本實用新型涉及激光光電子技術領域，具體為一種多個二極管激光器列陣封裝結構。

背景技術：

隨著二極管激光器技術的發(fā)展，其已應用于多個領域，且對激光器光功率的要求越來越高。如，在無線激光通信領域，為了提高通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及傳輸距離，要求采用更高功率的激光。在刑偵技偵領域的物證搜索過程中，為了提高生物檢材激發(fā)熒光的強度，也需要采用更高功率的激光進行激發(fā)。目前獲得高功率激光的方法常見有如下3種：1、提高單個二極管激光器的輸出功率；2、采用單個二極管激光器列陣；3、采用多個光纖耦合的二極管激光器合束。方法1要求二極管激光器件有新的發(fā)展、輸出功率有根本性的提高，在短時間內難以實現(xiàn)，由研發(fā)費用來看性價比過低。方法2采用單個二極管激光器列陣對冷卻裝置要求高，傳統(tǒng)的水冷結構復雜，體積大且笨重，同時成本高。方法3多個二極管激光器發(fā)出的激光經光纖耦合合束得到高功率的激光束，使用和維護方便，但相關設施的生產工藝的要求高，故成本高，而且傳輸效率低，整體體積大難以安裝使用。

總之，目前尚未有獲得高功率激光且成本低、便于實用的裝置。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了克服上述的獲得高功率激光的技術和方法的不足和缺點，提出了一種多個二極管激光器列陣的封裝結構。本實用新型多個二極管激光器嵌于熱沉內，輸出功率是多個二極管激光器功率之和，冷卻裝置簡單，不需要復雜的水冷冷卻裝置；無需多個光纖耦合合束，激光傳輸效率高、體積小，封裝工藝簡單。

本實用新型設計的一種多個二極管激光器列陣封裝結構包括N個二極管激光器，N為3至20的整數。每個二極管激光器配有一個非球面準直透鏡以及一個柱面透鏡，組成一個激光發(fā)射光學單體。金屬的熱沉上有與二極管激光器相配合的均布的N個安裝孔，N個孔的中心線相互平行，N個二極管激光器及其非球面準直透鏡一一嵌入熱沉的N個安裝孔內，柱面透鏡位于熱沉上表面，每個柱面透鏡與一套二極管激光器和非球面準直透鏡相對。N個激光發(fā)射光學單體的光軸之間的平行度≤0.1mrad。

二極管激光器發(fā)射激光光束，激光光束兩個方向的發(fā)散角為一致或者為不一致。激光光束經過非球面準直透鏡進行準直，同時壓縮兩個方向的光束發(fā)散角；然后激光光束再經過柱面透鏡進行準直，再次壓縮其中一個方向的光束發(fā)散角。經過兩個透鏡的兩次光束準直，激光發(fā)射光學單體發(fā)出的激光光束發(fā)散角低于毫弧度(mrad)量級。各激光發(fā)射光學單體之間的平行度≤0.1mrad。

所述金屬的熱沉為導熱良好的銀、或銅、或鋁熱沉。

N個激光發(fā)射光學單體均相同。

所述非球面準直透鏡的頂部為非球面凸透鏡，底部為直徑相同的圓柱透鏡，其直徑大于二極管激光器外徑，其光軸與二極管激光器的激光光束中心重合。

所述柱面透鏡頂面為凸曲面，前后兩個側面相互平行，左右兩個側面相互平行，且前后左右四個側面均垂直于底面，底面為長方形平面，置于熱沉上表面、壓在熱沉安裝孔上，長方形的長度為熱沉安裝孔的孔徑的6/5至4/3，其寬度為熱沉安裝孔孔徑的2/3至4/5，非球面準直透鏡的光軸延長線垂直通過長方形中心。

熱沉的一個安裝孔處于中心位置，其余(N-1)個安裝孔以中心的安裝孔為中心呈中心對稱分布。各安裝孔的孔壁的間距及各安裝孔與熱沉外壁的間距大于2.5mm。

處于熱沉外周安裝孔上的各柱面透鏡為徑向安置，即其長方形底面的長中心線相交于中心安裝孔中心；或者處于熱沉外周安裝孔上的各柱面透鏡為周向安置，即處于熱沉外周安裝孔上的柱面透鏡長方形底面的長中心線垂直于中心安裝孔中心與同一柱面透鏡底面長方形中心的連線。

