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边粘合的光学封装件

阅读:389发布:2021-02-18

专利汇可以提供边粘合的光学封装件专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 的特定 实施例 使SHG晶体或其它类型 波长 转换器件紧靠激 光源 以消除对耦合光学器件的需求,减少封装器件的数目并减小封装件体积。根据本公开的一个实施例,提供一种光学组件,该光学组件包括:包括 激光器 底部的激光源子组件以及包括转换器底部的波长转换器件子组件。激光器底部的粘合界面附连于转换器底部的互补的粘合界面,以使激光器输出面以固定界面间距x亲近耦合于转换器输入面。还披露和要求了其它一些实施例。,下面是边粘合的光学封装件专利的具体信息内容。

1.一种包括激光源子组件和波长转换器件子组件的光学封装件,其特征在于:
所述激光源子组件包括:
包括粘合界面的激光器底部;以及
包括激光器输出面的激光二极管
所述激光二极管固定于所述激光器底部以使所述激光器输出面的就位位置A相对于所述粘合界面是固定的;
所述波长转换器件子组件包括:
包含互补的粘合界面的转换器底部;以及
包含转换器输入面、转换器输出面以及以转换器件倾从所述转换器输入面向所述转换器输出面延伸的波导的波长转换器件;
所述波长转换器件固定于所述转换器底部以使所述转换器输入面的就位位置B和所述波导的倾角相对于所述互补的粘合界面固定;
所述激光器底部的粘合界面粘合于所述转换器底部的互补的粘合界面,以使所述激光器输出面以界面间隙x亲密耦合于所述转换器输入面,所述界面间隙x根据所述激光器输出面的固定位置A和所述转换器输入面的固定位置B来确定。
2.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于,所述转换器底部和所述激光器底部被设计成当经由相应粘合界面粘合时使得:
所述激光器输出面的固定位置A和所述激光器输入面的固定位置B隔开几微米数量级的间距;以及
因所述转换器底部和所述激光器底部的热膨胀造成的所述转换器输入面和激光器输出面的热致失准在所述光学封装件的工作温度内是几分之一微米。
3.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于:
所述转换器底部和所述激光器底部进一步包括互补的固定基准面;以及所述互补的固定基准面配置成相互啮合或经由共同固定件啮合以增进所述激光源子组件和所述波长转换器件子组件相对于彼此沿三维正交坐标系的固定。
4.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于:
所述激光器底部的粘合界面经由界面粘合剂粘合于所述转换器底部的互补的粘合界面,所述界面粘合剂将所述激光器输出面的固定位置A和所述转换器输入面的固定位置B隔开几微米数量级的间距;以及
所述转换器底部经由地形固定件固定于所述封装件底部,所述地形固定件在所述波长转换器件子组件和所述封装件底部之间形成热漂移间隙c。
5.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于,所述界面粘合剂和所述地形固定件包括设计成在所述光学封装件内产生微米级热漂移的弹性体部件。
6.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于,所述激光器底部的粘合界面和所述转换器底部的互补的粘合界面包括平坦的粘合界面。
7.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于,所述转换器底部和所述激光器底部还包括互补的固定基准面,所述互补的固定基准面配置成与共同固定件协同作用,所述共同固定件适于使所述转换器底部和激光器底部的互补的固定基准面啮合。
