非对称微盘腔边发射半导体激光器阵列叠阵.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910322106.6 (22)申请日 2019.04.22 (71)申请人 长春理工大学 地址 130022 吉林省长春市朝阳区卫星路 7089号 (72)发明人 晏长岭杨静航刘云冯源 郝永芹逢超 (74)专利代理机构 长春众邦菁华知识产权代理 有限公司 22214 代理人 王丹阳 (51)Int.Cl. H01S 5/024(2006.01) H01S 5/10(2006.01) H01S 5/40(2006.01) H01S 5/022(2006.01) (54)发明。

2、名称 非对称微盘腔边发射半导体激光器阵列叠 阵 (57)摘要 非对称微盘腔边发射半导体激光器阵列叠 阵属于半导体激光器技术领域。 现有技术由多个 线列叠加构成叠阵， 光束整形、 输出耦合等后续 环节存在的技术难题更为突出。 在本发明中， 自 热沉起由下而上若干阵列基片、 微通道散热板交 替叠放， 最上方为阵列基片； 阵列基片的数量为3 5个； 阵列基片由衬底及在衬底上通过刻蚀制 作的、 以阵列方式排列的若干非对称微盘腔构 成， 所述阵列方式是指若干非对称微盘腔按相同 几何中心距分别一字排列成前排激光器线列、 后 排激光器线列， 所述各个非对称微盘腔出光方向 相同且朝向前方， 后排激光器线列中的。

3、非对称微 盘腔出射光光轴与前排激光器线列中最接近的 非对称微盘腔的几何中心相距二分之一几何中 心距。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 110011179 A 2019.07.12 CN 110011179 A 1.一种非对称微盘腔边发射半导体激光器阵列叠阵， 其特征在于， 自热沉(1)起由下而 上若干阵列基片(2)、 微通道散热板(3)交替叠放， 最上方为阵列基片(2)； 微通道散热板(3) 内部布设冷却液微通道； 阵列基片(2)的数量为35个； 阵列基片(2)由衬底(4)及在衬底 (4)上通过刻蚀制作的、 以阵列方式排列的若干非对称微盘腔(5)构成， 所述阵列方式是指 若干非对称。

4、微盘腔(5)按相同几何中心距分别一字排列成前排激光器线列、 后排激光器线 列， 所述各个非对称微盘腔(5)出光方向相同且朝向前方， 后排激光器线列中的非对称微盘 腔(5)出射光光轴与前排激光器线列中最接近的非对称微盘腔(5)的几何中心相距二分之 一几何中心距。 2.根据权利要求1所述的非对称微盘腔边发射半导体激光器阵列叠阵， 其特征在于， 所 述非对称微盘腔(5)为椭圆形微盘腔或者蜗线形微盘腔。 3.根据权利要求1所述的非对称微盘腔边发射半导体激光器阵列叠阵， 其特征在于， 阵 列基片(2)中的前排激光器线列、 后排激光器线列中的非对称微盘腔(5)数量相同， 为419 个。 4.根据权利要求1。

5、所述的非对称微盘腔边发射半导体激光器阵列叠阵， 其特征在于， 后 排激光器线列相对于前排激光器线列向右或者向左错开所述二分之一几何中心距， 阵列基 片(2)因此区分为向右错开阵列基片、 向左错开阵列基片两种； 向右错开阵列基片、 向左错 开阵列基片变换叠放构成所述非对称微盘腔边发射半导体激光器阵列叠阵。 5.根据权利要求1所述的非对称微盘腔边发射半导体激光器阵列叠阵， 其特征在于， 当 非对称微盘腔(5)为蜗线形微盘腔， 在每个蜗线形微盘腔后方布设一个凹柱面反射镜(6)， 凹柱面反射镜(6)与蜗线形微盘腔同时在衬底(4)上制作， 凹柱面反射镜(6)与蜗线形微盘 腔高度相同， 凹柱面反射镜(6)。

6、上表面绝缘。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110011179 A 2 非对称微盘腔边发射半导体激光器阵列叠阵 技术领域 0001 本发明涉及一种非对称微盘腔边发射半导体激光器阵列叠阵， 属于半导体激光器 技术领域。 背景技术 0002 为了提高半导体激光器的输出功率， 单纯提高半导体激光器单管功率效果有限。 于是， 在现有技术中出现了半导体激光器线列、 阵列、 线列叠阵等方案， 大幅提高了半导体 激光器的输出光功率。 其中， 线列叠阵与本发明最为接近。 所谓线列叠阵是将多个激光器线 列叠放起来构成， 在激光器线列叠阵中， 各个激光器单管分布在一个立面内， 相当于一个立 面阵列， 输出光功。