當處于熱沉外周安裝孔上的各柱面透鏡為徑向安置時，中心安裝孔上的柱面透鏡長方形底面的長中心線與處于外周的某一個柱面透鏡長方形底面的長中心線成一直線。

嵌入熱沉安裝孔的二極管激光器，通過粘膠與熱沉安裝孔內壁固定連接，即滿足導熱性要求，又滿足安裝穩(wěn)固。二極管激光器的管腳經安裝孔底部與電源線連接，二極管激光器底部與熱沉底面距離為0mm～3mm。二極管激光器下方的空間用于連接電源線。

非球面準直透鏡固定在熱沉的安裝孔內，非球面準直透鏡底部與二極管激光器頂部的間距為2mm～4mm，非球面準直透鏡頂部與熱沉表面的間距為0mm～3mm。

熱沉的各安裝孔為臺階孔，下孔直徑與二極管激光器直徑相配合，上孔直徑大于下孔直徑、與非球面準直透鏡相配合，上孔孔壁有螺紋，壓圈環(huán)的高度小于上孔深度，環(huán)的內徑小于非球面準直透鏡的外徑、大于或等于二極管激光器外徑，壓圈環(huán)的外壁有螺紋，與熱沉安裝孔上孔內壁的螺紋相配合，壓圈環(huán)旋入熱沉的安裝孔上孔，擰緊壓住非球面準直透鏡，壓圈環(huán)的頂低于熱沉上表面。

熱沉頂面、每個安裝孔配一對相互平行的夾持片，夾持片為金屬片，與熱沉固定連接，垂直豎在安裝孔孔緣兩側，一對夾持片的間距為柱面透鏡的長，一個柱面透鏡卡在一對夾持片之間，柱面透鏡的兩個相對的側面與夾持片粘結固定。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型一種多個二極管激光器列陣封裝結構的有益效果為：1、其輸出功率是N個二極管激光器功率之和，提供滿足需要的高功率激光；2、本封裝結構保證多個激光發(fā)射光學單體的組合具有小的發(fā)散角以及平行度；3、與單個列陣二極管激光器相比，冷卻裝置簡單，不需要復雜的水冷冷卻裝置；4、與多個光纖耦合二極管激光器相比，無需多個光纖耦合合束，激光傳輸效率高、體積小，并且封裝工藝簡單。

附圖說明

圖1是本多個二極管激光器列陣封裝結構實施例俯視示意圖；

圖2是本多個二極管激光器列陣封裝結構實施例A-A向縱剖示意圖；

圖3是本多個二極管激光器列陣封裝結構實施例的一個激光發(fā)射光學單體縱剖示意圖；

圖4是本多個二極管激光器列陣封裝結構實施例單個激光發(fā)射光學單體的光路示意圖；

圖5是本多個二極管激光器列陣封裝結構實施例近場光斑示意圖；

圖6是本多個二極管激光器列陣封裝結構實施例外周柱面透鏡周向布置的俯視示意圖。

圖中標號為:

1、熱沉，2、柱面透鏡，3、夾持片，4、壓圈環(huán)，5、二極管激光器，6、非球面準直透鏡，7、管腳，8、光斑。

具體實施方式

為了使本實用新型技術方案更加清晰，下面結合實施例和附圖，對本實用新型做進一步的詳細說明。

本實施例多個二極管激光器列陣封裝結構如圖1至3所示，銅制熱沉1有6個安裝孔，其中一個安裝孔處于中心位置，其余5個安裝孔以中心的安裝孔為中心均勻分布于一個半徑為25mm的圓周上。各安裝孔的孔壁間距及各安裝孔與熱沉外壁的間距大于2.5mm。各個孔的中心線相互平行。