8.如权利要求6所述的光学封装件,其特征在于,所述互补的固定基准面协同作用以形成沿所述激光器底部和所述转换器底部的外围部分延伸的外围桥台,并且所述共同固定件被配置成啮合所述外围桥台。
9.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于,所述转换器底部和所述激光器底部进一步包括配置成相互啮合的互补的固定基准面,所述转换器底部的固定基准面包括内径桥台,而所述激光器底部的固定基准面包括外径桥台,这两个桥台被配置成利于所述激光器底部经由相应桥台的配合嵌套入所述转换器底部。
10.如权利要求9所述的光学封装件,其特征在于:
所述各固定桥台被配置成允许嵌套的激光器底部相对于所述转换器底部的啮合旋转。
11.如权利要求10所述的光学封装件,其特征在于,所述激光器底部和所述转换器底部进一步包括配置成指示激光器底部相对于转换器底部旋转对准的旋转固定基准面。
12.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于,所述转换器底部和所述激光器底部被形成为金属性衬底。
13.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于,所述转换器底部和所述激光器底部的相应热膨胀系数匹配以使所述激光二极管波导和所述转换器波导之间沿垂直方向的相对移动在所述光学封装件的工作温度范围内被限制在大约0.5μm或更小尺寸。
14.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于,所述转换器件倾角包括垂直分量、平分量或垂直分量和水平分量的结合。
15.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于,所述转换器底部包括以所述波导的倾角取向的安装狭缝,而所述波长转换器件被固定在所述成角度的安装狭缝内。
16.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于,所述激光二极管经由环树脂软钎焊或激光焊固定于激光器底部。
17.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于:
所述激光底部还包括激光器安装狭缝和激光器安装插入物,所述激光器安装插入物配置成利于散热并以亚微米精确度最小化所述光学封装件的工作温度范围内的热失配。
18.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于:
所述波长转换器件的输入面包括α-切割刻面和β-切割刻面;
所述输入面的α-切割刻面相对于所述波长转换器件的波导以水平角α取向,以允许所述激光源的输出面和所述波长转换器件的输入面的亲密耦合;
所述输入面的β-切割刻面相对于所述波长转换器件的波导以水平角β取向并与所述水平倾角φ协同作用,以减少从所述波长转换器件的输入面进入所述激光源的背面反射;并且
α<180°-β<φ.
19.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于,所述波长转换器件的输入面进一步包括ω-切割刻面,所述ω-切割刻面相对于所述波长转换器件的波导在垂直角ω取向,以允许所述激光源的倾斜输出面与所述波长转换器件的输入面的最佳亲近耦合。
20.如权利要求1所述的光学封装件,其特征在于:
所述激光二极管定义光轴并且所述激光二极管的输出面相对于所述光轴在垂直角δ取向;
所述波长转换器件的输入面相对于波长转换器件的波导以垂直角θ取向;
所述波长转换器件的波导相对于所述激光源的光轴在垂直倾角γ取向;以及选择所述垂直角θ和垂直倾角γ以至少部分地补偿由激光器输出面角δ引入的光学失准。
21.如权利要求20所述的光学封装件,其特征在于,所述波长转换器件的输入面进一步包括ω-切割刻面,所述ω-切割刻面相对于所述波长转换器件的波导在垂直角ω取向,以允许所述激光二极管的输出面与所述波长转换器件的输入面的亲近耦合。
