CN109346926A - 一种扇形密排激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扇形密排激光器，包括模块封装单元和密排输出单元；模块封装单元内设有多个单管芯模块，每个单管芯模块具有一条耦合光纤；密排输出单元内设有表面具有多条V形槽的硅片，多条V形槽排布成扇形形状；单管芯模块的耦合光纤从模块封装单元伸出并进入密排输出单元，在剥离掉涂覆层后排布在V形槽中，以射出沿V形槽排列方向的激光。本申请将多个单管芯模块集中设置在模块封装单元中，并将各单管芯模块的耦合光纤引出排布在扇形排列的V型槽中，实现了耦合光纤的紧密排列，取得了单管芯模块化集成封装的效果，有效缩小了激光器的体积，而且，将耦合光纤密排在扇形排列的V型槽中，可以控制耦合光纤的出光方向。

Description

一种扇形密排激光器
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，特别涉及一种扇形密排激光器。
背景技术
半导体激光器由于具有体积小、重量轻、效率高等众多优点，诞生伊始一直是激光领域关注的焦点。半导体激光器的封装技术大都是在分立器件封装技术的基础上发展与演变而来的，实现保护管芯正常工作、输出可见光的功能。由于工业不断升级，人们的需求不断提升，半导体激光器中单管芯输出封装形式已不能满足使用需求，因为单管芯封装的简单叠加并不能达到轻量化、小型化的目的，而且传统的单管芯封装叠加方案出光方向单一，限制了激光器新产品的推广应用。
发明内容
鉴于现有技术激光器不能达到轻量化、小型化的问题，提出了本发明的一种扇形密排激光器，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种扇形密排激光器，包括模块封装单元和密排输出单元；模块封装单元内设有多个单管芯模块，每个单管芯模块具有一条耦合光纤；密排输出单元内设有表面具有多条V形槽的硅片，多条V形槽排布成扇形形状；单管芯模块的耦合光纤从模块封装单元伸出并进入密排输出单元，在剥离掉涂覆层后排布在V形槽中，以射出沿V形槽排列方向的激光。
可选地，单管芯模块还包括：电极、管芯、单模块热沉和快轴准直镜；电极与管芯电气连接；单模块热沉呈台阶状，单模块热沉的第一级台阶的一侧设有定位侧筋；管芯贴合定位侧筋安装于单模块热沉的第一级台阶，管芯的前端面与单模块热沉的第一级台阶和第二级台阶的界限对齐；快轴准直镜安装在管芯的前方，耦合光纤对准快轴准直镜设置。
可选地，单管芯模块中，管芯通过金属焊料与单模块热沉烧结固定。
可选地，多个单管芯模块以相互独立的方式通电发光。
可选地，多个单管芯模块并排设置在模块封装单元中，多个单管芯模块的单模块热沉均粘接固定在模块封装单元的外壳上，与模块封装单元的外壳的后端和底部分别对齐。
可选地，模块封装单元设置有一个光纤管嘴，光纤管嘴与密排输出单元之间设有光纤铠甲，多个单管芯模块的耦合光纤穿过光纤管嘴和光纤铠甲伸入密排输出单元。
可选地，耦合光纤排布在V形槽中，并通过粘接方式固定在V形槽中。
可选地，耦合光纤的出光端面研磨整洁。
可选地，V形槽呈发散状，以使耦合光纤的出射光为发散光；或者，V 形槽呈汇聚状，使耦合光纤的出射光为汇聚光。
可选地，V形槽之间的夹角相等，或者，V形槽之间的夹角做成渐变夹角。
综上所述，本发明的有益效果是：
将多个单管芯模块集中设置在模块封装单元中，并将各单管芯模块的耦合光纤引出排布在扇形排列的V型槽中，实现了耦合光纤的紧密排列，取得了单管芯模块化集成封装的效果，有效缩小了激光器的体积，而且，将耦合光纤密排在扇形排列的V型槽中，可以控制耦合光纤的出光方向。
附图说明
图1为本发明扇形密排激光器一个实施例的整体结构示意图；
图2为本发明扇形密排激光器一个实施例的单管芯模块结构示意图；
图3为本发明扇形密排激光器一个实施例的模块封装单元结构示意图；
图4为本发明扇形密排激光器一个实施例的汇聚光密排输出单元结构示意图；
图5为本发明扇形密排激光器一个实施例的发散光密排输出单元结构示意图；
图中：101、模块封装单元；102、密排输出单元；21、电极；22、单模块热沉；23、管芯；24、快轴准直镜；25、耦合光纤；26、定位侧筋；31、模块封装单元下壳；32、光纤管嘴；33、光纤铠甲；41、密排输出单元下壳； 42、硅片；43、V形槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本发明的技术构思是：将多个单管芯模块集中设置在模块封装单元中，并将各单管芯模块的耦合光纤引出排布在扇形排列的V型槽中，以实现耦合光纤的紧密排列，取得了单管芯模块化集成封装的技术效果，有效缩小了激光器的体积，而且，将耦合光纤密排在扇形排列的V型槽中，可以控制耦合光纤的出光方向。
