專利名稱：激光二極管的準(zhǔn)直封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對激光二極管(LD)的準(zhǔn)直封裝結(jié)構(gòu)，能夠提高激光二極管輸 出光束的光束質(zhì)量，提高遠(yuǎn)場光亮度，提高耦合，聚焦性能。
背景技術(shù)：
上世紀(jì)80年代以來，隨著半導(dǎo)體材料生長技術(shù)、激光器封裝和制冷技術(shù)的進(jìn)步， 大功率、長壽命、高封裝密度的大功率半導(dǎo)體激光器逐漸成熟。近年來，具有輸出功率高、體 積小、壽命長等優(yōu)點的半導(dǎo)體激光器迅速地發(fā)展起來，在工業(yè)、科研、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域，諸如 工業(yè)激光加工、焊接、泵浦固體激光器、激光手術(shù)等許多方面得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是 半導(dǎo)體激光器固有的光束質(zhì)量差，光亮度低，利用光束整形技術(shù)以提高其輸出功率密度就 是一個熱點的研究方向。光束整形不僅可以改善半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量，提高半導(dǎo)體激 光器光亮度，而且可以極大降低光纖耦合輸出的難度，可以實現(xiàn)較小尺寸光纖的耦合輸出。
半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光在垂直于PN結(jié)方向(快軸方向)和平行于PN結(jié)方向(慢 軸方向)的光束質(zhì)量相差很大?？燧S方向發(fā)散角約為40。，發(fā)光區(qū)約為lym，為衍射極限 高斯光束，M2因子約等于1，而慢軸方向發(fā)散角約為6. 5° ，發(fā)光區(qū)約為150 ii m，為多模高斯 光束，M2因子約等于30.由于快軸發(fā)散角太大，導(dǎo)致發(fā)出的光束在傳播方向上迅速的發(fā)散， 在許多需要高功率密度的場合以及需要在稍遠(yuǎn)的距離上使用的情況下都無法直接使用。現(xiàn) 在一般使用的小芯徑的光纖進(jìn)行快軸準(zhǔn)直，但是光纖壓縮很難同時獲得較小的快軸發(fā)散角 和慢軸發(fā)散角。我們使用的自聚焦透鏡15，通過精確調(diào)節(jié)其端面與激光二極管之間的距離， 在出射端同時獲得較小的快軸和慢軸發(fā)散角。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡單易行，成本低廉的獲得準(zhǔn)直輸出的激光二極管的 準(zhǔn)直封裝結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提供一種激光二極管的準(zhǔn)直封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括 —第一熱沉，該第一熱沉為矩形，該第一熱沉的中間開有一橫向通孔； —第二熱沉，該第二熱沉為矩形，該第二熱沉的中間開有一橫向通孔； — T0-3管殼，該T0-3管殼位于第一熱沉的一側(cè)，該第二熱沉與第一熱沉通過橫向
通孔用螺絲與T0-3管殼固定； —陶瓷座，該陶瓷座的上面有一凹槽，該陶瓷座位于第二熱沉的上面；
—自聚焦透鏡，該自聚焦透鏡位于陶瓷座上的凹槽內(nèi)； —管芯，該管芯固定在第一熱沉的上面，該管芯的中心線與自聚焦透鏡的中心線 在同一直線上。 其所述的陶瓷座上的凹槽為矩形或半圓形或V形，使自聚焦透鏡固定于其上時，
以保持自聚焦透鏡與陶瓷座的側(cè)邊及底邊平行。 其所述的第二熱沉的高度小于第一熱沉的高度。
其所述的第一、第二熱沉之間以及第一熱沉和T0-3管殼之間襯有銦箔。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及附圖詳細(xì)說明如后，其 中 圖1是兩端平面的自聚焦透鏡15與管芯16位置的示意圖； 圖2是一端球面的自聚焦透鏡15與管芯16位置的示意圖； 圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)立體示意圖； 圖4是本發(fā)明的位置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是陶瓷座的原理示意圖具體實施例方式