22.一种包括激光源子组件和波长转换器件子组件的光学封装件,其特征在于:
所述激光源子组件包括激光器底部和激光二极管,所述激光器底部包括粘合界面而所述激光二极管包括激光输出面;
所述激光二极管固定于所述激光器底部以使所述激光器输出面的就位位置A相对于所述粘合界面是固定的;
所述波长转换器件子组件包括转换器底部和波长转换器件,所述转换器底部包括互补的粘合界面,而所述波长转换器件包括转换器输入面、转换器输出面以及以转换器件倾角从所述转换器输入面延伸至转换器输出面的波导;
所述波长转换器件固定于所述转换器底部以使所述转换器输入面的就位位置B和所述波导的倾角相对于所述互补的粘合界面是固定的;
所述波长转换器件的输入面包括α-切割刻面和β-切割刻面;
所述输入面的α-切割刻面相对于所述波长转换器件的波导以水平角α取向,以允许所述激光源的输出面和所述波长转换器件的输入面的亲密耦合;
所述输入面的β-切割刻面相对于所述波长转换器件的波导以水平角β取向并与所述水平倾角φ协同作用以减少从所述波长转换器件的输入面进入所述激光源的背面反射,因此
α<180°-β<φ;
所述激光器底部的粘合界面粘合于所述转换器底部的互补粘合界面,以使所述激光器输出面以界面间隙x亲密耦合于所述转换器输入面,所述界面间隙x根据所述激光器输出面的固定位置A和所述转换器输入面的固定位置B来确定;以及
所述转换器底部和所述激光器底部进一步包括互补固定基准面,所述互补固定基准面配置成相互啮合或经由共同固定件啮合以增进所述激光源子组件和所述波长转换器件子组件相对于彼此沿三维正交坐标系的固定。
23.一种光学封装件,包括源子组件和接收器子组件,其中:
所述源子组件包括:
包括粘合界面的源底部;以及
包括输出面的源本体;
所述源本体固定于所述源底部以使所述输出面的就位位置A相对于所述粘合界面是固定的;
所述接收器子组件包括:
包含互补的粘合界面的接收器底部;以及
包含输入面、输出面和以一倾角从所述输入面向所述输出面延伸的波导的接收器本体;
所述接收器本体固定于所述接收器底部以使所述输入面的就位位置B和所述波导的倾角相对于所述互补的粘合界面是固定的;以及
所述源底部的粘合界面粘合于所述接收器底部的互补的粘合界面,以使所述输出面以界面间隙x亲密耦合于所述输入面,所述界面间隙x根据所述输出面的固定位置A和所述输入面的固定位置B来确定。

说明书全文

边粘合的光学封装件

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2009年5月26日提交的美国申请No.12/471,681的优先权益。

背景技术

[0003] 本公开涉及经频率转换的激光源、激光投影系统以及更具体地涉及在例如蜂窝电话、PDA、膝上计算机等应用中的激光源和多色激光投影仪的光学封装结构。
[0004] 概述
[0005] 本发明人已发现经频率转换的激光源和多色激光投影仪必须是紧凑的以可适用于许多投影应用。该目的在需要三个独立色源(红、绿、蓝)的多色投影系统中尤其有挑战性。尽管红、蓝色源是合理紧凑的,然而经频率转换的绿色激光源在这个方面表现出特殊的挑战,因为它们通常利用IR激光源和二次谐波发生(SHG)晶体或一些其它类型的波长转换器件。有源或无源耦合光学器件经常被利用来确保IR浦光与SHG晶体的波导的正确对准。封装件也可包括用于提高宽温度范围内的机械稳定性硬件。同时,这些器件增加了总封装件体积和工作复杂性。
[0006] 本公开的特定实施例使SHG晶体或其它类型波长转换器件紧靠激光源以消除对耦合光学器件的需求,减少封装器件的数目并减小封装件体积。根据本公开的一个实施例,提供一种光学封装件,该光学封装件包括:包括激光器底部的激光源子组件以及包括转换器底部的波长转换器件子组件。激光器底部的粘合界面粘合住转换器底部的互补的粘合界面,以使激光器输出面以预定的界面间距x亲近耦合于转换器输入面。针对精确刻面对准的独立预制和特征化各子组件导致浪费减少和成本降低。公开并考虑了其它实施例。例如,考虑使本公开的理念应用于包括光源、激光器或非激光器以及接收机的任何光学封装件,不管它是波长转换器件还是某些其它类型的下游光学器件。