熱沉1的各安裝孔為臺階孔，下孔直徑與二極管激光器5外徑相配合，孔徑4mm,上孔孔徑5mm、與非球面準直透鏡6相配合，上孔孔壁有螺紋。

6個二極管激光器5一一嵌入熱沉1的6個安裝孔的下孔內，通過粘膠與熱沉1的安裝孔內壁固定連接，二極管激光器5的管腳經安裝孔底部與電源線連接，本例二極管激光器5底部與熱沉1底面距離為0。

6個非球面準直透鏡6一一嵌在各安裝孔的上孔內、卡置于下孔的臺階上；本例的非球面準直透鏡6頂部為非球面凸透鏡，底部為直徑相同的圓柱透鏡，本例其直徑5mm,大于二極管激光器5外徑，其光軸與二極管激光器5的激光光束中心重合。壓圈環(huán)4為金屬環(huán)，環(huán)的高度小于上孔深度，環(huán)的內徑小于非球面準直透鏡6的外徑，壓圈環(huán)4的外壁有螺紋，與熱沉1安裝孔上孔內壁的螺紋相配合，壓圈環(huán)4旋入熱沉1的安裝孔上孔，擰緊壓住非球面準直透鏡6，壓圈環(huán)4的頂低于熱沉1上表面。非球面準直透鏡6固定后，非球面準直透鏡6底部與二極管激光器5頂部的間距為2mm，非球面準直透鏡6頂部與熱沉1表面的間距為3mm。

6個柱面透鏡2位于熱沉上表面的各安裝孔上，每個柱面透鏡與一套二極管激光器和非球面準直透鏡相對。一個二極管激光器、一個非球面準直透鏡以及一個柱面透鏡，組成一個激光發(fā)射光學單體。本例6個激光發(fā)射光學單體均相同，且6個激光發(fā)射光學單體光軸的平行度≤0.1mrad。

本例柱面透鏡2頂面為凸曲面，前后兩個側面相互平行，左右兩個側面相互平行，且前后左右四個側面均垂直于底面，底面為長方形平面置于熱沉1上表面、壓在熱沉1安裝孔上，長方形的長度為6mm，其寬度為4mm，非球面準直透鏡6的光軸延長線垂直通過長方形底面中心。

本例處于熱沉1外周安裝孔上的5個柱面透鏡2為徑向安置，即其長方形底面的長中心線相交于中心安裝孔中心；中心安裝孔上的柱面透鏡2長方形底面的長中心線與處于外周的一個柱面透鏡2長方形底面的長中心線成一直線。

熱沉1頂面、每個安裝孔配一對相互平行的夾持片3，夾持片3為與熱沉1材料相同的銅片，與熱沉1固定連接，垂直豎在安裝孔孔緣兩側，一對夾持片3間距為柱面透鏡2的長，柱面透鏡2卡在一對夾持片3之間，柱面透鏡2的兩個較小的相對的側面與夾持片3粘結固定。

本例經過管腳7對二極管激光器5供電。本例單個激光發(fā)射光學單體的光路如圖4所示，二極管激光器5發(fā)射激光光束，激光光束兩個方向的發(fā)散角為一致或是不一致。激光光束經過非球面準直透鏡6進行準直，同時壓縮兩個方向的光束發(fā)散角；然后激光光束再經過柱面鏡2進行準直，再次壓縮其中一個方向的光束發(fā)散角。經過兩次光束準直，獲得整體發(fā)散角低于毫弧度量級的激光光束，輸出光束的光斑如圖5所示。光斑8的排布與各個激光器發(fā)射光學單體在金屬熱沉1內的排布方式一致。通過陣列近場光斑8的大小以及光束在空間傳播距離可以計算各光束的發(fā)散角；根據兩個光斑8之間的距離可以得知這兩個發(fā)射光學單體光軸的平行度。

如圖6所示，本例處于熱沉1外周安裝孔上的各柱面透鏡2也可為周向安置，即處于熱沉1外周安裝孔上的柱面透鏡2長方形底面的長中心線垂直于中心安裝孔中心與該柱面透鏡2長方形底面中心的連線。

上述實施例，僅為對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本實用新型并非限定于此。凡在本實用新型的公開的范圍之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護范圍之內。