[0001] 本公开涉及激光封装及具有激光封装的系统，并且根据优选实施例，确切地说，涉及高效布置激光芯片组件(chip on sub‑mount assemblies，COSA)以进行激光封装的系统和方法。

[0002] 该专利申请要求美国专利申请号62/907799、专利申请号62/982151、专利申请号63/038058、专利申请号62/927372、专利申请号62/930762、专利申请号62/943860和专利申请号62/969622的优先权。

[0003] 激光二极管沿两个不同的垂直轴、即快轴和慢轴来发射光。被发射的激光沿慢轴缓慢地、即以较窄的射束发散度发散，并且沿快轴快速地、即以较宽的射束发散度发散。例如，如果一排激光器的激光二极管沿它们的快轴在相同方向上发射光，则存在显著的射束重叠。这在特定应用例如虚拟现实(VR)或增强现实(AR)显示中可能是有益的。

[0004] 可以使用COSA来构造激光封装，其中一个或多个激光二极管被设置于热沉上，并且封装包括形成阵列的多个热沉。常规组装技术将热沉平置于基座上，使得每个激光器沿其相应慢轴向封装之外发射光。此外，这些热沉各自占据基座上的大量表面积，使得存在能够设置于封装中关于激光二极管数量的密度限制。

[0047] 本发明实施例的这些和其它特征可通过阅读以下详细描述以及本文所描述的附图来更好地理解。附图并非旨在按比例绘制。为清楚起见，并非每个组件均可以在每张图中标记。

[0048] 图1A和1B是示出现有技术激光封装的方框图。图1A是现有技术激光封装的侧视图5，而图1B是同一激光封装的前视图7，示出多个激光器。该激光封装的每个激光器由激光组件形成并且包括位于连接焊垫11之上的激光二极管10，该连接焊垫被设置于热沉12上。每个激光器的热沉12被附接到基座14。热沉12可以是矩形的形状，其高度分别小于长度或宽度。每个热沉12被设置于基座14上，使得由长度和宽度限定的较宽面积矩形面被附接到基座14并且平行于该基座。激光二极管10所发射的光触击棱镜18，该棱镜将光反射通过窗口
16并且射出封装。

[0049] 每个激光二极管10发射具有彼此垂直的快轴和慢轴的光。因此，被发射的光具有快轴平面、即由快轴和被发射光的发射方向限定的平面，而慢轴平面是由慢轴和被发射光的发射方向限定的平面。侧视图5对应于具有平行于快轴平面的截面的截面视图，进而提供沿快轴的射束发散度20的视图，而前视图7对应于具有平行于慢轴平面的截面的截面视图，进而提供沿慢轴的射束发散度22的视图。从前视图7可以看出，每个激光二极管的射束相对较窄并且不重叠。此外，由于每个激光组件的热沉12沿具有最大表面积的一侧被设置于基座14上，因此每个热沉12在基座14上占据相当大的空间。这限制了每单位面积可设置于基座14上的激光器的数量。

[0050] 图2A和2B是示出根据多个实施例的横向定向激光封装的方框图。图2A是激光封装的侧视图15，而图2B是同一激光封装的前视图17，示出多个激光器。该激光封装的每个激光器形成为激光组件并且包括位于连接焊垫11之上的激光二极管10，该连接焊垫被设置于热沉12上。每个热沉12被附接到基座14。因此，激光组件彼此相邻地设置，从而使得在操作期间可以发射平行的射束。

[0051] 热沉12可以是矩形的形状，其高度小于长度或宽度，或者优选地小于这两者。然而，与图1A和1B中所示的现有技术激光封装不同，每个热沉12被设置于基座14上，使得由长度和高度限定的较小面积矩形面被附接到基座14并且平行于基座。换言之，在图2A和2B中，热沉12相对于图1A和1B中所示的而垂直设置。激光二极管10发射的光触击棱镜18，此棱镜将光反射通过窗口16并且射出封装。还可以跨热沉12设置导电桥26以改善散热和机械稳定性。热沉12也可以具有与激光二极管10大致相同的宽度或长度，并且激光二极管10可以被设置于相应热沉12上的任何位置，只要出射光束的路径畅通即可。

[0052] 每个激光二极管10发射具有快轴和慢轴的光。侧视图15对应于具有平行于慢轴平面的截面的截面视图，进而提供沿慢轴的射束发散度22的视图，而前视图17对应于具有平行于快轴平面的截面的截面视图，进而提供沿快轴的射束发散角20的视图，这与图1A和1B中所示的相反，因为热沉12已经被垂直地旋转。结果，激光二极管10的所有快轴平面均为平行的。此外，至少两个激光二极管10的快轴平面之间的距离小于这些激光二极管之间的横向距离，其中快轴平面之间的距离是在垂直于快轴平面的方向上测量的，而该横向距离是在平行于快轴平面的方向上，优选地，垂直于慢轴平面的方向上测量的。特别优选地，如图2A和2B所示，该距离关系适用于所有成对的横向直接相邻的激光二极管10。尤其是，至少两个激光二极管10的快轴平面之间的距离或者甚至所有成对的横向直接相邻激光二极管10之间的快轴平面之间的相应距离可以为0或至少大体上为0。即使没有明确提及，所描述的距离关系也可以应用于以下实施例。