[0007] 附图简述
[0008] 本发明的特定实施例的以下详细描述可在结合以下附图阅读时被最好地理解,在附图中类似的结构使用类似的附图标记指示,而且在附图中:
[0009] 图1和图2示出根据一个实施例的亲近耦合的光学封装件;
[0010] 图3A和3B是在类似于图1和图2所示的光学封装件中提供波长转换器件的又一替代方案的示意性平面图;
[0011] 图4A-4D是示出其中波长转换器件可在类似于图1和图2所示的光学封装件内垂直倾斜的方式的示意性正视图;
[0012] 图5-7示出包括激光源子组件和独立波长转换器件子组件的光学封装件,其中经由互补的粘合界面形成边粘合;
[0013] 图8-10示出包括激光源子组件和独立波长转换器件子组件的光学封装件,其中共同稳定结构配合住沿激光器底部和转换器底部延伸的外围桥台(abutment);
[0014] 图11-13示出包括激光源子组件和独立波长转换器件子组件的光学封装件,其中各夹紧基准面利于激光器底部和转换器底部的嵌套(nesting);以及
[0015] 图14是用于固定包括激光源子组件和独立波长转换器件子组件的光学封装件的方式的示意图。
[0016] 发明详述
[0017] 首先参见图1和图2,其示出根据本公开一个实施例的光学封装件100。图1示出包括激光源10和波长转换器件20的光学封装件100。波长转换器件20包括由α-切割刻面22和β-切割刻面24形成的输入面、输出面26和从输入面向输出面26延伸的波导30。激光源10被定位成使激光源10的输出面12亲近耦合于波长转换器件20的输入面的波导部分。
[0018] 为了描述和定义本公开,要注意当激光源的输出面与波长转换器件的输入面的亲近是用于将来自激光源的光信号耦合入波长转换器件的波导的主要机制时,可将该激光源视为“亲近耦合”于波长转换器件。常见亲近耦合的封装件将不在激光源和波长转换器件之间的光程中采用准直、聚焦或其它类型的耦合光学器件,尽管考虑到一些亲近耦合的封装件可在激光器和波长转换器件之间采用相对次要的光学元件,例如光学膜、保护元件、校正透镜、滤光器、光漫射器等。在任何情形下,对于亲近耦合的封装件,考虑使激光器与波长转换器件的亲近性成为从激光器耦合至波长转换器件的光强度的至少30%的成因。
[0019] 其中相同结构用相同附图标记表示的图2更详细地示出波长转换器件20的输入面。如前面提到的,波长转换器件的输入面包括α-切割刻面22和β-切割刻面24。输入面的α-切割刻面22相对于波长转换器件20的波导30以α取向,以使激光源10的输出刻面12与波长转换器件20的输入面亲近耦合。输入面的β-切割刻面24相对于波长转换器件20的波导30以水平角β取向,并与水平倾角φ协作以减小从波长转换器件20的输入面进入激光源10的背面反射,该背面反射通常是由从波导背面的输入面反射进入激光源的输出面的接受光锥的光引起的。
[0020] 为了利用前面提到的亲近耦合,应当选择角α和角β以满足下列关系:
[0021] α<180°-β<φ.
[0022] 如图2、3A和3B所示,其中相同结构用相同附图标记表示并且波导30相对于激光源10的输出面12以水平倾角φ取向,为了进一步提高亲近耦合,α-切割刻面22的角α一般建立在小于沿从波导30的共方向测得的水平倾角φ的值。替代地,这可能只足够确保α-切割刻面22、β-切割刻面24或两者以相对于波长转换器件20的波导30呈锐角地取向,为了本公开的描述和定义,该锐角是小于90°的角。例如,但非作为限定,水平倾角φ可落在大约75°和大约85°之间,α-切割刻面22的角α可比水平倾角φ小大约10°至大约15°,而β-切割刻面24的角β可以是大约80°。
