多單管合束半導體激光器封裝殼體的制作方法
【專利摘要】多單管合束半導體激光器封裝殼體屬于半導體激光器封裝【技術(shù)領(lǐng)域】?，F(xiàn)有封裝殼體其材質(zhì)為黃銅，熱膨脹系數(shù)大，影響封裝殼體的密封及激光耦合率。本發(fā)明之多單管合束半導體激光器封裝殼體其外形為立方體狀，材質(zhì)為金屬，封裝殼體下面的底板四角各有一個安裝翼板，在封裝殼體前后左右四面的四塊側(cè)板中一塊上安裝若干陶瓷套管，在另外一塊側(cè)板上還開設(shè)一個輸出激光束耦合窗；其特征在于，封裝殼體其前后左右四面的四塊側(cè)板以及上面的蓋板材質(zhì)均為可伐合金，下面的底板其四周部分材質(zhì)為可伐合金，中間部分材質(zhì)為黃銅或者紫銅?？煞ズ辖馃崤蛎浵禂?shù)比黃銅小很多，避免現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題的出現(xiàn)。
【專利說明】多單管合束半導體激光器封裝殼體【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多單管合束半導體激光器封裝殼體，殼體的主體材料為可伐合金，一方面能夠避免因熱沖擊而發(fā)生保持電源等導線絕緣的陶瓷套管的松動，進而破壞封裝殼體的密封；另一方面能夠減輕因封裝殼體熱膨脹而導致耦合光纖端面錯位，避免耦合效率因此而明顯降低，屬于半導體激光器封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]多單管合束半導體激光器由多個單管半導體激光器合束而成。多個單管半導體激光器I階梯分布于一個三角形熱沉2上，如圖1所示，各個單管半導體激光器I發(fā)射的激光束由各自的平面反射鏡3反射到一個凹面反射鏡4的凹反射面上，由該凹反射面反射匯聚，實現(xiàn)多激光束合束，合束后的激光束再耦合到光纖5中。所述多單管合束半導體激光器被封裝在封裝殼體中。所述封裝殼體外形為立方體狀。殼體材料為黃銅，采用這種材料的原因之一是利用其良好的導熱性能使多單管合束半導體激光器在工作過程中保持良好散熱。殼體密封內(nèi)充氮氣。殼體底板6四角各有一個安裝翼板7，通過這些安裝翼板7將封裝好的多單管合束半導體激光器安裝在散熱底座上。在殼體側(cè)板8上安裝若干陶瓷套管9，各條電源及控溫導線從這些陶瓷套管9中穿過，由陶瓷套管9實現(xiàn)導線與殼體的絕緣，所述陶瓷套管9的安裝、電源及控溫導線的穿過均應(yīng)符合殼體密封要求。在殼體側(cè)板8上還開設(shè)一個輸出激光束耦合窗10，光纖5與該耦合窗10接觸并與輸出激光束光軸對準。
[0003]然而，所述封裝殼體的制作材料黃銅雖然導熱系數(shù)較大，但是，其熱膨脹系數(shù)也較大，這使得現(xiàn) 有封裝殼體存在兩方面的技術(shù)問題。一是因多單管合束半導體激光器工作與否，殼體溫度在較大范圍內(nèi)升降變化，如在室溫到50°C之間，這一現(xiàn)象對陶瓷套管9與殼體之間的緊密連接狀態(tài)來說構(gòu)成一種熱沖擊，久而久之會使陶瓷套管9發(fā)生松動，進而破壞殼體的密封。二是由于多單管合束半導體激光器的裝調(diào)、封裝是在常溫下進行，包括使光纖5與輸出激光束的光軸對準，最大程度地提高耦合率，不過，當多單管合束半導體激光器工作時，殼體因升溫而發(fā)生微小變形，這將導致輸出激光束與光纖5的耦合率明顯降低，造成光功率損失。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明其目的在于解決因封裝殼體用材原因而產(chǎn)生的密封受到破壞以及光功率損失問題，為此，我們提出一項本發(fā)明之多單管合束半導體激光器封裝殼體方案。
[0005]本發(fā)明之多單管合束半導體激光器封裝殼體其外形為立方體狀，材質(zhì)為金屬，封裝殼體下面的底板6四角各有一個安裝翼板7，在封裝殼體前后左右四面的四塊側(cè)板8中一塊上安裝若干陶瓷套管9，在另外一塊側(cè)板8上還開設(shè)一個輸出激光束耦合窗10;其特征在于，封裝殼體其前后左右四面的四塊側(cè)板8以及上面的蓋板11材質(zhì)均為可伐合金，如圖1、圖2所示，下面的底板6其四周部分材質(zhì)為可伐合金，中間部分材質(zhì)為黃銅或者紫銅，如圖3所示。[0006]本發(fā)明其技術(shù)效果在于，可伐(Kovar)合金是一種鐵鎳鈷玻封合金，成分為FeNi29Col7，牌號4J29，現(xiàn)有技術(shù)將其作為一種玻封材料，原因之一是其線膨脹系數(shù)在20?400°C溫度范圍內(nèi)僅為4.6?5.2X10-6K'如4.7 X 10 — 6IT1,與玻璃、陶瓷等無機非金屬材料的線膨脹系數(shù)接近，如在20?450°C溫度范圍內(nèi)其線膨脹系數(shù)與陶瓷十分接近，而在20?100°C溫度范圍內(nèi)黃銅的線膨脹系數(shù)高達20.6X 10 —6K'因此，本發(fā)明之封裝殼體的主體材料選用可伐合金，相比于現(xiàn)有技術(shù)采用黃銅，不會明顯發(fā)生因多單管合束半導體激光器在使用中頻繁開關(guān)所產(chǎn)生的熱沖擊對封裝殼體側(cè)板8與陶瓷套管9結(jié)合部位的破壞，陶瓷套管9能夠保持牢固安裝狀態(tài)，確保封裝殼體的密封不至于在此處被破壞。
