CN115603166A - 一种阶梯式反射镜耦合封装设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种阶梯式反射镜耦合封装设备，包括反射镜装料组件、反射镜夹具组件、器件夹持组件、点胶固化组件以及耦合检测组件。其中，所述反射镜夹具组件包括反射镜夹头以及夹头运动模组，所述夹头运动模组具有多个运动自由度，所述反射镜夹头包括夹持部以及通光部，所述夹持部对反射镜的侧面夹持固定，所述通光部位于夹持后所述反射镜的上方，用于所述反射镜耦合时其它高路光的通过。本发明能够由高路向低路的顺序对反射镜进行耦合封装，反射镜夹头的通光部不会对高路反射激光产生遮挡，能够采用整体功率检测确认耦合精度的方式，使各个反射镜的高度位置耦合准确，有效提升了阶梯式反射镜耦合封装的质量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，特别涉及一种阶梯式反射镜耦合封装设备及方法。
背景技术
半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等特点，在国民经济的各方面起着越来越重要的作用。随着实际工程的发展，对于半导体激光器的输出功率要求越来越高。为了提高输出功率，通常将多个发光单元集成在同一个载体上，通过反射镜使各个发光单元产生的激光反射并汇聚到一起，形成集束而提高整体出射功率。因此，反射镜耦合精度直接影响半导体激光器的封装质量。
目前的光纤耦合半导体激光器的结构大多如图所示，不同路数(远离聚焦镜为高路，靠近聚焦镜为低路)的芯片在纵向方向具备一定的高度差，且单片反射镜在半导体激光器中工作区域只有上部一小段，来进行反射。因此，不同路数的反射镜在纵向的位置有极高的要求，反射镜在纵向的位置设置过高，则该路反射镜会挡住高路反射镜的光；设置得过低，则该路反射镜功率耦合达不到最大。
现有技术中，在将各个反射镜单独地耦合到最大功率后，对该反射镜的高度方向牺牲一定比例的功率以预留一定的距离(即在耦合到最大功率后下降一定高度)，保证下一路激光能顺利通过，减少挡光率，造成了半导体激光器整体输出功率的减少。同时，反射镜挡住的激光将会在壳体内漫反射，有发热烧毁发光单元(芯片)的风险。因此，严重的反射镜挡光将是不可容忍的，必须进行返工处理。
发明内容
本发明的目的是，针对上述背景技术中存在的不足，提供一种改进的半导体激光器反射镜耦合封装方案，不仅不会发生挡光现象，同时能够提高封装效率，降低返工风险。
为了达到上述目的，本发明提供了一种阶梯式反射镜耦合封装设备，包括反射镜装料组件、反射镜夹具组件、器件夹持组件、点胶固化组件以及耦合检测组件，所述器件夹持组件用于对光器件夹持定位，所述光器件内具有多个阶梯排列分布的发光单元，以及与所述发光单元一一对应的反射镜，通过反射镜使各个所述发光单元的出射光合束，所述反射镜装料组件用于反射镜的装料，所述反射镜夹具组件用于反射镜的取料及耦合，所述耦合检测组件用于检测光功率确认耦合精度，所述点胶固化组件用于反射镜的点胶固化，所述反射镜夹具组件包括反射镜夹头以及夹头运动模组，所述夹头运动模组具有多个运动自由度，所述反射镜夹头包括夹持部以及通光部，所述夹持部对反射镜的侧面夹持固定，所述通光部位于夹持后所述反射镜的上方，用于所述反射镜耦合时其它高路光的通过。
进一步地，所述反射镜夹头包括相对设置的一对夹持臂，所述夹持臂的顶端与夹持控制电机相连，所述夹持臂的底端为所述夹持部，所述夹持臂合拢时，所述夹持部的上方具有间隙，为所述通光部。
进一步地，所述夹头运动模组包括夹头X轴滑台、与所述夹头X轴滑台连接的夹头Z轴滑台、与所述夹头Z轴滑台连接的夹头Y轴滑台、以及与所述夹头Y轴滑台连接的旋转安装座，所述旋转安装座上布设Z轴旋转平台、与所述Z轴旋转平台连接的第一俯仰平台、与所述第一俯仰平台连接的第二俯仰平台，所述夹持控制电机通过连接臂与所述第二俯仰平台连接。
