專利名稱：兩體式基座半導體激光器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種激光器，特別是一種兩體式基座半導體激光器。
背景技術：
目前，通信用半導體激光器的用戶對激光器的高溫熱特性的要求越來越高，
一方面用戶的電路板上提供給半導體致冷器(TEC)的最高電壓不能超過2.6V， 電流不能超過1.2A。另一方面用戶往往要求激光器能工作到管殼實際溫度高達 85°C。若半導體激光器的熱負載過大，當激光器的管殼溫度達到85'C時，TEC 的電壓會遠大于2.6V，而這時板子已不能向TEC正常地提供足夠的電流。因此 TEC就不能正常泵浦其致冷端的熱量，最終不能使激光二極管(LD)及其熱沉的 溫度穩定在它的所設定的工作點(一般為25°C)上。其結果是引起了激光器的 輸出功率變化和波長飄移等一系列的嚴重問題。
TEC致冷時，其所泵浦的熱負載Qe是決定其工作電壓和電流的重要參數，其 中熱負載Qc又可分為主動熱負載Q"和受動熱負載Q。p，主動熱負載完全來自LD 釋放的熱量，它完全由LD的工作條件所決定，由于LD的效率很高，在通信用 半導體激光器中，當管殼溫度較高時，主動熱負載在總熱負載中占的比例并不
高。受動負載QeP在管殼溫度較高時是總熱負載Qc:中的主要部。受分動負載Qc,,
又可分為輻射熱負載、對流熱負載和傳導熱負載。這三部分熱負載都與LD熱沉 以及基座的結構有關。
目前的通信用半導體激光器產品中，其基座的結構主要有兩種
一種為LD熱沉、光組件一體式基座結構(如圖2所示)，其缺點是由于基 座9除承載激光二極管3 (LD)熱沉外還承載了所有光學耦合元件(包括第一透 鏡4、光隔離器5、第二透鏡6、光纖7)，所以基座9必須做得足夠大。這樣的 基座及其所承載的眾多部件構成了半導體致冷器2 (TEC)致冷端的沉重的被動 熱負載Q,此被動熱負載在高溫時會遠大于激光器的主動熱負載。為了承載這 樣的基座，TEC不僅要選尺寸足夠大的以支撐基座，其泵浦熱量的能力也必須足 夠大。這樣TEC的功耗在高溫下必然上升的很高，其所要求的額定電流、電壓 值就很高。當激光器工作在管殼溫度為85。C時，TEC的電壓會遠超過2.6V，電流超過1. 2A。因此這種結構不能使激光器工作到管殼溫度超過75°C 。
另一種為LD熱沉與第一透鏡為一體，由TEC控溫，隔離器和第二透鏡則裝 在管殼外的窗管上(如圖3所示)。其缺點是第二光耦合透鏡和隔離器裝在外 殼窗管上，由于外殼材料的熱脹冷縮，高溫下窗管會傾斜。這是因為外殼的底 座為了散熱用的是鎢銅材料，外殼殼身為了防止殼身膨脹系數和陶瓷及玻璃窗 片的膨脹系數相差太大引起陶瓷和玻璃窗片的脫落而采用可伐材料。高溫時管 殼的殼身卜一部被膨脹系數較大的鎢銅底座拉長，上部則按可伐的膨脹系數只有 較小的伸長。結果引起殼身的傾斜，從而導致裝在窗管上的隔離器和第二透鏡 的軸線傾斜(如圖4所示)，造成激光器光耦合效率發生變化而使輸出功率發生 變化。因此在高溫下(如管殼溫度達85"C時)盡管TEC仍能正常工作，但激光 器的跟蹤誤差會變得很大，輸出功率的變化會超出規定標準。另外由于隔離沒 有被溫控，激光器的光隔離度在高溫下也會劣化，除非用溫度特性很好的2級 型光隔離器。但這樣成本也大大提高了。另外，此種結構的裝配需要2臺以上 的激光焊接機，裝配成本較高。
發明內容
本發明的目的是提供一種降低被動熱負載、降低半導體致冷器功耗、提高 熱特性、穩定性好、成本低、好安裝的兩體式基座半導體激光器，克服現有技 術的不足。
本發明的兩體式基座半導體激光器，它包括殼體l，在殼體l內設有半導體 致冷器、基座和位于基座上的激光二極管、第一透鏡、光隔離器、第二透鏡和 光纖，其特征在于所述的基座是由第一基座9和第二基座10組成的兩體結構， 所述的激光二極管設在第一基座9上，所述的半導體致冷器設在第一基座9的 下方。