[0023] 不管为角α和角β选择的具体角度为何,α-切割刻面22和β-切割刻面24将在输入面上形成顶点28。如图3B所示,顶点28与输入面的波导部分隔开,通常隔开小于大约20μm的波导间隔y。此外,顶点28以面间间距x与激光源10的输出面12隔开,该面间间距x可以是小于大约5μm的数量级。在所示实施例中促成亲近耦合,因为角α、β的相对符号和大小形成缺失本体部分25,若非如此它会出现在不包括α切割刻面22的波长转换器件中。在亲近耦合的封装件中,其边界由图2中的虚线绘出的缺失本体部分25打破激光源10的输出面12并图解使α-切割刻面22增强亲近耦合的度数。换句话说,α-切割刻面22去除一部分波长转换器件20,该部分若非如此就会对紧密亲近耦合造成物理障碍。该去除部分在图2中图示为缺失的本体部分25。
[0024] 激光源10优选地亲近耦合于波长转换器件20的波导30部分而无需用到居间光学器件。为了描述和定义本公开,要注意“居间光学器件”是光学性质不一定支持激光源或波长转换器件的功能的那些器件。例如,居间光学器件可包括位于激光源和波长转换器件之间的光程内的准直或聚焦透镜,但不包括形成在激光器的输出面或波长转换器件的输入面上的抗反射性或反射性膜。
[0025] 在图2和图3A的实施例中,波长转换器件的输出面26取向以匹配β-切割刻面24的角β。替代地,如图3B所示,考虑使波长转换器件20的输出面26包括一对附加的刻面,这对刻面与波长转换器件的输入面的α-切割刻面和β-切割刻面呈镜像。
[0026] 图4A-4D是示出其中波长转换器件20可在光学封装件100内垂直倾斜以弥补激光源10的输出面12的相应倾斜的方式的示意性正视图。更具体地,一并参见图4A-4D,在一些应用中,激光源10的输出面12将以垂直角δ相对于激光源10的光轴15取向。该角一般以几度的数量级出现但在图4A-4D中为了说明性目的而被夸大。类似地,波长转换器件20的输入面将相对于波长转换器件的波导以垂直角θ取向。垂直角θ一般超出90°,但可根据针对光学封装件选取的特定波长转换器件20取各种值,包括图4B中所示的正交角。输入面的垂直角θ和波长转换器件20相对于光轴15所取的垂直倾角γ被选择以至少部分地补偿由激光输出面角δ引发的光学失准。
[0027] 参见图4B和4D,在一些实施例中为了进一步利于亲近耦合,优选的是为波长转换器件20的输入面提供相对于波导30以垂直角ω取向的ω-切割刻面29。ω切割刻面29以与图1-3的α-切割刻面22类似的方式发挥作用,也就是它去除了波长转换器件20的一些部分,如若不然这些部分就会对紧密亲近耦合形成物理障碍。例如参见图4B所示的缺失本体部分25。基于激光源10的输出面12和波长转换器件20的输入面内抛光的相应有角度刻面的倾斜,激光源10和波长转换器件20的衬底可如图4B和4D所示地那样削锥。
这种衬底削锥利于在子组件制造期间更容易的刻面对准。通过这些适宜地预先确定的削锥角,可最小化亲近间隙而不损害激光源1的输出面12或波长转换器件20的输入面。另外,前面提到的削锥最小化了角对准损失并提供更好的耦合效率。
[0028] 为了帮助在其中波长转换器件20和激光源10由独立叠支承的亲近耦合的光学封装件内保持最佳的光耦合,独立叠块的各个热膨胀系数可匹配以将各叠块的热膨胀考虑在内,若非如此可能造成激光源10和波长转换器件20之间的耦合效率损失,因为光学封装件在正常工作中经历温漂。在许多情形下,使本文描述的亲近耦合光学封装件绝热是不困难的,因为缺乏耦合光学器件允许减小叠块高度,使其更易于匹配独立叠块的各热膨胀系数
[0029] 例如参见图1,其中激光源10由激光器叠块11支承并且波长转换器件20由转换器叠块21支承,光学封装件100可通过确保两独立叠块11、21的各热膨胀系数匹配而被绝热。例如,在一个实施例中,两独立叠块11、21的热膨胀系数在光学封装件100的工作温度范围内匹配在大约0.01μm内。例如,激光器叠块11可包括氮化、金金属化衬垫和钼,并且转换器叠块21可包括。为了定义和描述本公开,要注意“叠块”可包括任何数量的层。另外,考虑使热膨胀系数匹配的程度取决于要求程度的耦合效率而增大或减小。