进一步地，所述反射镜装料组件包括反射镜装料盘，所述反射镜装料盘上开设有多个反射镜装料槽，所述反射镜装料槽用于固定反射镜，使反射镜以预设姿态被夹持取料。
进一步地，所述器件夹持组件包括器件夹持平台，所述器件夹持平台上具有固定光器件的结构，所述器件夹持平台与器件位移模组连接，所述器件位移模组用于将所述器件夹持平台在上料工位与耦合工位之间切换。
进一步地，所述耦合检测组件包括积分球，所述积分球对准耦合工位的光器件的出口光纤。
进一步地，所述点胶固化组件包括点胶头以及UV固化灯，所述点胶头设置在点胶进退模组上，所述点胶进退模组与所述夹头运动模组连接，所述UV固化灯设置在UV固化运动模组上，所述UV固化运动模组用于驱动所述UV固化灯运动。
进一步地，其中一个所述UV固化运动模组上还布设有加电探针，所述加电探针至少设置一对，能够同时对相邻两个所述发光单元加电，所述UV固化运动模组上还设置有一个单独驱动所述UV固化灯调整位置的UV固化调整气缸，使所述UV固化灯的位置可单独调整。
本发明还提供了一种阶梯式反射镜耦合封装方法，从反射镜的高路向低路耦合封装，耦合封装低路反射镜时，低路反射镜所对应的发光单元与高路反射镜所对应的发光单元均加电，高路反射激光与低路反射激光合束后出口光纤输出的功率最大时，该低路反射镜耦合位置确定。
其中，反射镜耦合时夹持反射镜的两侧，反射镜的正上方敞开，用于高路反射激光的通过。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明提供的阶梯式反射镜耦合封装方案，能够由高路向低路的顺序对反射镜进行耦合封装，反射镜夹头的通光部不会对高路反射激光产生遮挡，能够采用整体功率检测确认耦合精度的方式，使各个反射镜的高度位置耦合准确，既不会偏低造成反射功率的减小，也不会偏高遮挡造成高路功率的减小，有效提升了阶梯式反射镜耦合封装的质量，降低了漫反射发热烧毁元件的风险，以及返工的可能性。当然本发明也可兼容从低路往高路封装的方案。
本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中的一种半导体激光器结构示意图；
图3为本发明中阶梯式反射镜光路示意图；
图4为本发明的反射镜夹头结构示意图；
图5为本发明的夹头运动模组示意图；
图6为本发明的反射镜装料组件示意图；
图7为本发明的器件夹持组件示意图；
图8为本发明的器件夹持组件(UV固化)；
图9为第二种半导体激光器结构示意图；
图10为第三种半导体激光器结构示意图；
图11为第四种半导体激光器结构示意图。
【附图标记说明】
100-反射镜装料组件；101-反射镜装料盘；102-反射镜装料槽；103-料盘位移模组；104-废料盘；200-反射镜夹具组件；201-夹持部；202-通光部；203-夹持臂；204-夹持控制电机；205-夹头X轴滑台；206-夹头Z轴滑台；207-夹头Y轴滑台；208-旋转安装座；209-Z轴旋转平台；210-第一俯仰平台；211-第二俯仰平台；300-器件夹持组件；301-器件夹持平台；302-器件位移模组；400-点胶固化组件；401-点胶头；402-UV固化灯；403-点胶进退模组；404-UV固化运动模组；405-加电探针；500-半导体激光器；501-激光器壳体；502-发光单元；503-反射镜；504-聚焦镜；505-出口光纤。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是锁定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种阶梯式反射镜耦合封装设备，包括反射镜装料组件100、反射镜夹具组件200、器件夹持组件300、点胶固化组件400以及耦合检测组件。同时如图2、图3所示，本实施例以半导体激光器500为例，半导体激光器500的激光器壳体501内具有多个阶梯排列分布的发光单元502，以及与发光单元502一一对应的反射镜503，反射镜503使各个发光单元502的出射光合束为平行光，再依靠聚焦镜504进入出口光纤505，作为半导体激光器500的总输出。由于发光单元502是阶梯排列的，因此相对应地反射镜503也为阶梯排列。