图1至图5公开了本申请扇形密排激光器的一个实施例，其中，图1为本发明扇形密排激光器一个实施例的整体结构示意图，图2为本发明扇形密排激光器一个实施例的单管芯模块结构示意图，图3为本发明扇形密排激光器一个实施例的模块封装单元结构示意图，图4为本发明扇形密排激光器一个实施例的汇聚光密排输出单元结构示意图，图5为本发明扇形密排激光器一个实施例的发散光密排输出单元结构示意图。
参考图1至图5所示，一种扇形密排激光器，包括模块封装单元101和密排输出单元102。模块封装单元101内设有多个单管芯模块(见图2)，每个单管芯模块具有一条耦合光纤25。密排输出单元102内设有表面具有多条 V形槽43的硅片42(见图4和图5)，多条V形槽43排布成扇形形状。参考图1、图4和图5所示，单管芯模块的耦合光纤25从模块封装单元101伸出并进入密排输出单元102，在剥离掉涂覆层后排布在V形槽43中，以射出沿V形槽43排列方向的激光。
与单管芯封装叠加方案相比，模块化封装具有小型化和轻量化的优势。将多个管芯并列排放，集中封装，并剥离掉耦合光纤25外侧的涂覆层后，将耦合光纤25紧密排列输出激光，使得激光光束更加集中，激光器的体积更加小巧，重量更轻。而且，耦合光纤25排列在V形槽43中，即可实现激光器沿V形槽43排列方向的出光，控制激光器的出光方向。由于实现了密排输出，不受管芯23的光参数积(beam parameter product，缩写BPP，形容芯片发光区尺寸和角度的乘机的参数)限制，能够实现多个单管芯模块的多束光输出。
参考图2所示，除耦合光纤25外，单管芯模块还包括：电极21、管芯 23、单模块热沉22和快轴准直镜24。
电极21与管芯23电气连接，从而通过电极21为管芯23通电，激发管芯23发光。单模块热沉22呈台阶状，便于定位安装管芯23等光学元件，各级台阶的长度根据待安装光学元件的几何尺寸和安装位置确定。单模块热沉 22的第一级台阶的一侧设有定位侧筋26，定位侧筋26作为定位基准方便管芯23的安装定位。管芯23贴合定位侧筋26安装于单模块热沉22的第一级台阶，管芯23的前端面与单模块热沉22的第一级台阶和第二级台阶的界限对齐。
快轴准直镜24安装在管芯23的前方。由于管芯23发射的光束在快轴方向的发散角通常较大(40～60度)，远大于在慢轴方向的发散角(6～12度)。因此，需要对单只管芯23的出射光束进行快轴准直。具体地，通过高精度的微调架和胶粘剂，将快轴准直镜(FAC)24安装于管芯23前方，如图2所示，使管芯23光束在快轴方向得到准直，通过检查光束远场光斑的位置和大小，来观察快轴方向的准直度达准直度达到要求后，用固化胶将快轴准直镜固定于管芯23上。
耦合光纤25对准快轴准直镜24设置。在本申请的一些实施例中，耦合光纤25为带端面透镜的耦合光纤，但不限于此，也可以是同轴封装的耦合透镜与光纤。安装时，通过高精度的微调架和胶水，从整体上调节激光光路，耦合光纤25的尾端连接积分球(积分球是一个内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体，又称光度球，光通球等，可用于测量光效率辐射角等参数)，当激光功率达到一定数值后，用胶水固定耦合光纤25。
在本实施例中的单管芯模块中，管芯23通过金属焊料与单模块热沉22 烧结固定，以保证良好的热传导，是单模块热沉22能够快速将管芯23工作产生的热量散发出去。
在本实施例中，多个单管芯模块以相互独立的方式通电发光，即每个管芯都具备独立控制的功能，能够使本申请的扇形密排激光器输出多样化的激光光束。
在本实施例中，多个单管芯模块并排设置在模块封装单元101中，多个单管芯模块的单模块热沉22均粘接固定在模块封装单元101的外壳上，与模块封装单元101的外壳的后端和底部分别对齐，从而保证多个单管芯模块之间是并排对齐的。如图3中所示，多个单管芯模块的单模块热沉22均与模块封装单元下壳31的后端对齐，与模块封装单元下壳31的底部贴近。
在本实施例中，如图和图3所示，模块封装单元101设置有一个光纤管嘴32，光纤管嘴32与密排输出单元102之间设有光纤铠甲33，多个单管芯模块的耦合光纤25穿过光纤管嘴32和光纤铠甲33伸入密排输出单元102。通过统一的光纤管嘴32和光纤铠甲33梳理整合多根耦合光纤25，连接结构整洁，且对耦合光纤25具有良好的保护功能。