[0030] 图1也示出使用位于下面的热空穴50以减轻在光学封装件100工作期间形成在波长转换器件20内的热梯度。因为激光源10亲近耦合于波长转换器件20,因此由于波长转换器件20的输入面和输出面26之间的温差可能沿波长转换器件20的长度形成很大的热梯度,尤其是当光学封装件100例如通过自然对流被动冷却时。这些热梯度可通过在基频激光的频谱宽度上平移相位匹配波长而降低波长转换器件20的效率。如图1所示,位于下面的热空穴50可设置在波长转换器件20的输入面附近以帮助波长转换器件20的输入端的热隔绝,并减少沿波长转换器件20的工作温度梯度。
[0031] 绝热的另一示例示出于图5和图6的实施例中,其中波长转换器件20和激光源10由共同底部70支承,该底部包括安装槽72。安装槽72包括削锥的壁部分74和超出波长转换器件20的相应横向尺寸z’的最小横向尺寸z,由此当波长转换器件20位于削锥壁部分74之间的安装槽72内时,纵向间隙76在波长转换器件20和安装槽72之间延伸。纵向取向的结构78位于安装槽72的削锥壁部分74和波长转换器件20的侧部之间。为了便于描述和定义本公开,要注意所述纵向指从波长转换器件20的输入面至波长转换器件20的输出面26的方向。
[0032] 图5-7示出包括激光源子组件110和独立波长转换器件子组件120的光学封装件100,其中经由互补的粘合界面形成亲近耦合的边粘合。更具体地,在图5-7的实施例中,激光源组件包括激光器底部112,该激光器底部112包括粘合界面114和激光二极管115。激光二极管115固定于激光器底部112以使激光器输出面的就位位置A相对于粘合界面114固定在X-Y-Z坐标系中(见图5A)。预期激光二极管115可以多种方式固定于激光器底部
112,包括例如通过粘合剂粘结(UV热环树脂)、软钎焊、激光焊、机械连接等。
[0033] 类似地,波长转换器件子组件120包括转换器底部122和波长转换器件125,转换器底部122包括互补的粘合界面124,而波长转换器件125包括转换器输入面126、转换器输出面128以及以转换器件倾角φ从转换器输入面126延伸至转换器输出面128的波导。波长转换器件125固定于转换器底部122以使转换器输入面126的就位位置B和波导的倾角φ相对于互补的粘合界面124固定在X-Y-Z坐标系内(见图5B)。预期波长转换器件
125可以多种方式固定于转换器底部122,包括例如通过粘合剂粘结(UV热环氧树脂)、软钎焊、激光焊、机械连接等。
[0034] 激光二极管115和波长转换器件125在受到精确控制以在预定地点建立就位位置A、B的预装配工艺中安装于它们各自的底部112、122。给出正确建立的就位位置A、B,激光器底部112的粘合界面114能粘合于转换器底部122的互补的粘合界面124以在适于亲密耦合封装件的取向和界面间距x上将激光器输出面亲密耦合至转换器输入面126。一般来说,本文披露的其中采用固定基准面使各子组件彼此配合和对准的设计的优势在于,在最终装配中的界面间距x的测量不再关键,因为激光源和转换器件子组件在最终装配前以要求的精度装到一起并特征化。
[0035] 尽管在一个实施例中,转换器底部122和激光器底部112是由同一金属形成的衬底,然而可考虑使转换器底部122和激光器底部112由具有大致相等的热膨胀系数的任何材料制成,或可针对基本均等的热膨胀特性而设计。如此,当各子组件经由各粘合界面114、124粘结时,转换器输入面126和激光器输出面的可能源自转换器底部122和激光器底部
112热膨胀的任何热致失准被最小化,并且该热致失准在光学封装件100的工作温度范围内通常小于0.1-0.5μm。
[0036] 在图5-7中,相应的粘合界面114、124可描述为互补的固定基准面,因为当在粘合前彼此相反地推动两者时,它们的相互啮合建立具有前述预定值的界面间隔x。界面114、124的性质使界面间距固定但允许沿其它方向——例如沿平行于界面114、124的平面——移动。注意到这个,考虑修正由粘合界面114、124界定的互补的固定基准面以将移动限制在多于一个方向。
