改變半導(dǎo)體激光器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布的方法

改變半導(dǎo)體激光器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布的方法
【專利摘要】改變半導(dǎo)體激光器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布的方法，該方法適用于單元或陣列器件芯片，主要步驟包括：選取單個(gè)或多個(gè)發(fā)光單元具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的電流注入?yún)^(qū)的半導(dǎo)體激光單元或陣列器件芯片；將所述一個(gè)或各發(fā)光單元電流注入?yún)^(qū)按一定方式進(jìn)行光刻、蒸鍍；根據(jù)特定要求，將所述半導(dǎo)體激光單元或陣列器件芯片的電流注入?yún)^(qū)按照一定的尺寸和形狀光刻、蒸鍍，使電流注入?yún)^(qū)更加細(xì)化，半導(dǎo)體激光單元或陣列器件芯片慢軸方向光場(chǎng)按所述特定要求分布。本發(fā)明直接從半導(dǎo)體激光器的光源入手，實(shí)現(xiàn)慢軸方向光場(chǎng)分布的改變，不僅使半導(dǎo)體激光單元或陣列器件芯片獲得特定要求的慢軸方向光場(chǎng)分布，提高激光熔覆的效率和熔覆層的硬度，還避免其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化。
【專利說明】改變半導(dǎo)體激光器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種改變半導(dǎo)體激光器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，其在激光加工、軍事國(guó)防、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。半導(dǎo)體激光器的慢軸方向模式復(fù)雜，該方向的光場(chǎng)分布是半導(dǎo)體激光器一項(xiàng)重要的特性，對(duì)半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用具有重要的參考意義。不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ渎S的光場(chǎng)分布也會(huì)有不同的要求。近年來，市場(chǎng)上常見的半導(dǎo)體激光器慢軸方向的光場(chǎng)分布，多是單峰或者雙峰結(jié)構(gòu)的分布，然而這兩種分布不能滿足某些特定的使用要求。這就限制了半導(dǎo)體激光器在某些特定領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003]目前，有關(guān)改變半導(dǎo)體激光器慢軸方向光場(chǎng)分布的方法較少見，現(xiàn)有的這些方法多以光束整形為主。然而，對(duì)于許多特殊的光場(chǎng)分布，無法僅靠光束整形的方法獲得，而且使用光束整形方法，勢(shì)必會(huì)使半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，不利于其小型化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)缺陷，提供一種改變半導(dǎo)體激光器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布的方法，該方法適用于單元或陣列器件芯片，不僅可以獲得特定要求的慢軸方向光場(chǎng)分布，而且還能避免半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種改變半導(dǎo)體激光器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布的方法，該方法適用于單元器件芯片，主要步驟包括:
[0007]選取發(fā)光單元具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的電流注入?yún)^(qū)的半導(dǎo)體激光單元器件芯片；
[0008]將所述發(fā)光單元電流注入?yún)^(qū)按一定方式進(jìn)行光刻、蒸鍍；
[0009]根據(jù)特定要求，將所述半導(dǎo)體激光單元器件芯片的電流注入?yún)^(qū)按照一定的尺寸和形狀光刻、蒸鍍，使電流注入?yún)^(qū)更加細(xì)化，半導(dǎo)體激光單元器件芯片慢軸方向光場(chǎng)按所述特定要求分布。
[0010]較佳的是，所述發(fā)光單元具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的電流注入?yún)^(qū)，是半導(dǎo)體激光單元器件芯片的電流注入?yún)^(qū)具有均勻的至少兩個(gè)波浪形結(jié)構(gòu)。
[0011]較佳的是，所述使半導(dǎo)體激光單元器件芯片慢軸方向光場(chǎng)按所述特定要求分布，是通過改變所述發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，獲得半導(dǎo)體激光單元器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布為平頂化的光場(chǎng)分布。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種改變半導(dǎo)體激光器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布的方法，該方法適用于陣列器件芯片，主要步驟包括:
[0013]選取多個(gè)發(fā)光單元具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的電流注入?yún)^(qū)的半導(dǎo)體激光陣列器件芯片；
[0014]將各發(fā)光單兀電流注入?yún)^(qū)按一定方式依次排列進(jìn)行光刻、蒸鍍；[0015]根據(jù)特定要求，將所述半導(dǎo)體激光陣列器件芯片的電流注入?yún)^(qū)按照一定的尺寸和形狀光刻、蒸鍍，使電流注入?yún)^(qū)更加細(xì)化，半導(dǎo)體激光陣列器件芯片慢軸方向光場(chǎng)按所述特定要求分布。
[0016]較佳的是，所述陣列器件各發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)的排列方式為按照從左至右依次排列。