其中，器件夹持组件300用于对激光器壳体501夹持定位，反射镜装料组件100用于反射镜503的装料，反射镜夹具组件200用于反射镜503的取料及耦合，耦合检测组件用于检测半导体激光器500的输出光功率确认耦合精度，点胶固化组件400用于反射镜503的点胶固化。
在本实施例中，反射镜夹具组件200包括反射镜夹头以及夹头运动模组，夹头运动模组具有多个运动自由度，用于控制反射镜夹头的取料以及耦合动作，依靠高精度的运动机构保证耦合精度。
采用现有技术中的夹头结构夹持反射镜503耦合时，反射镜503的上方是被夹头侧壁阻挡而无法透光的。采用从高路反射镜503向低路反射镜503的耦合顺序，在耦合低路反射镜503时，高路反射光路会被夹头阻挡。若采用从低路反射镜503向高路反射镜503的耦合顺序，则耦合高路反射镜503时其高度位置难以把控(与背景技术中提及的各个反射镜的发光单元单独加电耦合类似)，当反射镜503位置偏高时检测的光功率仍然会最大，而后续的高路反射镜503耦合时会被该偏高的反射镜503挡光，无法达到预设的输出功率，导致需要返工(拆卸偏高反射镜503)等，影响了耦合封装效率及质量。
因此如图4所示，本实施例中反射镜夹头包括夹持部201以及通光部202，反射镜503为方形，夹持部201对反射镜503的两侧面夹持固定，通光部202位于夹持后反射镜503的上方，能够让其它高路光通过。在耦合低路反射镜503时，可以将该反射镜503对应的发光单元502以及高路反射镜503对应的发光单元502均加电，高路反射激光可以顺利穿过通光部202不会被遮挡。当整体耦合功率最大时表明该反射镜503已经耦合到位，既没有过高导致阻挡高路激光，也没有过低导致自身激光反射不足。
本实施例的具体方案中，反射镜夹头包括相对设置的一对夹持臂203，夹持臂203的顶端与夹持控制电机204相连，夹持臂203的底端为夹持部201。其中，夹持臂203具有足够的长度，在夹持控制电机204的驱动下，两个夹持臂203相向或反向移动，从而底端的夹持部201合拢夹紧或远离松开反射镜503。
当夹持臂203合拢时，夹持部201的上方具有间隙，为通光部202，可以让高路反射激光顺利穿过。本实施例提供的方案中，当两个夹持臂203完全合拢将反射镜503夹紧时，其为相互平行的状态，因此反射镜503的正上方留有充足的宽度以及高度的间隙，能够确保最低路的反射镜503耦合时最高路的反射激光顺利穿过。
当然在其它实施例中，通光部202还可以为实体结构，例如透明玻璃等，其设置在夹持部201的上方，作为夹头的一部分。由于透明玻璃等材质仍对激光有微弱的反射作用，且导致夹头结构更加复杂等，因此更佳的实施方式还是采用镂空间隙的方式。
同时如图5所示，在本实施例中，夹头运动模组包括夹头X轴滑台205、与夹头X轴滑台205连接的夹头Z轴滑台206、与夹头Z轴滑台206连接的夹头Y轴滑台207、以及与夹头Y轴滑台207连接的旋转安装座208。旋转安装座208上布设Z轴旋转平台209、与Z轴旋转平台209连接的第一俯仰平台210、与第一俯仰平台210连接的第二俯仰平台211，夹持臂203顶端的夹持控制电机204通过连接臂与第二俯仰平台211相连。因此，反射镜夹头具有三个方向的平移自由度以及三个方向的旋转自由度，能够满足取料、转移以及耦合需求。其中，夹头X轴滑台205、夹头Z轴滑台206、夹头Y轴滑台207、Z轴旋转平台209、第一俯仰平台210、第二俯仰平台211等均采用精密运动平台，不仅能够适用反射镜503取料转移的大行程，同时也适应反射镜503耦合时高度的微调，而保证反射镜503的耦合精度。
