同轴封装的半导体激光器组件的修制措施

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所属分类:半导体激光器
半导体激光器是利用自聚焦透镜实现半导体激光器与单模光纤的光耦合,其耦合效率可在大范围内人为控制,且耦合容差范围宽。其光学系统的工作原理由 图1所示。左边的激光器发出
同轴封装的半导体激光器组件的修制措施

同轴封装的半导体激光器组件的修制措施

  半导体激光器是利用自聚焦透镜实现半导体激光器与单模光纤的光耦合,其耦合效率可在大范围内人为控制,且耦合容差范围宽。其光学系统的工作原理由

  图1所示。左边的激光器发出的光有一定的发射性,经中间的自聚焦透镜把光束聚集后,耦合输入右边的芯径为6-9μm的单模光纤中,其耦合效率可通过自聚焦透镜系统的物距、象距来调整,其最高耦合效率可达40%以上。目前国内的半导体激光器普遍采用双列直插式封装工艺,这种封装技术直接在单模光纤上制作锥形透镜,再与激光器对准耦合。固定技术则采用非同轴结构的激光焊接或焊料焊接固定,这种双列直插式封装技术工艺比较复杂,成本也较高。

  本实用新型的目的在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种工艺简单,可靠性高,成本低的半导体激光器组件。

  本实用新型的目的可以通过以下措施来达到制造一种同轴封装半导体激光器,包括TO-46封装的激光器组件、自聚焦透镜、单模光纤、激光器同轴支架、光纤支架和自聚焦透镜、光纤系统支架;TO-46封装的激光器组件、自聚焦透镜、单模光纤三者共轴线,分别位于同轴封装半导体激光器组件的左部、中部和右部,它们之间的距离根据组件的输出功率大小要求,用自聚焦透镜的成像关系公式确定;TO-46封装激光器组件与激光器同轴支架密配相连,单模光纤穿入经精加工的光纤支架中间的小孔;自聚焦透镜和光纤支架固定在自聚焦透镜、光纤系统支架的内壁;同轴支架与自聚焦透镜、光纤系统之间同轴连接。

  如图2所示,同轴封装半导体激光器组件包括TO-46封装的激光器组件1、自聚焦透镜3、单模光纤4、圆筒形的激光器同轴支架2,圆柱形、中心轴线有一精细小孔的光纤支架5,以及圆柱形的自聚焦透镜、光纤系统支架6;TO-46封装的激光器组件1、自聚焦透镜3、单模光纤4三者共轴线,分别位于同轴封装半导体激光器的左部、中部和右部,它们之间的距离根据组件的输出功率大小要求,用自聚焦透镜的成像关系公式确定;TO-46封装激光器组件1与激光器同轴支架2密配相连,单模光纤4穿入经精加工、加工精度为1至4微米的光纤支架5中间的小孔;自聚焦透镜3和光纤支架5用100至250℃的高温胶粘贴在自聚胶透镜、光纤系统支架6的内壁;同轴支架2与自聚焦透镜、光纤系统支架6之同用激光焊机焊接使两者同轴相连。

  单模光纤4的端部用金钢砂纸研磨、抛光成与其轴线)。以防止端面光反射引起光纤输出的非线性。

  为使同轴封装半导体激光器组件在进行同轴封装时定位更方便、更准确,本实用新型还设计了一种制造同轴封装半导体激光器组件的专用夹具8(图3),专用夹具8由左半部分81和右半部分82所组成,夹具的两部分81和82通过两个螺丝83牢固夹在一起;夹具体下半部分的内壁组成一个圆形空腔,用来夹住图2中的自聚焦透镜、光纤系统支架6,夹具体的上部是四根均匀分布在圆周上的扇形柱84,每根柱的中心有一车有阴螺纹的丝孔,螺杆85与此孔旋配;调节上述四个螺杆85将激光器同轴支架2牢牢顶紧在光纤输出光功率为最大的位置;夹具长方体底座左右两部分的接合处为阶梯形齿合结构86。

  现对本实用新型同轴封装半导体激光器组件的工艺过程简单介绍如下首先将已组装在TO—46管壳中的半导体激光器装入激光器同轴支架2上,将单模光纤4穿入经精加工的光纤支架5中,并用金钢砂纸研磨单模光纤4的端部使其成为与轴线度夹角的斜面,再按照激光器组件需要输出的光功率要求将自聚焦透镜3、光纤支架5按要求的距离装入自聚焦透镜、光纤系统支架6中,然后将此支架固定在专用夹具8上,再把它固定到耦合微动台X、Y方向的调节平面上,将半导体激光器同轴支架2固定到耦合微动台的Z方向。调节两者间的相对位置,使单模光纤4输出光功率至最大。利用专用夹具8上中心对称的四个螺杆85,将激光二级管同轴支架2与自聚焦透镜、光纤系统支架6对准固定在最佳位置(图4所示)。最后把专用夹具8移离耦合台,用激光焊机在激光二级管同轴支架2与自聚焦透镜、光纤系统支架6间的接触圆周上对称均匀地焊接四个焊点7,完成焊接后放开专用夹具8,即完成了激光二级管组件的同轴封装工艺(俗名又叫子弹头式封装)。完整的同轴封装的激光二级管组件的剖面图如图2所示。同轴耦合封装专用夹具8与激光二极管组件的位置关系如图4所示。

  本实用新型产品的优点是同轴中心对称结构确保组件的应力平衡,从而大大地提高了产品的可靠性;又由于制造工艺简单,制造成本也明显降低。

  权利要求1.一种同轴封装半导体激光器组件,包括TO-46封装的激光器组件(1)、自聚焦透镜(3)、单模光纤(4),其特征在于它还包括圆筒形的激光器同轴支架(2),圆柱形、中心轴线有一精细小孔的光纤支架(5),以及圆柱形的自聚焦透镜、光纤系统支架(6);TO-46封装的激光器组件(1)、自聚焦透镜(3)、单模光纤(4)三者共轴线,分别位于同轴封装半导体激光器组件的左部、中部和右部,它们之间的距离根据组件的输出功率大小要求,用自聚焦透镜的成像关系公式确定;TO-46封装激光器组件(1)与激光器同轴支架(2)密配相连,单模光纤(4)穿入经精加工、加工精度为1至4微米的光纤支架(5)中间的小孔;自聚焦透镜(3)和光纤支架(5)固定在自聚胶透镜、光纤系统支架(6)的内壁;同轴支架(2)与自聚焦透镜、光纤系统支架(6)之间同轴连接。

  2.根据权利要求1所述的同轴封装半导体激光器组件,其特征在于所述单模光纤(4)的端部研磨、抛光成与其轴线)。

  专利摘要一种同轴封装半导体激光器组件,包括TO-46封装的激光器组件1、与激光组件1密配的激光器同轴支架2、自聚焦透镜3、单模光纤4、光纤支架5和自聚焦透镜、光纤系统支架6;激光器组件1、自聚焦透镜3、单模光纤4三者共轴线,分别位于同轴封装半导体激光器组件的左部、中部和右部;单模光纤4的端部用金钢砂纸研磨成与其轴线度夹角的斜面后穿入经精加工的光纤支架5中间的小孔;自聚焦透镜3和光纤支架5固定在自聚胶透镜、光纤系统支架6的内壁。