[0017]較佳的是，所述半導(dǎo)體激光陣列器件芯片的電流注入?yún)^(qū)為均勻的至少兩個(gè)波浪形結(jié)構(gòu)。
[0018]較佳的是，所述使半導(dǎo)體激光陣列器件芯片慢軸方向光場(chǎng)按所述特定要求分布，是通過改變各發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，獲得半導(dǎo)體激光陣列器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布為平頂化的光場(chǎng)分布。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用半導(dǎo)體激光單元或陣列器件芯片的電流注入?yún)^(qū)不同的半導(dǎo)體激光器件，其慢軸方向光場(chǎng)分布不同的原理，通過改變發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)的結(jié)構(gòu)，使半導(dǎo)體激光單元或陣列器件芯片慢軸方向光場(chǎng)按特定要求分布，從而滿足特定的使用要求。該方法直接從半導(dǎo)體激光器的光源入手，實(shí)現(xiàn)慢軸方向光場(chǎng)分布的改變，不僅可以使半導(dǎo)體激光單元或陣列器件芯片獲得特定要求的慢軸方向光場(chǎng)分布，提高了激光熔覆的效率和熔覆層的硬度，而且還避免了其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，使其得到更加廣泛的應(yīng)用。
[0020]以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明。并不對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為現(xiàn)有正常單個(gè)發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為圖1所示現(xiàn)有正常的半導(dǎo)體激光單元器件芯片慢軸方向的光場(chǎng)分布示意圖，以雙峰為例；
[0023]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的實(shí)施例，細(xì)化后的單個(gè)發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為圖3所示細(xì)化后的半導(dǎo)體激光單元器件芯片慢軸方向的光場(chǎng)分布示意圖；
[0025]圖5為現(xiàn)有正常多個(gè)發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中示出四個(gè)；
[0026]圖6為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面的實(shí)施例，細(xì)化后的多個(gè)發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中示出四個(gè)；
[0027]圖7為圖6所示細(xì)化后的半導(dǎo)體激光陣列器件芯片慢軸方向的光場(chǎng)分布示意圖。
[0028]附圖標(biāo)記說明:
[0029]1-現(xiàn)有正常四個(gè)發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)，分別為A、B、C、D
[0030]I'-本發(fā)明細(xì)化后的四個(gè)發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)，分別為A'、B'、C'、D'
[0031]2-現(xiàn)有正常單個(gè)發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)；
[0032]2’ -本發(fā)明細(xì)化后的單個(gè)發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)；
【具體實(shí)施方式】
[0033]由于激光器在不同注入電流下會(huì)進(jìn)入不同的模式，一定的電流范圍內(nèi)可能單模工作，電流變化后可能多模工作，單模的光譜集中于一個(gè)波長(zhǎng)附近呈現(xiàn)單峰，多模的光譜呈現(xiàn)多峰，如圖2所示。
[0034]本發(fā)明改變半導(dǎo)體激光器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布的方法,通過光刻的方法改變芯片單個(gè)或陣列發(fā)光單元電流注入?yún)^(qū)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，來改變芯片慢軸方向光場(chǎng)分布，從而滿足特定的使用要求。
[0035]下面結(jié)合圖1~圖7詳細(xì)說明本實(shí)施例。
[0036]本發(fā)明改變半導(dǎo)體激光器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布的方法，是通過改變芯片中發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)P和2'，設(shè)計(jì)出發(fā)光單元精細(xì)化的電流注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)，來改變其慢軸方向光場(chǎng)分布。其中，所述精細(xì)化的電流注入?yún)^(qū)，是指將現(xiàn)有正常單個(gè)或四個(gè)(A、B、C、D)凸臺(tái)型的電流注入?yún)^(qū)I和2結(jié)構(gòu)(如圖1和圖5所示)，精細(xì)成波浪型的電流注入?yún)^(qū)I'和2，(如圖3和圖6所示)，因此避免了半導(dǎo)體激光器件芯片注入電流的不均勻，而使半導(dǎo)體陣列芯片或單管器件光場(chǎng)的分布為單峰或雙峰的光場(chǎng)分布的情況發(fā)生，如以雙峰為例的圖2所
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[0037]本發(fā)明按照特定的結(jié)構(gòu)和2'，通過光刻、蒸鍍改變芯片發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)的結(jié)構(gòu)，使半導(dǎo)體激光器芯片的慢軸方向上的光場(chǎng)分布為平頂化的光場(chǎng)分布，如圖4和圖7所示。
[0038]實(shí)施例:
[0039]本實(shí)施例以半導(dǎo)體激光器件芯片慢軸方向光場(chǎng)為平頂化分布為例，結(jié)合圖3-4和圖6-7詳細(xì)說明之。