同时如图6所示，在本实施例中，反射镜装料组件100包括反射镜装料盘101，反射镜装料盘101上开设有多个反射镜装料槽102，反射镜装料槽102用于固定反射镜503，使反射镜503在反射镜装料槽102内为预设姿态。其中，反射镜装料盘101的底端还设置有料盘位移模组103，料盘位移模组103用于将反射镜装料盘101进行位置切换，使反射镜装料盘101在反射镜503的上料工位与取料工位之间切换。
需要说明的是，本实施例中反射镜装料槽102为矩形阵列分布的，反射镜装料盘101上可以一次放置大量个反射镜503。各个反射镜装料槽102具有预设的坐标，反射镜夹具组件200取料时系统控制按各个坐标依次取料，保证有序性。另外，反射镜装料盘101的一侧还连接有废料盘104，当反射镜503耦合无法达到预设功率时，该反射镜503作废，由反射镜夹具组件200移动至废料盘104废弃。
同时如图7所示，在本实施例中，器件夹持组件300包括器件夹持平台301，器件夹持平台301上具有固定激光器壳体501的结构。同样地，器件夹持平台301与器件位移模组302连接，器件位移模组302用于将器件夹持平台301在激光器壳体501的上料工位与耦合工位之间切换。为进一步提升效率，本实施例中器件夹持平台301能够同时固定多个激光器壳体501，器件夹持平台301还具有纵向切换的平移自由度，使不同的激光器壳体501切换至耦合工位。
在本实施例中，耦合检测组件包括积分球601，积分球601对准耦合工位的半导体激光器500的出口光纤505，检测加电后耦合反射镜503以及高路已耦合反射镜503反射激光总功率，当功率达到最大(超过设定值)时表明耦合成功。
同时如图5以及图8所示，在本实施例中，点胶固化组件400包括点胶头401以及UV固化灯402，其中点胶头401设置在点胶进退模组403上，用于控制点胶头401的进位与退回。点胶进退模组403与夹头运动模组、例如旋转安装座208连接，在反射镜夹头移动至激光器壳体501内耦合时，点胶头401位于一侧待点胶，后续点胶作业时整体平移、使点胶头401对准点胶位置即可。UV固化灯402则设置在UV固化运动模组404上，采用单独的UV固化运动模组404控制，将完成点胶的反射镜503UV固化，且能够调整照射范围，从而完成对应反射镜503的耦合封装。
需要说明的是，本实施例中UV固化灯402设置两对，分别位于耦合工位的两侧，依靠两对UV固化灯402，可以从两侧方向更充分地对点胶位置进行UV固化，保证加热均匀，提升固化效果。
进一步地，其中一个UV固化运动模组404上还布设有加电探针405，同时加电探针405也设置一对，能够同时对相邻两个发光单元502加电。基于此，本实施例中可采用低路反射镜503以及与其相邻的已耦合高路反射镜503同时加电耦合的方式，即一次同时对两个反射镜503所对应的发光单元502加电，检测确认后能够保证低路反射镜503不会对全部的高路反射镜503挡光。
采用本实施例提供的方案，能够对任意阶梯式排列的多路反射镜器件进行耦合封装，其它半导体激光器如图9、图10、图11所示，基本上囊括了目前所有的多路反射镜器件类型。
需要说明的是，对于如图11所示的多路反射镜器件，由于反射镜503与发光单元502的间距不同，固化时UV固化灯402与反射镜503的间距需要适应性调整，保证耦合精度及固化效果。因此本实施例中UV固化运动模组404上还设置有一个单独驱动UV固化灯402调整位置的UV固化调整气缸406，使UV固化灯402的位置可单独调整，适应各个反射镜503与发光单元502间距不同时的固化封装要求，从而通过该设备直接完成固化封装。
基于同一发明构思，本实施例还提供了一种阶梯式反射镜耦合封装方法，与前述的阶梯式反射镜耦合封装设备相对应，该方法从反射镜503的高路向低路耦合封装，封装低路反射镜503时，低路反射镜503所对应的发光单元502与已耦合高路反射镜503所对应的发光单元502均加电，高路反射激光与低路反射激光合束后出口光纤505输出的功率最大时，该低路反射镜503耦合位置确定。