7、率得到大幅提高。 例如， 早在2009年， 德国的一家半导体激光器件公司推 出了一款准连续高功率半导体垂直叠阵， 即线列叠阵， 在垂直方向等间距叠放10个基片， 也 就是10个半导体激光器线列， 所述间距为1.6mm， 在每个基片中一字排列多达19个宽度为 100 m的条形发光单元(激光器单管)， 发光单元间距为500 m。 但是， 由多个线列叠加构成叠 阵， 工艺难度较大， 难以保证构成激光器立面阵列的各个激光器单管出光方向高度一致， 散 热问题更为突出， 线列叠阵尺寸过大， 所述实例宽10.9mm， 高16mm， 光束整形、 多光束集束、 输出耦合等后续环节存在的技术难题更为突出。 发明内。

8、容 0003 为了实现以阵列方式提高半导体激光器光源的输出光功率， 降低器件制作工艺难 度， 避免为器件使用环节带来新的难题， 我们发明了一种非对称微盘腔边发射半导体激光 器阵列叠阵。 0004 在本发明之非对称微盘腔边发射半导体激光器阵列叠阵中， 如图1所示， 自热沉1 起由下而上若干阵列基片2、 微通道散热板3交替叠放， 最上方为阵列基片2； 微通道散热板3 内部布设冷却液微通道； 阵列基片2的数量为35个； 阵列基片2由衬底4及在衬底4上通过 刻蚀制作的、 以阵列方式排列的若干非对称微盘腔5构成， 如图2图5所示， 所述阵列方式 是指若干非对称微盘腔5按相同几何中心距分别一字排列成前排激。

9、光器线列、 后排激光器 线列， 所述各个非对称微盘腔5出光方向相同且朝向前方， 后排激光器线列中的非对称微盘 腔5出射光光轴与前排激光器线列中最接近的非对称微盘腔5的几何中心相距二分之一几 何中心距。 0005 本发明其技术效果在于， 相比于现有半导体激光器线列叠阵， 构成本发明之半导 体激光器阵列叠阵的阵列基片上分布两排激光器线列， 且由于前、 后排激光器线列中的非 对称微盘腔错开排列， 也就是后排非对称微盘腔与前排非对称微盘腔之间插空排列， 所以 后排激光器线列能够正常出光。 现有基片呈条状， 本发明之阵列基片呈板状， 易于叠放成叠 阵。 不论阵列基片上的发光单元多少， 也就是排列多少个非。

10、对称微盘腔， 都是采用设计图 形、 制作掩模、 光刻、 刻蚀等工艺步骤一次完成， 一个阵列基片上的发光单元出光方向高度 一致。 相比于现有线列叠阵， 如果本发明的发光单元数不变， 基片数得以减半， 在制作叠阵 说明书 1/3 页 3 CN 110011179 A 3 的过程中， 阵列基片之间的出光方向一致性易于调校。 可见， 本发明的器件工艺难度整体降 低。 由于在阵列基片上若干非对称微盘腔以更加紧凑的方式排列， 发光单元数两倍于线列 基片， 阵列基片的宽度非但没有增大， 反而会减小。 在本发明的具体实施方式中， 在一个阵 列基片上分两排分布38个非对称微盘腔， 微盘腔为椭圆形， 横向尺寸14。

11、4 m， 间距200 m， 阵 列叠阵的宽度只有6.3mm； 如果微盘腔为蜗线形， 横向最大尺寸为300 m， 间距还是200 m， 阵 列叠阵的宽度也只有9.3mm。 阵列基片的厚度与现有技术相同， 为155 m， 微通道散热板厚度 为1.5mm， 叠放而成的阵列叠阵高度只有6.775mm， 加上各层之间厚度几近忽略的焊层厚度， 阵列叠阵的总高度也就约为6.8mm而已。 相比于现有线列叠阵宽10.9mm、 高16mm的大尺度， 本发明在后续光束整形、 多光束集束、 输出耦合等环节能够在一定程度上避免带来新的难 题。 最后， 本发明虽然在用来叠放叠阵的阵列基片上二维密集排列多个非对称微盘腔， 。

12、看似 散热问题变得十分突出， 但是， 本发明在阵列基片之间加入的微通道散热板系由导热性能 极佳的材料如无氧铜制作， 在微通道散热板中蛇形分布冷却液微通道， 因此， 能够保证本发 明之半导体激光器阵列叠阵能够允许的温度下正常工作。 附图说明 0006 图1是本发明之非对称微盘腔边发射半导体激光器阵列叠阵结构主视示意图， 该 图同时作为摘要附图。 图2是本发明中具有椭圆形微盘腔的向右错开阵列基片结构俯视示 意图。 图3是本发明中具有蜗线形微盘腔的向右错开阵列基片结构俯视示意图。 图4是本发 明中具有蜗线形微盘腔布设了凹柱面反射镜的向右错开阵列基片结构俯视示意图。 图5是 本发明中具有蜗线形微盘腔布。

