[发明专利]量子级联激光器的封装结构

说明书

本发明涉及量子级联激光器的封装结构设计方案，包括封装量子级联激光器的封装外壳、固定在外壳前端的三维准直透镜调整架、固定在背端的散热片、底端的外壳支撑固定架和装配在激光器封装外壳内部的激光器芯片，还包括固定在激光器芯片前的准直透镜、以及固定在激光器芯片下的热沉和控制温度的热敏电阻，并包含固定在热沉之下的TEC和整体封装结构内的所有管脚引线。上述所有结构集成组成了整体的激光器封装结构。该封装结构设计可以提高量子级联激光器的准直耦合效率和更换激光芯片的灵活性，还降低了量子级联激光器的封装成本和装配难度，减小了激光器的封装体积。满足实际工业生产下的快速封装及大规模生产加工应用。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体涉及量子级联激光器封装结构设计。

背景技术

量子级联激光器由于具有出射激光波长在中远红外，输出波长单频性好，激光器体积小，使用寿命长，稳定性高，模式单一等特点。被广泛应用在传感检测，污染监测，医疗，成像和通信领域。特别是在中红外物质检测领域，由于物质在中红外波段特有的指纹吸收峰，可以高灵敏度检测出微量物质。由于中红外激光器的广泛应用，中红外激光器应用市场增长迅速。

特别地在工业油气开采、矿产开发领域由于随着钻探开发释放出天然气，其中包含大量的甲烷、乙烷、丙烷等各种烷烃。实际工程中要求快速地测量气体当中不同组分的具体含量从而推测钻探开发的地下地质条件。实际测量中广泛采用光学吸收方法对各种组分进行测量，但是传统使用的近红外激光测量技术有对被检物质浓度纯度要求都很高，经常出现检测不准确的问题。改用中红外量子级联激光器可以大幅度降低浓度检测极限和纯度要求，提高测量精度。

在易燃易爆化学危险气体检测，如一氧化碳和甲烷气体泄露会造成爆炸等重大安全事故。所以用激光器进行实时微量气体浓度检测的需求十分迫切，而中红外量子级联激光器可以实时高灵敏度检测泄露。中红外激光器的需求日益增大，市场发展很快。

现有的量子级联激光器普遍采用蝶形封装方案，这种封装方案将温度测量和制冷片封装到在一个空间狭小的机壳内。固定后，准直透镜固定在蝶形封装窗口，封装工艺要求高。而且蝶形封装还要将其固定在一个较大的散热底座上，整体激光器体积大，此外光学耦合后无法进行激光器芯片更换，生产环境要求苛刻，效率低下，生产周期长，成本高，不适用量子级联激光器的快速量产。

特别对一些特殊定制波段的量子级联激光器对其输出波长对应输出激光器有一定温度输出要求。要经过耦合测试后，常用的蝶形封装几乎不能对没给器件更换准直透镜，对准直透镜造成浪费，无法回收。

发明内容

本发明针对现有的技术缺陷，提供了一种量子级联激光器封装解决方案。可以大幅度地降低量子级联激光器的封装成本和装配难度。减小了激光器的封装体积，同时保证激光器的良好散热。并且可以更换激光器管芯，快速进行激光的准直耦合输出。解决克服发射激光光斑发射角度过大的问题。

本发明解决该问题所采用的具体技术方案是：提供了一种量子级联激光器的封装结构，包括激光器的外封装外壳及固定在外壳外表面的三维准直透镜调整架、散热片和支撑固定架以及设置在封装外壳内的激光器芯片、准直透镜、热沉、热敏电阻、TEC温度控制和SMA电缆接口及其在内引线所构成的一个整体集成为一个激光器的封装结构。

所述量子级联激光器封装外壳为立方体。在外壳正表面具有螺纹孔和固定在前表面的三维准直透镜调整架的螺纹相匹配。在外壳背面和底面有通孔和固定在外壳后表面和底面的制冷散热片和支撑固定架相匹配。外壳上表面有气密激光器温度控制引线管脚。

固定在前表面的三维准直透镜调节支架和激光器外壳相匹配可以实现对不同激光器灵活更换准直镜头位置，动态实现对准直透镜的调节，起到快速封装激光器管芯的作用。

三维准直透镜调整架的面内调整范围为4毫米，垂直调整范围为1厘米，准直透镜的数值口径为0.4。