本實用新型屬于激光器技術領域，具體涉及一種VCSEL激光器管芯結構。

背景技術：

在半導體激光器領域，根據(jù)發(fā)光方向與激光芯片所在外延片平面的關系，激光器可劃分為垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，簡稱VCSEL)與邊發(fā)射半導體激光器(Edge Emitting Laser Diode)兩類。其中，垂直腔面發(fā)射激光器的發(fā)光方向垂直于外延片方向，從反應區(qū)的頂面射出，而邊發(fā)射半導體激光器的發(fā)光方向平行于外延片方向，從反應區(qū)的邊緣射出。與邊發(fā)射半導體激光器相比，VCSEL發(fā)射的光線更容易匯聚，并且在遠場目標物上能量分布均勻，從而實現(xiàn)高功率的發(fā)射?，F(xiàn)有的半導體激光器考慮到散熱的性能，其管芯的壁厚通常較薄，這種結構雖然具有較好的散熱性能，但其結構強度不足，無法適應工況較為惡劣的場合。如果通過簡單的增加其管芯的壁厚來提高其封裝的強度，又將導致管芯的散熱不良，嚴重的影響VCSEL激光器的使用效果，甚至導致安全事故的發(fā)生。伴隨著發(fā)射功率的提高，該問題尤其突出。

現(xiàn)有技術是直接將VCSEL芯片焊接在銅、鎢等制成的襯底上，然后再將襯底焊接在陶瓷、金剛石等制成的絕緣導熱片上。一方面由于襯底與絕緣導熱片為單面接觸，導致其散熱效率較低；另一方面由于陶瓷與金屬焊接較為困難，為保障陶瓷與金屬的焊接，需要在陶瓷生產時先摻入金屬顆粒進行成型燒結，這也無疑也增加了成本，費時費力。另外，由于現(xiàn)有管芯的結構不合理，導致其封裝困難、步驟繁瑣、成品率低。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種便于封裝且散熱性能好的VCSEL激光器管芯結構。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型所采用的技術方案是：一種VCSEL激光器管芯結構，包括管體，所述管體的一端為封閉端，另一端為開口端；所述管體封閉端的端面上設置射出口，所述射出口內設置凹透鏡；

所述管體內部設置激光發(fā)射組件，所述激光發(fā)射組件包括安裝罩、外散熱板、內散熱板和VCSEL芯片陣列；

所述管體靠近開口端的內壁上設置一圈環(huán)形的抵擋部，所述外散熱板與管體的內腔相配合且通過螺栓與抵擋部朝向開口端的一面固接；所述外散熱板朝向射出口的一面設置安裝罩，所述安裝罩呈開口朝向外散熱板的方桶狀且開口的邊沿朝外彎折構成連接部，所述連接部通過螺栓與外散熱板固接；

所述安裝罩的內部設置與安裝罩的內腔相配合的內散熱板，所述內散熱板與安裝罩開口相反的一面設置VCSEL芯片陣列，所述安裝罩上與VCSEL芯片陣列相對處設置出光口，所述出光口處設置凸透鏡；

所述內散熱板由一面的金屬散熱板和另一面的絕緣散熱板組合構成；所述金屬散熱板與出光口相對，所述絕緣散熱板與外散熱板相對；所述VCSEL芯片陣列焊接在金屬散熱板朝向出光口的板面上；

所述管體的開口端設置防塵濾網，所述防塵濾網與外散熱板之間構成散熱器安裝腔。

優(yōu)選的，所述金屬散熱板和絕緣散熱板相對的板面分別設置第一階梯臺和第二階梯臺，所述第一階梯臺的尺寸與第二階梯臺的尺寸相配合；所述第一階梯臺朝向第二階梯臺的一面均勻設置多根桿體，所述桿體沿金屬散熱板的長度方向延伸；所述第二階梯臺上對應設置多個與桿體相配合的桿孔，所述桿體插入桿孔內。

優(yōu)選的，所述射出口呈由外段、中段和內段構成的由外至內依次變小的階梯孔狀，所述凹透鏡包括鏡體和鏡框，所述鏡框位于射出口中段的階梯面上；所述射出口外段的階梯面上設置壓板，所述壓板上與鏡體相對的位置設置通孔，所述壓板的邊緣通過螺栓與管體固接；所述鏡框通過壓板壓緊。