其中，耦合光纤25伸出光纤管嘴32的长度，根据激光器的尺寸需要等进行适当裁剪，以保留恰当长度用作光纤密排输出。
在本实施例中安装过程中，如图4和图5所示，首先将硅片42粘接到密排输出单元下壳41上，而后剥离掉耦合光纤25外侧的涂覆层，清理干净耦合光纤25和硅片42，再将耦合光纤25排布在V形槽43中，并通过粘接方式固定在V形槽43中，从而实现耦合光纤25的紧密排列。
在本实施例图4所示密排输出单元中，V形槽43呈汇聚状，V形槽43 向右呈汇聚状排列，至V形槽43的右端紧靠相邻，且相邻V形槽间之间形成设定夹角α和β，使耦合光纤25的出射光为汇聚光。其中，相邻V形槽 43之间的角度α和β根据使用需求设置。汇聚激光的照射距离更远，有利于提高扇形密排激光器的扫描距离，提高激光穿透力。
在本实施例图5所示密排输出单元中，V形槽43呈发散状，V形槽43 的左端紧靠相邻，且向右呈发散状排列，相邻V形槽间之间形成设定夹角γ和θ，以使耦合光纤25的出射光为发散光。其中，相邻V形槽43之间的角度γ和θ根据使用需求设置。发散激光的照射面积更大，有利于提高扇形密排激光器的扫描速度。
在本申请的优选实施例中，在耦合光纤25粘接固定在V形槽43内后，耦合光纤25的出光端面还需经过研磨，以保证出光端面整洁，进一步提高出光效果。
在本实施例中，V形槽43之间的夹角相等；或者，V形槽43之间的夹角做成渐变夹角，使V型槽43以适当的速度收紧或扩散。
在本实施例中，V形槽43的数量多于耦合光纤25的数量，从而，可以方便地添加更多单管芯模块，沿多余的V形槽43排列更多耦合光纤25，拓展激光器的输出能力。
在本实施例中，模块封装单元和密排输出单元的外壳均包括拼接的下壳和上壳，下壳和上壳之间通过胶粘固定。
本申请的扇形密排激光器中，每一个单管芯模块都相当于一个完整的单管芯半导体激光器，由于本申请扇形密排激光器将各管芯集中封装，将各管芯对应的耦合光纤利用扇形排列的V形槽密排输出，从而激光器体积更小重量更轻，在实现多路激光出射的基础上，便于控制出光方向，实现多方向出光。而且，模块化的封装方式具有更强的拓展性，方便拓展为更多路的激光同时输出。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种扇形密排激光器，其特征在于，包括模块封装单元和密排输出单元；所述模块封装单元内设有多个单管芯模块，每个所述单管芯模块具有一条耦合光纤；所述密排输出单元内设有表面具有多条V形槽的硅片，多条所述V形槽排布成扇形形状；所述单管芯模块的耦合光纤从所述模块封装单元伸出并进入所述密排输出单元，在剥离掉涂覆层后排布在所述V形槽中，以射出沿所述V形槽排列方向的激光。
2.根据权利要求1所述的扇形密排激光器，其特征在于，所述单管芯模块还包括：电极、管芯、单模块热沉和快轴准直镜；所述电极与所述管芯电气连接；所述单模块热沉呈台阶状，所述单模块热沉的第一级台阶的一侧设有定位侧筋；所述管芯贴合所述定位侧筋安装于所述单模块热沉的第一级台阶，所述管芯的前端面与所述单模块热沉的第一级台阶和第二级台阶的界限对齐；所述快轴准直镜安装在所述管芯的前方，所述耦合光纤对准所述快轴准直镜设置。
3.根据权利要求2所述的扇形密排激光器，其特征在于，所述单管芯模块中，所述管芯通过金属焊料与所述单模块热沉烧结固定。
4.根据权利要求2所述的扇形密排激光器，其特征在于，多个所述单管芯模块以相互独立的方式通电发光。
5.根据权利要求2所述的扇形密排激光器，其特征在于，多个所述单管芯模块并排设置在所述模块封装单元中，多个所述单管芯模块的单模块热沉均粘接固定在所述模块封装单元的外壳上，与所述模块封装单元的外壳的后端和底部分别对齐。
6.根据权利要求1所述的扇形密排激光器，其特征在于，所述模块封装单元设置有一个光纤管嘴，所述光纤管嘴与所述密排输出单元之间设有光纤铠甲，多个所述单管芯模块的耦合光纤穿过所述光纤管嘴和所述光纤铠甲伸入所述密排输出单元。
7.根据权利要求1所述的扇形密排激光器，其特征在于，所述耦合光纤排布在所述V形槽中，并通过粘接方式固定在所述V形槽中。
8.根据权利要求1所述的扇形密排激光器，其特征在于，所述耦合光纤的出光端面研磨整洁。
9.根据权利要求1所述的扇形密排激光器，其特征在于，所述V形槽呈发散状，以使所述耦合光纤的出射光为发散光；或者，所述V形槽呈汇聚状，使所述耦合光纤的出射光为汇聚光。
10.根据权利要求1所述的扇形密排激光器，其特征在于，所述V形槽之间的夹角相等，或者，所述V形槽之间的夹角做成渐变夹角。
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