叠层脉冲半导体激光器光束准直方法

摘要

叠层脉冲半导体激光器光束准直方法属于半导体激光器件制造技术领域。现有技术采用阵列透镜实现半导体激光器阵列光束的整形，所涉及的阵列透镜和半导体激光器阵列的离散性均较小。本发明目的是实现叠层脉冲半导体激光器光束的准直从而提高耦合效率。特征是采用准直透镜保持架，将其垂直竖置在热沉上，叠层脉冲半导体激光器中的每个单管的发光区与准直透镜保持架上的一个V形槽相对；采用精密调整架夹住准直透镜保持架和准直柱透镜，精密调整它们的空间位置调，直到准直透镜保持架矩形平面与叠层脉冲半导体激光器发光面平行，经准直柱透镜出射的光束符合准直要求；用粘接剂将准直透镜保持架固定在热沉上，将准直柱透镜固定在V形槽中；随之逐一完成每一个准直柱透镜在V形槽中的位置调整和固定。

说明书

技术领域

本发明涉及一种阵列半导体激光器光束准直从而实现与光纤的高效率耦合的方法，属于半导体激光器件制造技术领域。

背景技术

为了提高半导体激光器件的输出功率，采用阵列的方式是实现这一目的的有效途径。由于大功率半导体激光器存在较为严重的像散现象，尤其在快轴方向其发散角高达60～80°，为了实现与光纤的高效耦合，需要经过准直处理。通常的技术措施是在半导体激光器发光区前设置准直透镜，如柱透镜，经过准直的光束再与光纤耦合。所述的技术措施在解决单管半导体激光的准直问题上较为成熟。在阵列半导体激光器件领域出现了一种被称为厘米条的技术，所谓的厘米条是一种阵列半导体激光器件。其制作过程是在同一衬底片生长若干个如19个单管半导体激光器，总长度为1厘米且一字相离排列，确保良好的散热，每个单管间距相等，周期相同，构成半导体激光器阵列。再将采用光刻等微加工工艺一次成型的微准直透镜阵列与厘米条器件的发光区一一精确对准，实现阵列整形或者准直。不管是厘米条器件还是微准直透镜阵列，其离散性均较小。

发明内容

在激光测距、引信、制导、选通成像和雷达等领域要求激光具有较高的峰值功率，阵列脉冲半导体激光器件能够满足这一要求。见图1、图2所示，由于脉冲半导体激光器发热量较少，从而可以将若干个单管1叠加焊接起来，构成叠层脉冲半导体激光器2。这种器件结构紧凑，体积小，发光集中，便于与光纤3耦合，光斑功率密度大。但是，由于焊装时焊层4厚度不易控制，发生离散，造成单管1之间间隔不一致，周期不固定。无法采用现有的微准直透镜阵列对叠层脉冲半导体激光器2输出光束进行准直，或者说难以兼顾叠层脉冲半导体激光器2的离散性，最终导致耦合效率低，有必要借鉴单管半导体激光器采用单支准直柱透镜5对光束做准直处理的方法来解决叠层脉冲半导体激光器2的光束准直问题。为了提高叠层脉冲半导体激光器的耦合效率，我们发明了一种叠层脉冲半导体激光器光束准直方法。

本发明是这样实现的，见图3所示，采用准直透镜保持架6，将其垂直竖置在热沉7上，叠层脉冲半导体激光器2中的每个单管1的发光区与准直透镜保持架6上的一个V形槽8相对；采用一个精密调整架夹住准直透镜保持架6，调整其姿态，直到准直透镜保持架6矩形平面与叠层脉冲半导体激光器2发光面平行；采用另一个精密调整架夹住一个准直柱透镜5，将其横置于一个V形槽8中，精密调整其空间位置，同时对准直透镜保持架6的姿态做适应性调整，直到经准直柱透镜5出射的光束快轴方向发散角为1～3°；用粘接剂将准直透镜保持架6固定在热沉7上，将准直柱透镜5固定在V形槽8中；随之逐一完成每一个准直柱透镜5在V形槽8中的位置调整和固定。

上述方法根据叠层脉冲半导体激光器每个单管的实际发光间隔，分别精密调整准直柱透镜的空间位置，由于单管之间焊层厚度波动值在±5μm范围内，而五维精密调整架的最小位移量为0.05μm，完全能够调整到每个单管输出光束的光轴与其所对应的准直柱透镜的几何轴线垂直并相交的程度。其效果表现在，光束快轴方向发散角由60～80°压缩到了1～3°，光束外溢和绕射大幅度减轻，与600μm、0.22数值孔径的多模光纤进行耦合，耦合效率提高到70％～75％，光束集中，粗细均匀，亮度较高，像散也大幅度改善。

附图说明

图1是叠层脉冲半导体激光器准直耦合过程主视示意图。图2是叠层脉冲半导体激光器准直耦合过程俯视示意图。图3是本发明之叠层脉冲半导体激光器光束准直方法示意图，该图兼做摘要附图。图4是本发明之方法所采用的准直透镜保持架保持准直柱透镜主视示意图。图4是本发明之方法所采用的准直透镜保持架保持准直柱透镜左视示意图。

具体实施方式

本发明是这样实现的，见图3所示，采用准直透镜保持架6，将其垂直竖置在热沉7上。准直透镜保持架6是一个矩形框，通过在一个矩形GaAs片中间采用光刻技术刻蚀掉一个矩形部分制成。在矩形的两个长边的一侧等距刻出若干组V形槽8，分别与叠层脉冲半导体激光器2中的若干单管1相对，用来放置准直柱透镜5。采用5个单管1，每个单管1的厚度为100±10μm，相邻单管1之间焊层4厚度为15±5μm。每个单管1的发光区与准直透镜保持架6上的一个V形槽8相对。采用一个现有的五维精密调整架夹住准直透镜保持架6，调整其姿态，直到准直透镜保持架6矩形平面与叠层脉冲半导体激光器2发光面平行；采用另一个五维精密调整架夹住一个准直柱透镜5，将其横置于一个V形槽8中，精密调整其空间位置，同时对准直透镜保持架6的姿态做适应性调整，直到经准直柱透镜5出射的光束快轴方向发散角为1～3°；用粘接剂将准直透镜保持架6固定在热沉7上，将准直柱透镜5固定在V形槽8中；随之逐一完成每一个准直柱透镜5在V形槽8中的位置调整和固定。准直柱透镜5采用光纤柱透镜。