反射镜503耦合时，反射镜夹头夹持反射镜503的两侧，反射镜503的正上方敞开，用于高路反射激光的通过，不会对高路反射激光造成遮挡，确保对总功率进行检测确定耦合精度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种阶梯式反射镜耦合封装设备，包括反射镜装料组件、反射镜夹具组件、器件夹持组件、点胶固化组件以及耦合检测组件，所述器件夹持组件用于对光器件夹持定位，所述光器件内具有多个阶梯排列分布的发光单元，以及与所述发光单元一一对应的反射镜，通过反射镜使各个所述发光单元的出射光合束，所述反射镜装料组件用于反射镜的装料，所述反射镜夹具组件用于反射镜的取料及耦合，所述耦合检测组件用于检测光功率确认耦合精度，所述点胶固化组件用于反射镜的点胶固化，其特征在于，所述反射镜夹具组件包括反射镜夹头以及夹头运动模组，所述夹头运动模组具有多个运动自由度，所述反射镜夹头包括夹持部以及通光部，所述夹持部对反射镜的侧面夹持固定，所述通光部位于夹持后所述反射镜的上方，用于所述反射镜耦合时其它高路光的通过。
2.根据权利要求1所述的一种阶梯式反射镜耦合封装设备，其特征在于，所述反射镜夹头包括相对设置的一对夹持臂，所述夹持臂的顶端与夹持控制电机相连，所述夹持臂的底端为所述夹持部，所述夹持臂合拢时，所述夹持部的上方具有间隙，为所述通光部。
3.根据权利要求2所述的一种阶梯式反射镜耦合封装设备，其特征在于，所述夹头运动模组包括夹头X轴滑台、与所述夹头X轴滑台连接的夹头Z轴滑台、与所述夹头Z轴滑台连接的夹头Y轴滑台、以及与所述夹头Y轴滑台连接的旋转安装座，所述旋转安装座上布设Z轴旋转平台、与所述Z轴旋转平台连接的第一俯仰平台、与所述第一俯仰平台连接的第二俯仰平台，所述夹持控制电机通过连接臂与所述第二俯仰平台连接。
4.根据权利要求1所述的一种阶梯式反射镜耦合封装设备，其特征在于，所述反射镜装料组件包括反射镜装料盘，所述反射镜装料盘上开设有多个反射镜装料槽，所述反射镜装料槽用于固定反射镜，使反射镜以预设姿态被夹持取料。
5.根据权利要求1所述的一种阶梯式反射镜耦合封装设备，其特征在于，所述器件夹持组件包括器件夹持平台，所述器件夹持平台上具有固定光器件的结构，所述器件夹持平台与器件位移模组连接，所述器件位移模组用于将所述器件夹持平台在上料工位与耦合工位之间切换。
6.根据权利要求1所述的一种阶梯式反射镜耦合封装设备，其特征在于，所述耦合检测组件包括积分球，所述积分球对准耦合工位的光器件的出口光纤。
7.根据权利要求1所述的一种阶梯式反射镜耦合封装设备，其特征在于，所述点胶固化组件包括点胶头以及UV固化灯，所述点胶头设置在点胶进退模组上，所述点胶进退模组与所述夹头运动模组连接，所述UV固化灯设置在UV固化运动模组上，所述UV固化运动模组用于驱动所述UV固化灯运动，能够调整照射范围。
8.根据权利要求7所述的一种阶梯式反射镜耦合封装设备，其特征在于，其中一个所述UV固化运动模组上还布设有加电探针，所述加电探针至少设置一对，能够同时对相邻两个所述发光单元加电，所述UV固化运动模组上还设置有一个单独驱动所述UV固化灯调整位置的UV固化调整气缸，使所述UV固化灯的位置可单独调整。
9.一种阶梯式反射镜耦合封装方法，应用于如权利要求1-8任意一项所述的阶梯式反射镜耦合封装设备，其特征在于，从反射镜的高路向低路耦合封装，耦合封装低路反射镜时，低路反射镜所对应的发光单元与高路反射镜所对应的发光单元均加电，高路反射激光与低路反射激光合束后出口光纤输出的功率最大时，该低路反射镜耦合位置确定。
10.根据权利要求9所述的一种阶梯式反射镜耦合封装方法，其特征在于，反射镜耦合时夹持反射镜的两侧，反射镜的正上方敞开，用于高路反射激光的通过。
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