[0007]同樣是因為所選用的可伐合金具有超低線膨脹系數(shù)的特點，當所封裝的多單管合束半導體激光器工作后封裝殼體溫度升高時，封裝殼體發(fā)生的變形非常微小，不會導致光纖5端面的明顯錯位，從而避免耦合效率明顯降低。例如，多單管合束半導體激光器中的單管半導體激光器I波長為980nm，輸入電流為2A，輸出光功率為1.65W，將三只單管半導體激光器I按梯形分布焊接到三角形熱沉2上，如圖1所述，分別對單管半導體激光器I快慢軸進行準直，三束激光經(jīng)平面反射鏡3反射到一個凹面反射鏡4的凹反射面上，由該凹反射面反射匯聚，實現(xiàn)多激光束合束，合束后的激光束再耦合到芯徑為200 μ m、數(shù)值孔徑為0.22的光纖5中。將所述多單管合束半導體激光器封裝于本發(fā)明之封裝殼體中。在常溫下測得輸出光功率為4.5W，當封裝殼體溫度升至50°C時，封裝殼體發(fā)生微小變形，導致輸出光功率下降到4.1W，光功率僅下降8.9%。將同樣的多單管合束半導體激光器封裝于現(xiàn)有全銅殼體后，同樣是在50°C溫度下,輸出光功率下降到2.8W,光功率下降了 39.1%?？梢?本發(fā)明之封裝殼體能夠使所封裝的多單管合束半導體激光器擺脫溫升對其工作狀態(tài)的影響。
[0008]可伐合金導熱系數(shù)僅為15.5W/(mK)，而紫銅的導熱系數(shù)高達393.6W/(mK)，黃銅的導熱系數(shù)也有108.9W/(mK)之高。因此，本發(fā)明之封裝殼體的散熱性能勢必降低，但是，本發(fā)明在封裝殼體主要散熱部位即底板6的中間部分依然采用黃銅或者紫銅，如圖3所示，當通過底板6四角安裝翼板7將封裝有多單管合束半導體激光器的封裝殼體安裝在散熱底座上后，依然能夠取得良好散熱效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是多單管合束半導體激光器結(jié)構(gòu)及其封裝殼體俯視示意圖。圖2是多單管合束半導體激光器封裝殼體封裝后形體立體示意圖。圖3是本發(fā)明之多單管合束半導體激光器封裝殼體底板結(jié)構(gòu)示意圖，該圖同時作為摘要附圖。
【具體實施方式】
[0010]本發(fā)明之多單管合束半導體激光器封裝殼體其外形為立方體狀，材質(zhì)為金屬，封裝殼體下面的底板6四角各有一個安裝翼板7，在封裝殼體前后左右四面的四塊側(cè)板8中一塊上安裝若干陶瓷套管9，在另外一塊側(cè)板8上還開設(shè)一個輸出激光束耦合窗10。封裝殼體其前后左右四面的四塊側(cè)板8以及上面的蓋板11材質(zhì)均為可伐合金，如圖1、圖2所示，下面的底板6其四周部分材質(zhì)為可伐合金，所述可伐合金成分為FeNi29Col7，牌號4J29。在所述四塊側(cè)板8中一塊上還開有校正窗口 12，如圖1、圖2所示，在多單管合束半導體激光器在封裝殼體中裝調(diào)時，指示光通過該校正窗口 12玻璃與多單管合束半導體激光器中的凹面反射鏡4同軸入射到封裝殼體中。所述下面的底板6中間部分材質(zhì)為黃銅或者紫銅，如圖3所示，所述底板6中間部分為與底板6走向相同的矩形，所述底板6中間部分的厚度與所述底板6四周部分厚度相同且焊接構(gòu)成底板6。
【權(quán)利要求】
1.一種多單管合束半導體激光器封裝殼體，其外形為立方體狀，材質(zhì)為金屬，封裝殼體下面的底板(6)四角各有一個安裝翼板(7)，在封裝殼體前后左右四面的四塊側(cè)板(8)中一塊上安裝若干陶瓷套管(9)，在另外一塊側(cè)板(8)上還開設(shè)一個輸出激光束耦合窗(10);其特征在于，封裝殼體其前后左右四面的四塊側(cè)板(8)以及上面的蓋板(11)材質(zhì)均為可伐合金，下面的底板(6)其四周部分材質(zhì)為可伐合金，中間部分材質(zhì)為黃銅或者紫銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多單管合束半導體激光器封裝殼體，其特征在于，所述可伐合金成分為FeNi29Col7，牌號4J29。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多單管合束半導體激光器封裝殼體，其特征在于，在所述四塊側(cè)板(8 )中一塊上還開有校正窗口( 12 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多單管合束半導體激光器封裝殼體，其特征在于，所述底板(6)中間部分為與底板(6)走向相同的矩形，所述底板(6)中間部分的厚度與所述底板(6)四周部分厚度相同且焊接構(gòu)成底板(6 )。
【文檔編號】H01S5/022GK103715599SQ201310693231
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】徐莉, 馬曉輝, 張賀, 鄒永剛, 金亮, 史全林, 王玲 申請人:長春理工大學