，用于安装设置VBG，
其特征在于，所述VBG底座的前端设有U型槽，通过在U型槽两侧底部与热沉的接触面处点胶，使VBG底座与热沉连接固定，所述U型槽两内侧之间的距离大于所述快轴准直镜的宽度以及芯片的宽度，以避免从接触面溢出的胶污染快轴准直镜和芯片。
其中，所述底座的热膨胀系数与热沉的热膨胀系数相同。
其中，所述底座与所述热沉的材料相同或不同。
其中，所述底座和所述热沉均由紫铜制得。
其中，所述底座的厚度为长度的至少30%，优选至少40%。采用上述结构，根据本发明的激光器具有性能稳定、结构简单、体积小、低成本、易于封装等优点。
附图说明
图 1所示为根据本发明的实施例的半导体激光器的侧视图。
图 2所示为根据本发明的实施例的半导体激光器的俯视图。
图 3和图 4所示为根据本发明的实施例的半导体激光器的点胶位置示意图。
其中，1：半导体激光器芯片；2：半导体激光器热沉，此处为C-MOUNT；3：FAC准直镜；4：VBG底座；5：VBG；6：U型槽；7：热沉安装孔。
具体实施方式
根据本发明的半导体激光器结构包括：热沉2，其上具有安装孔；半导体激光器芯片1，被安装于热沉2的上表面；准直镜3，用于对所述芯片1发出的光进行快轴准直，此处优选使用非球面准直镜；VBG 5，用作半导体激光器的外腔；VBG底座4，用于安装设置VBG。从所述芯片1发出的光经由快轴准直镜3快轴准直后，到达VBG 5。满足VBG光栅方程的入射光将被VBG反射，经由所述准直镜3再次回到激光器，与所述激光器芯片构成新的谐振腔，形成窄带且频率稳定的激光输出，达到波长锁定的目的。
在本实施例中，参见图 1 ， VBG底座4的前端设有U型槽，VBG底座4通过在U型槽两侧底部与热沉2的接触面处点胶与热沉2连接固定，U型槽两侧之间的距离大于快轴准直镜3的宽度，以避免从接触面溢出的胶污染快轴准直镜3和芯片1。
热沉2通常由热导率高的紫铜形成，当采用现有技术的透明玻璃制造底座4时，底座4的热膨胀系数通常与热沉2不同，此时，在芯片1工作时产生的热量会导致热沉2和底座4之间的变形差，从而导致VBG 5发生位移，使得谐振腔失调，锁波效果失效。为此优选采用与形成热沉2的材料的热膨胀系数相同的紫铜或其他金属材料来形成底座4，以减少温度影响产生的变形差，同时还可使底座4的厚度尽可能厚且均匀一致，优选底座4的厚度为底座4的长度的至少30%，更优选至少40%，以确保在温度变化时，底座4与VBG的接触面之间的变形量最小。热沉2优选采用C-MOUNT、B-MOUNT、扁平热沉等封装形式。
本发明还提供了一种激光器的安装方法，该方法包括下述步骤：
步骤1，安装快轴准直透镜，将用于快轴准直的非球面透镜3安装在热沉2上的芯片1的前方，实现光束的快轴准直；
步骤2，安装底座4，利用粘胶将底座4和热沉2粘接在一起，在粘接时确保底座4的上表面和芯片1的高度差，以满足VBG的中心与出射光轴等高的条件，且保证底座4的上表面与芯片1的岀射光的慢轴方向平行；如图 3和图 4所示，在粘接时点胶的位置应在底座4的U型槽6的两侧接近外侧的边缘处，以避免粘胶的胶体污染快轴准直透镜3和芯片1；
步骤3，安装VBG 5，将底座4粘接到热沉2上后，给芯片1供电，在工作电流下，调整VBG的方向及位置，使芯片1的输出波长的线宽最窄时，用粘胶固定VBG。
其中步骤1和步骤2的顺序可互换。
此外，以上实施例不仅可用于带安装孔的C-MOUNT、B-MOUNT、扁平热沉等封装形式，还可用于不带安装孔的或是将快轴准直镜3和VBG底座4一体成型的结构。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，并且在应用上可以延伸到其他的修改、变化、应用和实施例，同时认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和范围内。

Claims (6)

1.一种半导体激光器，包括：
热沉；
半导体激光器芯片，被安装于热沉上；
准直镜，用于对所述芯片发出的光进行快轴准直；
体布拉格光栅（VBG），用作半导体激光器的外腔；
VBG底座，用于安装设置VBG，
其特征在于，所述VBG底座的前端设有U型槽，通过在U型槽两侧底部与热沉的接触面处点胶，使VBG底座与热沉连接固定，所述U型槽两内侧之间的距离大于所述准直镜的宽度以及芯片的宽度，以避免从接触面溢出的胶污染准直镜和芯片。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述底座的热膨胀系数与热沉的热膨胀系数相同。
3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，所述底座与所述热沉的材料相同或不同。
4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述底座和所述热沉均由紫铜制得。
5.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述底座的厚度为长度的至少30%。
6.根据权利要求1-5中任意一个的激光器的安装方法，该方法包括下述步骤：
步骤1，安装快轴准直透镜，将快轴准直透镜安装在热沉上的芯片的前方，对芯片的出射光进行快轴准直；
步骤2，安装底座，利用粘胶将底座和热沉粘接在一起，底座的上表面和芯片之间具有高度差，使得VBG的中心与出射光轴等高，且底座的上表面与芯片的岀射光的慢轴方向平行；在粘接时点胶的位置应在底座的U型槽的两侧接近外侧的边缘处，以避免粘胶的胶体污染快轴准直透镜和芯片；
步骤3，安装VBG，将底座粘接到热沉上后，给芯片供电，在工作电流下，调整VBG的方向及位置，使芯片的输出波长的线宽最窄时，用粘胶固定VBG。
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