優(yōu)選的，所述外散熱板朝向安裝罩的板面上設置與安裝罩的連接部相配合的凹槽，所述連接部位于凹槽內。

優(yōu)選的，所述安裝罩朝向射出口的表面設置與凸透鏡的表面相配合的錐面，所述凸透鏡的邊沿通過密封膠與錐面粘接。

優(yōu)選的，所述桿體呈圓形或方形。

本實用新型的有益效果集中體現(xiàn)在，能夠極大的提高VCSEL激光器的散熱效率和封裝的速度。具體來說，本實用新型在裝配時，首先進行激光發(fā)射組件的組裝，取一個金屬散熱板，將VCSEL芯片構成的VCSEL芯片陣列焊接在金屬散熱板上，此時由于金屬散熱板還未裝配非常便于操作。在焊接完成后，將金屬散熱板和絕緣散熱板一同裝入安裝罩內，使VCSEL芯片陣列朝向出光口。接著在出光口處安裝固定凸透鏡，然后將安裝罩開口朝向外散熱板扣在外散熱板上，利用螺栓將安裝罩與外散熱板固定。通過擰緊螺栓使安裝罩壓緊金屬散熱板、絕緣散熱板和外散熱板。接著，將激光發(fā)射組件整體安裝在抵擋部上，然后在散熱器安裝腔內安裝散熱器并在管體的開口端安裝防塵濾網。最后在射出口內安裝凹透鏡即可。本實用新型由于各部件間的安裝非常方便，因此能大大的提高封裝的速度。同時，由于金屬散熱板、絕緣散熱板和外散熱板直接通過安裝罩壓緊，三者之間實現(xiàn)無縫隙接觸，避免了金屬散熱板和絕緣散熱板焊接造成的孔隙，使得散熱的性能得到極大的提升，也無需使用導熱膠，降低了成本，且方便檢修、更換零部件及各零部件的回收再利用。另外，利用凸透鏡先對激光進行匯聚，然后再利用凹透鏡對匯聚后的激光進行整形，使激光平行、密集的射出，不僅提高了激光的發(fā)射功率，同時提高了激光的可控性。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為圖1中A部放大圖；

圖3為圖1中B部放大圖；

圖4為安裝罩的結構示意圖；

圖5為金屬散熱板和絕緣散熱板的結構示意圖。

具體實施方式

結合圖1-5所示的一種VCSEL激光器管芯結構，包括管體1，所述管體1的一端為封閉端，另一端為開口端,如圖1中所示，所述管體1的上端為封閉端，下端為開口端。所述管體1封閉端的端面上設置射出口2，所述射出口2內設置凹透鏡3。

所述管體1內部設置激光發(fā)射組件，所述激光發(fā)射組件包括安裝罩4、外散熱板5、內散熱板和VCSEL芯片陣列6。本實用新型外散熱板5與管體1之間的連接關系如下：所述管體1靠近開口端的內壁上設置一圈環(huán)形的抵擋部7，所述的抵擋部7為管體1內壁上向管體1內突出的凸棱，該凸棱整體呈環(huán)形，當管體1為方管時，凸棱呈方環(huán)狀，當管體1為圓管時，凸棱呈圓環(huán)狀，抵擋部7既可以是與管體1一體成型，也可以是通過焊接、螺栓連接等方式固定在管體1內壁上。所述外散熱板5與管體1的內腔相配合且通過螺栓與抵擋部7朝向開口端的一面固接，在圖1中也就是外散熱板5的形狀與管體1一致，尺寸與管體1內腔的尺寸相當。所述外散熱板5朝向射出口2的一面設置安裝罩4，結合圖1和4所示，也就是外散熱板5朝上的一面設置安裝罩4，所述安裝罩4呈開口朝向外散熱板5的方桶狀，安裝罩4開口的邊沿朝外彎折構成連接部8，所述連接部8通過螺栓與外散熱板5固接。

所述安裝罩4的內部設置與安裝罩4的內腔相配合的內散熱板，也就是內散熱板的形狀與安裝罩4的內腔一致，尺寸也與其一致，安裝罩4可以緊密的罩住內散熱板，所述內散熱板與安裝罩4開口相反的一面設置VCSEL芯片陣列6，結合圖1和2所示，也就是內散熱板朝上的一面設置VCSEL芯片陣列6。所述安裝罩4上與VCSEL芯片陣列6相對處設置出光口9，所述出光口9處設置凸透鏡10。本實用新型的內散熱板由一面的金屬散熱板11和另一面的絕緣散熱板12組合構成。所述金屬散熱板11與出光口9相對，所述絕緣散熱板12與外散熱板5相對，在圖1中也就是金屬散熱板11在上，絕緣散熱板12在下。所述VCSEL芯片陣列6焊接在金屬散熱板11朝向出光口9的板面上。所述管體1的開口端設置防塵濾網，所述防塵濾網與外散熱板5之間構成散熱器安裝腔，所述散熱器安裝腔用于安裝散熱器，如：一個散熱風扇、或多個散熱風扇。