[0037] 例如,参见图8-10的实施例,由互补的粘合界面114、124界定的互补的固定基准面可配置成经由共同固定而啮合,从而增强激光源子组件110和波长转换器件子组件120沿三维正交坐标系的固定。更具体地说,在图8-10的实施例中,互补的固定基准面包括平坦粘合界面(粘合界面114、124)以及沿激光器底部112和转换器底部122外围延伸的阶梯形外围桥台130。刚性封装件罩140作为公共固定件设置并且刚性封装件罩140的下边缘部分142配合住外围桥台130以将各子组件110、120彼此固定并沿一个以上的方向限制激光二极管115相对于波长转换器件125的移动。预期多种替代性装置可替代地用作共同固定件。
[0038] 图5-7也示出激光器底部112的使用,该激光器底部112包括激光器安装槽116和激光器安装插入物119。激光器安装插入物119固定于激光器安装槽116中并且激光二极管115固定于激光器安装插入物119。插入物119配置成改善光学封装件100中的热管理和绝热。选择热膨胀特性以使激光二极管芯片在感兴趣温度范围内的张。插入物也可用于提供良好的导热性以分散和耗散由激光二极管产生的热量。这方面也提供某种程度上独立于插入材料地选择激光器底部材料的灵活性。一个示例是由制成的激光器底部,而插入物是由制成的。钢材料具有较低的成本并能更容易地通过激光焊接粘合于转换器组件。铜制插入物具有良好的导热性并为激光二极管提供更好的热管理。钢制底部中的铜制插入物可沿很长的长度一起经受冷轧并被切割至要求的长度和形状以制造低成本激光二极管底部。
[0039] 下面详细描述的图11-13的实施例也利用激光器安装狭缝和激光器安装插入物以使光学封装件100绝热。在图11-13的实施例中,激光二极管115被安装在插入物上,该插入物与激光二极管的热膨胀系数匹配,并且激光二极管和插入物一起被安装在TO-罐式顶盖上。顶盖可以是设有切口以供插入的低成本的冷轧钢。最后,要注意图6-7示出使用刚性封装件罩140和封装件底部150以供密封。
[0040] 在图11-13的实施例中,激光源子组件110和波长转换器件子组件120包括互补的固定基准面,它们配置成以嵌套结构相互啮合。更具体地,转换器底部122的固定基准面包括内径桥台123,而激光器底部112的固定基准面包括外径桥台113,这两个桥台均配置以促成激光器底部112经由各桥台113、123的配合而嵌入到转换器底部122内。预期该内径和外径可以是圆形或非圆形的。
[0041] 由于图11-13的实施例中的固定基准面允许嵌套的激光器底部112相对于转换器底部122的啮合旋转,因此提供具有旋转固定基准面的激光器底部112和转换器底部122是优选的,该旋转固定基准面可用作激光器底部112相对于转换器底部122的正确旋转对准的指示。在图11-13中,旋转固定基准面作为半圆切口117设置在激光器底部112中,而相应的孔127形成在转换器底部122中。当激光器底部112中的半圆切口117与形成在转换器底部122中的相应孔127对准时,就获得正确的旋转对准。预期可在激光器底部112和转换器底部122中提供孔、狭缝、指示器等多种组合以发挥旋转固定基准面的功能。
[0042] 尽管图5-12的实施例在波长转换器件125的背景中给出,该波长转换器件125仅沿水平面倾斜,预期在所示实施例中可替代地采用垂直倾斜或垂直和水平倾斜的组合。类似地,激光源子组件110和转换器子组件120可表现为多种结构并可包括适宜的安装硬件、安装狭缝等。最后,要注意波长转换器件125的输入面可包括前面结合图1-4描述的α-切割、β-切割和ω-切割刻面。