請參閱圖3和圖4所示，并結(jié)合參閱圖1、圖2和圖5，本發(fā)明一種激光二極管的準(zhǔn) 直封裝結(jié)構(gòu)，包括 —第一熱沉ll，該第一熱沉11為矩形，該第一熱沉11的中間開有一橫向通孔
111 ; —第二熱沉12，該第二熱沉12為矩形，該第二熱沉12的中間開有一橫向通孔 121 ;所述的第二熱沉12的高度小于第一熱沉11的高度，以使其上的自聚焦透鏡15能與管 芯16中心線處于同一直線上； — T0-3管殼13，該T0-3管殼13位于第一熱沉11的一側(cè)，該第二熱沉12與第一 熱沉11通過橫向通孔111、 121用螺絲與T0-3管殼13固定； —陶瓷座14，該陶瓷座14的上面有一凹槽141，該陶瓷座14位于第二熱沉12的 上面；所述的陶瓷座14上的凹槽141為矩形或半圓形，使自聚焦透鏡15固定于其上時，以 保持自聚焦透鏡15與陶瓷座14的側(cè)邊及底邊平行； —自聚焦透鏡15，該自聚焦透鏡15位于陶瓷座14上的凹槽141內(nèi)； —管芯16，該管芯16固定在第一熱沉11的上面，該管芯16的中心線與自聚焦透
鏡15的中心線在一條直線上。 所述的第一、第二熱沉11、12之間以及第一熱沉11和T0-3管殼13之間襯有銦箔， 以消除銅塊間因表面不平整而造成的空氣縫隙。 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。由于借助與陶瓷劃片等高精度加工系統(tǒng)可以加工出非常精 密的陶瓷器件，本發(fā)明利用了陶瓷的這一特性。為了消除第一熱沉11與T0-3管殼13之間 螺絲固定時可能產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)誤差，使第一熱沉11能保持精確放置，在第一熱沉11與T0-3 管殼13接觸的上邊沿固定有一矩形陶瓷。自聚焦透鏡固定陶瓷座14，其特征在于如圖5所
示，陶瓷座14厚t，槽寬為2al ，槽深dl，自聚焦透鏡15直徑為rl，滿足關(guān)系a, = ，
按此種方式固定的自聚焦透鏡15能與陶瓷座12底面保持水平，同時保證透鏡與陶瓷座 14的槽保持平行，方便自聚焦透鏡15與調(diào)試與裝配。實用中根據(jù)不同的自聚焦透鏡15直 徑rl，以及所需的槽深dl，計算出所需的槽寬2a1.本發(fā)明制作模塊時選取的槽深dl為 0. 7mm。第二熱沉12的高度略小于由此式?jīng)Q定h = t+rl-dl (mm)，留有空隙使用紫外膠，將 第二熱沉12與第一熱沉11疊在一起用螺絲固定在T0-3管殼上。
LD與自聚焦之間的距離d確定方式如下
自聚焦透鏡的折射率分布一般可以表述為
n2(r) = n02(l-ar2) (1) n。為透鏡軸線的折射率，V^為聚焦常數(shù)，z為自聚焦透鏡的長度，r為自聚焦透 鏡軸向坐標(biāo)，R為帶球面自聚焦透鏡球面的曲率半徑。對于兩端都是平面的自聚焦透鏡的 ABCD矩陣在近軸近似下，可以表述為
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其中z為自聚焦透鏡的長度。對于一端有球面的自聚焦透鏡，其光路可參見圖 (2)，其傳輸矩陣可以表示為
<formula>formula see original document page 5</formula> M2 =
入 W
經(jīng)過一段距離d的矩陣可以表示為 1 d、
<formula>formula see original document page 5</formula> 所以經(jīng)過一端距離d的光束，經(jīng)過普通自聚焦透鏡，其光路可參見圖l，傳輸矩陣 可以表示為
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<formula>formula see original document page 5</formula>而經(jīng)過一端距離d的光束，然后進(jìn)入頭部有球面的自聚焦傳輸?shù)木仃嚳梢员硎緸镃OSI
C_、 ， sin(V^)x(l-M。) 麵每
,,廠、sin(A/Gz)x(l-M0)w sin(V^z)
—"。"n(V^)+咖(^咖("。)(-"。"(7^) +咖(^)x(1—"。))x"^^ ,廠、,廠、sin(V^z)x(l-"o)