木發明的兩體式基座半導體激光器，其中所述的第一透鏡設在第一基座9 上，所述的第二透鏡、光纖設在第二基座10上，所述的光隔離器設在第一基座 9上或第二基座10上。
本發明的兩體式基座半導體激光器與現有技術相比，由于基座分為兩體結 構，激光二極管、第一透鏡、光隔離器與第二透鏡、光纖分別設在不同的基座 上，激光器中承載激光二極管(LD)熱沉的基座9的尺寸較小，因此半導體致 冷器2 (TEC)致冷端的被動熱負載較小(約只有一體式基座結構的被動熱負載 的一半左右)。另外由于動熱負載較小，因此可選尺寸小自身功耗小的TEC。這就保證了當激光器工作在管殼溫度為85'C時，TEC的電流和電壓都不會超標。 光隔離器、第二透鏡、光纖等光學耦合元件可全部設在第二基座(10)上，也 可分別設在第一基座(9)及第二基座(10)兩個不同基座上。基座10直接固 定在殼體1的殼底11上不用TEC致冷。溫度變化時，基座10及其承載的光學 組件會有等方向的熱脹冷縮所引起的的偏移，但并不會改變光組件的橫向中心 位置。基座10及其各個承載物的縱向和上下中心間相對位置并不會因熱脹冷 縮而變化，因為它們受到的溫度變化相同，支撐它們的支架材料也相同。基座 10及其承載物的縱向和上下的整體中心位置在溫度變化時由于熱脹冷縮會有微 小偏移。但這種偏移并引起的整個光路的耦合效率的變化極小，因為第一透鏡 和第二合透鏡之間傳播的時準直束。耦合效率對第二透鏡相對第一透鏡的橫向 及上下的偏移極不敏感。所以溫度變化時這種結構仍能使激光器光的輸出功率 穩定，有很小的跟蹤誤差。大大提高半導體激光器的高溫熱特性并性能穩定， 成本低廉、易于裝配。
圖1是本發明具體實施方式
的結構示意圖； 圖2是現有技術中LD熱沉、光組件一體式基座結構的示意圖； 圖3是現有技術中LD熱沉與第一透鏡為一體，由TEC控溫，隔離器和第二 透鏡則裝在管殼外的窗管上的結構示意圖4是圖3所示的激光器發生變形后的示意圖。
具體實施例方式
如圖l所示l為殼體，殼體l的殼底ll為鎢銅材料，其它部分為可伐材 料。在殼體1的內側設有半導體致冷器(TEC) 2，半導體致冷器2的上方設有 第一基座9，第二基座10直接設在殼底11上。激光二極管(LD) 3、第一透鏡 4設在第一基座9上，光隔離器5、第二透鏡6、光纖7可根據實際情況分別排 列在9和10上。 一般結構為，在第一基座9上排列有激光二極管(LD) 3、第 一透鏡4和光隔離器5，在第二基座10上設置第二透鏡6和光纖7 (如圖1所 示)。光纖7的端頭由馬鞍型光纖支架12固定。8為與殼體1相連接的窗管，其 內中心線處為光纖7。光隔離器5也可設在第二基座10上。
權利要求
1、一種兩體式基座半導體激光器，它包括殼體(1)，在殼體(1)內設有半導體致冷器、基座和位于基座上的激光二極管、第一透鏡、光隔離器、第二透鏡和光纖，其特征在于所述的基座是由第一基座(9)和第二基座(10)組成的兩體結構，所述的激光二極管設在第一基座(9)上，所述的半導體致冷器設在第一基座(9)的下方。
2、 根據權利要求1所述的兩體式基座半導體激光器，其特征在于所述的第一透鏡設在第一基座(9)上，所述的第二透鏡、光纖設在第二基座(10)上，所述的光隔離器設在第一基座(9)上或第二基座(10)上。
全文摘要
本發明涉及一種激光器，特別是一種兩體式基座半導體激光器。它包括殼體(1)，在殼體(1)內設有半導體致冷器、基座和位于基座上的激光二極管、第一透鏡、光隔離器、第二透鏡和光纖，其特征在于所述的基座是由第一基座(9)和第二基座(10)組成的兩體結構，所述的激光二極管設在第一基座(9)上，所述的半導體致冷器設在第一基座(9)的下方。本激光器具有降低被動熱負載、降低半導體致冷器功耗、提高熱特性、穩定性好、成本低、好安裝的優點。
文檔編號H01S5/00GK101494356SQ200910010488
公開日2009年7月29日 申請日期2009年3月2日 優先權日2009年3月2日
發明者耐 張 申請人:大連艾科科技開發有限公司