[0043] 参见图14的示意图,要注意激光器底部112可经由界面粘合剂135粘合于转换器底部122,该界面粘合剂135使激光器输出面和转换器输入面隔开几微米数量级的间距,即小于10微米和大于几分之一微米。激光器底部112刚性地粘合于封装件底部150,这是为了机械强度也为了对激光二极管产生的热量的热管理。另一方面,转换器底部122仅刚性粘合于激光器底部,但不粘合于封装件底部150。转换器底部122可经由较少刚性的地形固定件145固定于封装件底部150,该较少刚性的地形固定件145在转换器件子组件和封装件底部150之间形成热漂移间隙c。地形固定件145可包括设计成在光学封装件100内产生微米级热漂移的弹性体粘合剂或一些其它类型的弹性体部件。如此,转换器子组件可与封装件底部150隔开以避免由于光学封装件100中的CTE失配造成的失准。
[0044] 更具体地,在图14的实施例中,仅激光器底部112刚性和密切地附连于封装件底部150。这为激光二极管提供了低热阻和良好的散热路径。转换器底部122经由例如弹性体粘合剂或其它类型的柔性粘合剂固定于封装件底部150以在转换器件子组件和封装件底部150之间形成热漂移间隙c。例如,但非作为限定,该热漂移间隙c如果小于大约100μm则可减轻光学封装件100内的热漂移效应,尽管较大的间隙也是有效的。选择间隙的标准是放松衬底的制造和对准容限,同时确保转换器底部和封装件底部不处于密切接触。通过该间隙,封装件底部和转换器底部之间的任何热膨胀失配不会转移至转换器底部并造成失准。典型地,优选的是将转换器底部122经由更刚性的粘胶、激光焊接或一些其它类型的相对刚性粘合而固定于激光器底部112,从而防止封装件和子组件底部中的任何残留膨胀失配使封装件扭曲并造成失准。
[0045] 尽管仅参照图14示出本公开的这个方面,然而经由相对灵活的地形固定件145的隔离方式能被引入到本文披露的其它实施例中。在光学组件内的热膨胀将使激光器和转换器底部膨胀并脱离粘合界面处的相对刚性粘合的任何情形下,由于激光二极管和波长转换器件的相应刻面的间距仅为几个微米并且相对灵活的地形固定件允许非分裂性热漂移,因此这些点相对于彼此所产生的移动沿光学封装件的纵轴可仅为几分之一微米的数量级。相比而言,如果相应的刻面相距几毫米,则热膨胀将导致与该间距成比例的移动,即几微米的数量级的移动,并可能导致激光二极管和波长转换器件的相应刻面的破坏性接触。
[0046] 还应注意,本文中对本发明的部件以特定方式“配置”以使特定属性具体化、或以特定方式起作用的叙述都是结构性的叙述,与期望用途的叙述相反。更具体地,本文所提到的部件被“配置”的方式表示该部件的现有物理状态,因此,它应被理解为对部件的结构特性的明确陈述。还要注意,激光源子组件的一些非关键结构细节,例如引线、电连接等,已从这里给出的说明中被省去以保持清楚性,但对于熟悉激光二极管设计和组装的人来说,这些被省去的内容是很容易理解的。
[0047] 注意,类似“优选”、“普遍”和“通常”之类的术语在本文中采用时不用于限制要求保护的本发明的范围或者暗示某些特征是关键性的、必要的、或甚至对要求保护的本发明的结构或功能而言重要的。相反,这些术语仅仅旨在标识本发明的实施例的特定方面,或强调可用于也可不用于本发明的特定实施例的替代或附加特征。
[0048] 为了描述和限定本公开,注意在本文中利用术语“基本上”和“大约”来表示可归因于任何数量比较、值、测量或其它表示的固有不确定程度。还在此采用术语“基本上”和“大约”以表示数量表征可不同于规定参考值而不在此问题上导致本主题的基本功能改变的程度。
[0049] 已参照本发明的具体实施例详细地描述了本发明的主题,但显然多种修改和变化是可能的,且不背离所附权利要求书中所限定的本发明的范围。更具体地,虽然本发明的某些方面在本文中被标识为优选的或特别有优势的,但可构想本发明不一定限于这些方面。
[0050] 注意,所附权利要求中的一项或多项使用术语“其中”作为过渡短语。出于限定本发明的目的,应注意该术语是作为开放式的过渡短语而被引入所附权利要求中的,该开放式的过渡短语用于引入对所述结构的一系列特性的陈述,且应当按照与更常用的开放式前序术语“包括”相似的方式进行解释。
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