[0040]半導(dǎo)體激光器件芯片的發(fā)光單元個(gè)數(shù)的選取，可以根據(jù)最終所需的功率和填充因子來確定，根據(jù)功率和填充因子的大小，確定半導(dǎo)體激光器芯片的發(fā)光單元的設(shè)計(jì)。
[0041]方案一:根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的實(shí)施例，單管器件芯片由一個(gè)發(fā)光單元組成，單個(gè)發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)如圖3、4所示。
[0042]單管半導(dǎo)體激光器的發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)精細(xì)成個(gè)數(shù)為9，周期為8mm的波浪形結(jié)構(gòu)，如圖3所示。
[0043]單個(gè)發(fā)光單元的的慢軸方向光場(chǎng)為平頂化分布，如圖4所示。
[0044]方案二:根據(jù)本發(fā)明發(fā)明另一個(gè)方面的實(shí)施例，陣列器件芯片由四個(gè)(A'、B'、C'、D')發(fā)光單元組成，半導(dǎo)體激光器陣列芯片的電流注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)，如圖6、7所示。
[0045]將芯片各個(gè)發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)精細(xì)成個(gè)數(shù)為7，周期為8_的波浪形結(jié)構(gòu)，如圖6所示。
[0046]四個(gè)(A'、B'、C'、D')發(fā)光單元的各自的慢軸方向光場(chǎng)經(jīng)光場(chǎng)的疊加后，整個(gè)陣列芯片的慢軸光場(chǎng)分布為平頂化分布，如圖7所示。
[0047]相對(duì)于單峰形式和雙峰形式的慢軸方向光場(chǎng)分布，平頂化的光場(chǎng)分布使得半導(dǎo)體激光器光斑的能量分布更加均勻，半導(dǎo)體激光光束為平頂分布的矩形結(jié)構(gòu)，在熔覆領(lǐng)域優(yōu)于光斑模式呈圓形的近高斯分布的光纖激光器、固體激光器和CO2激光器。具有熔覆效率高、速度快、能耗低、熔覆層深度分布均勻和熱影響區(qū)小的優(yōu)點(diǎn)，從而可實(shí)現(xiàn)大面積光斑的快速激光熔覆、提高了激光熔覆的效率和熔覆層的硬度?？蓮V泛應(yīng)用于礦山機(jī)械、石油化工、發(fā)電站設(shè)備、航空冶金、工業(yè)模具等行業(yè)。
[0048]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.改變半導(dǎo)體激光器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布的方法，該方法適用于單元器件芯片，主要步驟包括: 選取發(fā)光單元具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的電流注入?yún)^(qū)的半導(dǎo)體激光單元器件芯片； 將所述發(fā)光單元電流注入?yún)^(qū)按一定方式進(jìn)行光刻、蒸鍍； 根據(jù)特定要求，將所述半導(dǎo)體激光單元器件芯片的電流注入?yún)^(qū)按照一定的尺寸和形狀光刻、蒸鍍，使電流注入?yún)^(qū)更加細(xì)化，半導(dǎo)體激光單元器件芯片慢軸方向光場(chǎng)按所述特定要求分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)光單元具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的電流注入?yún)^(qū)，是半導(dǎo)體激光單元器件芯片的電流注入?yún)^(qū)具有均勻的至少兩個(gè)波浪形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述使半導(dǎo)體激光單元器件芯片慢軸方向光場(chǎng)按所述特定要求分布，是通過改變所述發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，獲得半導(dǎo)體激光單兀器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布為平頂化的光場(chǎng)分布。
4.改變半導(dǎo)體激光器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布的方法，該方法適用于陣列器件芯片，主要步驟包括: 選取多個(gè)發(fā)光單元具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的電流注入?yún)^(qū)的半導(dǎo)體激光陣列器件芯片； 將各發(fā)光單元電流注入?yún)^(qū)按一定方式依次排列進(jìn)行光刻、蒸鍍； 根據(jù)特定要求，將所述半導(dǎo)體激光陣列器件芯片的電流注入?yún)^(qū)按照一定的尺寸和形狀光刻、蒸鍍，使電流注入?yún)^(qū)更加細(xì)化，半導(dǎo)體激光陣列器件芯片慢軸方向光場(chǎng)按所述特定要求分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述陣列器件各發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)的排列方式為按照從左至右依次排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光陣列器件芯片的電流注入?yún)^(qū)為均勻的至少兩個(gè)波浪形結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述使半導(dǎo)體激光陣列器件芯片慢軸方向光場(chǎng)按所述特定要求分布，是通過改變各發(fā)光單元的電流注入?yún)^(qū)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，獲得半導(dǎo)體激光陣列器件芯片慢軸方向光場(chǎng)分布為平頂化的光場(chǎng)分布。
【文檔編號(hào)】H01S5/06GK103872579SQ201410124234
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】堯舜, 高祥宇, 王智勇, 潘飛, 賈冠男, 李峙 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)