13、设了凹柱面反射镜的向左错开阵列基片结构俯视示意图。 具体实施方式 0007 在本发明之非对称微盘腔边发射半导体激光器阵列叠阵中， 如图1所示， 自热沉1 起由下而上若干阵列基片2、 微通道散热板3交替叠放， 最上方为阵列基片2。 0008 微通道散热板3内部布设冷却液微通道； 微通道散热板3材质为无氧铜， 冷却液微 通道蛇形分布于微通道散热板3内部， 冷却液微通道孔径为0.2mm， 以去离子水作为冷却液。 0009 阵列基片2的数量为35个； 如5个。 相邻阵列基片2由微通道散热板3隔开。 0010 阵列基片2由衬底4及在衬底4上通过刻蚀制作的、 以阵列方式排列的若干非对称 微盘腔5构成， 如。

14、图2图5所示， 所述阵列方式是指若干非对称微盘腔5按相同几何中心距 分别一字排列成前排激光器线列、 后排激光器线列， 所述各个非对称微盘腔5出光方向相同 且朝向前方， 后排激光器线列中的非对称微盘腔5出射光光轴与前排激光器线列中最接近 的非对称微盘腔5的几何中心相距二分之一几何中心距。 0011 所述非对称微盘腔5为椭圆形微盘腔或者蜗线形微盘腔， 如图2或者图3图5所 示。 阵列基片2中的前排激光器线列、 后排激光器线列中的非对称微盘腔5数量相同， 为4 19个， 如19个。 后排激光器线列相对于前排激光器线列向右或者向左错开所述二分之一几 何中心距， 如图2图4或者图5所示， 阵列基片2因此。

15、区分为向右错开阵列基片、 向左错开阵 列基片两种， 向右错开阵列基片、 向左错开阵列基片变换叠放构成本发明之非对称微盘腔 边发射半导体激光器阵列叠阵， 提高了出射光束的质量， 如光束强度远场分布均匀。 0012 后排激光器线列中的非对称微盘腔5出光点位于等腰三角形ABC的顶角A处， 说明书 2/3 页 4 CN 110011179 A 4 与所述后排激光器线列中的非对称微盘腔5最接近的前排激光器线列中的两个非对称微盘 腔5的几何中心分别位于所述等腰三角形ABC的底角B、 C处， 如图2图5所示； A 60 120 ； 当所述非对称微盘腔为椭圆形微盘腔时， 等腰三角形ABC的腰长ABAC350 。

16、500 m， 当所述非对称微盘腔为蜗线形微盘腔时， 等腰三角形ABC的腰长ABAC500 650 m。 如此确定阵列基片2中的非对称微盘腔5的相互位置关系， 能够避免位于后排激光器 线列中的非对称微盘腔5的出射光与位于前排激光器线列中的非对称微盘腔5之间出现明 显的热叠加现象， 以确保阵列基片2稳定出光和延长阵列基片2寿命。 非对称微盘腔5的工作 温度保持在正常范围内， 能够保证其发光效率。 将后排激光器线列中的非对称微盘腔5出光 点到与其最接近的前排激光器线列中的非对称微盘腔5几何中心的距离， 也就是等腰三角 形ABC的腰长AB、 AC限定在500 m或者650 m以内， 能够保证阵列基片2。

17、的出光点密度， 在使 得器件结构紧凑的同时提高激光器的光功率密度。 0013 当非对称微盘腔5为蜗线形微盘腔， 在每个蜗线形微盘腔后方布设一个凹柱面反 射镜6， 如图4、 图5所示， 凹柱面反射镜6与蜗线形微盘腔同时在衬底4上制作， 凹柱面反射镜 6与蜗线形微盘腔高度相同， 凹柱面反射镜6上表面绝缘， 不注入电子， 不发热。 这一结构特 征能够带来两个技术效果， 一是能够将蜗线形微盘腔反方向逸出的光能(非主瓣出射)反射 后从阵列基片2前方出射， 能够提高蜗线形微盘腔3的出光效率； 二是能够起支撑作用， 辅 助蜗线形微盘腔支撑上面的阵列基片2和微通道散热板3， 减小本层阵列基片2中的蜗线形 微盘腔受到的重压， 避免因此可能发生的腔体损伤。 说明书 3/3 页 5 CN 110011179 A 5 图1 图2 图3 说明书附图 1/2 页 6 CN 110011179 A 6 图4 图5 说明书附图 2/2 页 7 CN 110011179 A 7 。