本實用新型在裝配時，首先進行激光發(fā)射組件的組裝，取一個金屬散熱板11，將VCSEL芯片構成的VCSEL芯片陣列6焊接在金屬散熱板11上，此時由于金屬散熱板11還未裝配非常便于操作。在焊接完成后，將金屬散熱板11和絕緣散熱板12一同裝入安裝罩4內，使VCSEL芯片陣列6朝向出光口9。接著在出光口9處安裝固定凸透鏡10，然后將安裝罩4開口朝向外散熱板5扣在外散熱板5上，利用螺栓將安裝罩4與外散熱板5固定。通過擰緊螺栓使安裝罩4壓緊金屬散熱板11、絕緣散熱板12和外散熱板5。接著，將激光發(fā)射組件整體安裝在抵擋部7上，然后在散熱器安裝腔內安裝散熱器并在管體1的開口端安裝防塵濾網19。最后在射出口2內安裝凹透鏡3即可。本實用新型由于各部件間的安裝非常方便，因此能大大的提高封裝的速度。同時，由于金屬散熱板11、絕緣散熱板12和外散熱板5直接通過安裝罩4壓緊，三者之間實現(xiàn)無縫隙接觸，避免了金屬散熱板11和絕緣散熱板12焊接造成的孔隙，使得散熱的性能得到極大的提升，也無需使用導熱膠，降低了成本，且方便檢修、更換零部件及各零部件的回收再利用。另外，利用凸透鏡10先對激光進行匯聚，然后再利用凹透鏡3對匯聚后的激光進行整形，使激光平行、密集的射出，不僅提高了激光的發(fā)射功率，同時提高了激光的可控性。

為了進一步提高本實用新型的性能，如圖5所示，所述金屬散熱板11和絕緣散熱板12相對的板面分別設置第一階梯臺13和第二階梯臺14，所述第一階梯臺13的尺寸與第二階梯臺14的尺寸相配合，也就是第一階梯臺13和第二階梯臺14在金屬散熱板11和絕緣散熱板12貼合時也完全貼合，二者之間不留縫隙。所述第一階梯臺13朝向第二階梯臺14的一面均勻設置多根桿體15，所述桿體15沿金屬散熱板11的長度方向延伸。所述第二階梯臺14上對應設置多個與桿體15相配合的桿孔16，所述桿體15插入桿孔16內。所述桿體8呈圓形或方形，桿孔16與桿體15相配合，當桿體15呈圓形時，金屬散熱板11與絕緣散熱板12之間的散熱面積更大，當桿體15呈方形時，金屬散熱板11與絕緣散熱板12之間的連接限位更加的穩(wěn)定。裝配時，在焊接好VCSEL芯片陣列6后，將金屬散熱板11和絕緣散熱板12先進行拼接，然后再將內散熱板整體放入安裝罩4內。這樣一來，由于第一階梯面13和第二階梯面14的存在，使得金屬散熱板11和絕緣散熱板12的換熱面積更大，便于金屬散熱板11上的熱量快速轉移。桿體15和桿孔16的設置一方面進一步增大了換熱面積，另一方面也使得金屬散熱板11和絕緣散熱板12之間的連接更加的穩(wěn)定。

為了便于凹透鏡3的安裝，更好的做法是，所述射出口2呈由外段、中段和內段構成的由外至內依次變小的階梯孔狀，所述凹透鏡3包括鏡體和鏡框，所述鏡框位于射出口2中段的階梯面上。所述射出口2外段的階梯面上設置壓板17，所述壓板17上與鏡體相對的位置設置通孔，所述壓板17的邊緣通過螺栓與管體1固接。所述鏡框通過壓板17壓緊。在安裝凹透鏡3時，是先將凹透鏡3的鏡框防止在射出口2中段的階梯面上，然后安裝壓板17，利用壓板17壓緊鏡框實現(xiàn)凹透鏡3的固定。

進一步，結合圖1、3和5，所示為了更好的對安裝罩4在外散熱板5上進行限位，同時為了提高封裝的速度，更好的做法還可以是所述外散熱板5朝向安裝罩4的板面上設置與安裝罩4的連接部8相配合的凹槽，所述連接部8位于凹槽內。這樣一來，在安裝安裝罩4的時候，就可以直接將其連接部8放入凹槽內，再上緊螺栓即可。這樣不僅提高了封裝速度和定位的準確性，同時還可通過螺栓擰緊來適應不同厚度的內散熱板，通用性更強。另外，本實用新型的凸透鏡10的安裝可采用凹透鏡3的安裝方式，也就是出光口也設置呈階梯狀，將凸透鏡10的鏡框設置在出光口內的階梯面上再通過另一個壓板17壓緊。為了避免VCSEL芯片陣列6發(fā)出的光逃逸，凸透鏡10與VCSEL芯片陣列6之間的距離不宜過大，也就是說此時凸透鏡10往往不適宜設置鏡框，而是只有鏡體，因此，更好的做法是，結合圖1、2和4所示，所述安裝罩4朝向射出口2的表面設置與凸透鏡10的表面相配合的錐面18，所述凸透鏡10的邊沿通過密封膠與錐面18粘接。