(7)
cos(
, ,廠、sin(V^z)x(1 —"。)、j sin(V^z) (cos(V。z) + ~、廠,、2——^")J + ——^
廠w廠、cos(V^)x(l-w。) -M0 V " sin( +——^-^-^
/ 廠 ,廠、cos(>/^z)x(l-w0)、 j cos(V^z)
(一"o V fl sin(V az) +——^-^-x d +——^-^
Dl= r"。 "o (8) 由于不同的dO對應(yīng)著不同的傳輸矩陣，所以可以通過不同的傳輸矩陣，計算出傳 輸一段距離后對應(yīng)的復(fù)傳播系數(shù)q2，再通過分離q2的實部虛部，得到對應(yīng)的遠(yuǎn)場光斑大 小。
(爿+5/《)2wV力+(;ls)2
(9)
<2) 2;t力=. 及:
(爿+ 5/《)(c + D/i 一" + ;ii2 5Z) qo)
針對不同種類的自聚焦透鏡，計算出使遠(yuǎn)場光斑最小的do，并精確調(diào)節(jié)自聚焦透
鏡與LD之間的距離d0使之滿足準(zhǔn)直條件，使用紫外膠將陶瓷座14與第二熱沉12固定，以 達(dá)到準(zhǔn)直封裝的要求。 T0-3管殼，第一熱沉ll，第二熱沉12由于加工精度上的誤差，相接觸面存在縫隙， 本發(fā)明選取0. 4mm厚銦箔襯在兩者之間，施以一定的壓力，利用銦箔柔軟的特性以及良好 的導(dǎo)熱特性，填補(bǔ)兩者間的縫隙，使之能到達(dá)良好的散熱效果。
權(quán)利要求
一種激光二極管的準(zhǔn)直封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一第一熱沉，該第一熱沉為矩形，該第一熱沉的中間開有一橫向通孔；一第二熱沉，該第二熱沉為矩形，該第二熱沉的中間開有一橫向通孔；一TO-3管殼，該TO-3管殼位于第一熱沉的一側(cè)，該第二熱沉與第一熱沉通過橫向通孔用螺絲與TO-3管殼固定；一陶瓷座，該陶瓷座的上面有一凹槽，該陶瓷座位于第二熱沉的上面；一自聚焦透鏡，該自聚焦透鏡位于陶瓷座上的凹槽內(nèi)；一管芯，該管芯固定在第一熱沉的上面，該管芯的中心線與自聚焦透鏡的中心線在同一直線上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管的準(zhǔn)直封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其所述的陶瓷座 上的凹槽為矩形或半圓形或V形，使自聚焦透鏡固定于其上時，以保持自聚焦透鏡與陶瓷 座的側(cè)邊及底邊平行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管的準(zhǔn)直封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其所述的第二熱 沉的高度小于第一熱沉的高度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管的準(zhǔn)直封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其所述的第一、第 二熱沉之間以及第一熱沉和T0-3管殼之間襯有銦箔。
全文摘要
一種激光二極管的準(zhǔn)直封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一第一熱沉，該第一熱沉為矩形，該第一熱沉的中間開有一橫向通孔；一第二熱沉，該第二熱沉為矩形，該第二熱沉的中間開有一橫向通孔；一TO-3管殼，該TO-3管殼位于第一熱沉的一側(cè)，該第二熱沉與第一熱沉通過橫向通孔用螺絲與TO-3管殼固定；一陶瓷座，該陶瓷座的上面有一凹槽，該陶瓷座位于第二熱沉的上面；一自聚焦透鏡，該自聚焦透鏡位于陶瓷座上的凹槽內(nèi)；一管芯，該管芯固定在第一熱沉的上面，該管芯的中心線與自聚焦透鏡的中心線在同一直線上。
文檔編號H01S5/022GK101752784SQ200810238878
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者劉媛媛, 吳芃, 王翠鸞, 韓淋, 馬驍宇 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所