[0053] 从前视图17可以看出，每个激光二极管10的射束相对较宽并且重叠。此外，由于每个激光组件的热沉12沿具有较小表面积的一侧被设置于基座14上，因此每个热沉12在基座14上占据的空间与图1A和图1B所示的相比较小。这也使得能够在每单位面积的基座14上设置更多数量的激光器。射束重叠更多并且每单位面积的激光器数量更多对特定应用例如VR或AR显示而言是有利的。例如，在AR激光矩阵中，扫描时间与矩阵中的激光数量成反比。因此，使得相同尺寸的激光矩阵中拥有更多的激光器可以缩短扫描时间。另一个优点是增加了AR系统的视场(FOV)，因为射束发散度及射束重叠更大。例如，可以实现约50°的FOV。

[0054] 图2A和2B中所示的激光二极管可以通过在氮化铝或其它陶瓷热沉上结合激光二极管来制造，该激光二极管在下文中也可以表示为激光管芯，该热沉可以包括一个或多个连接焊垫。例如，激光二极管可以安装在连接焊垫上。一个或多个打线接合可被附接到激光二极管的顶部并且附接至一个或多个连接焊垫，例如包括热沉接地部分，形成COSA。该COSA旋转90°，然后将其侧面结合到基座。这使得相邻COSA能够彼此非常靠近地设置，例如间距小于400微米。在RBG应用中，相邻COSA可具有共享棱镜的红色、绿色和蓝色激光器。这种布置使每个激光器的快轴横向对齐。

[0055] 图3A和3B是示出根据多个进一步实施例的横向定向激光封装的方框图。图3A是激光封装的侧视图25，而图3B是同一激光封装的前视图27，示出多个激光器。此激光封装与图2A和2B中所示的类似，不同之处在于衬底12各自支撑两个激光二极管10，其中的每个激光二极管具有相应的连接焊垫11，使得每个激光组件分别包括两个激光二极管10。在示出的实施例中，连接焊垫11被设置在激光二极管10的下方而不是设置在其旁边，使得每个热沉
12上的激光二极管可以更靠近地设置在一起。

[0056] 图4是示出根据多个进一步实施例的横向定向激光封装的前视图35的方框图。激光封装类似于图2B所示的激光封装，不同之处在于在图4中以示例方式示出于左侧的所示实施例中，一个热沉12与其它热沉12相比而定向在相反的方向上。这意味着定向相反的激光器、即与其它热沉12相比定向在相反方向上的热沉12的激光二极管与相邻激光器之间的间距更短，进而使得射束重叠更大。此外，如果定向相反的激光器位于激光器阵列的一个边缘上，则任一边缘上的激光器之间的距离均比图2A和图2B中所示的布局更短，进而使得色域重叠更大，因此投射的“白色”域更大。激光器之间的不等距离可以以电子方式进行补偿。

[0057] 图5A到5D是示出根据多个进一步实施例的无棱镜的横向定向激光封装的方框图。图5A是激光器封装的侧视图50，其包括一个或优选地多个激光器，每个激光器具有激光二极管10、一个或多个连接焊垫11和热沉12以及基座14和窗口16。与图2A所示的实施例的配置相反，没有设置棱镜并且窗口16被直接设置在激光二极管10的前方。这是可能的，因为来自激光二极管10的慢轴射束发散可进一步传播而不接触基座14。在激光封装中，顶盖51也被设置于基座14的相对侧上。顶盖51可以是金属的或陶瓷的材质，以能够更有效地从激光封装的顶侧散除热量。

[0058] 图5B是激光封装的侧视图55，其包括一个或优选地多个激光器，每个激光器具有两个或多个激光二极管10、一个或多个连接焊垫11和热沉12，以及底座14、顶盖51和窗口16。类似于图5A所示的实施例，两个激光二极管10直接从窗口16发射光而无需使用棱镜。两个激光二极管10可以共用同一个连接焊垫11，或者可以各自具有单独的连接焊垫11。同样，顶盖51可以是金属的，以能够更有效地从激光封装的顶侧散除热量。

[0059] 图5C是具有至少一个激光组件的激光封装的前视图56，该激光器组件具有分开地附接在同一热沉的相对侧上的两个激光二极管10，使得至少一个激光二极管被布置在热沉两侧的每一侧上。点划线表示两个激光二极管10的快轴发散平面。两个激光二极管10具有平行且重叠的快轴平面。

[0060] 图5D是具有至少一个激光组件的激光封装的前视图57，该激光组件具有附接到同一热沉的多个激光二极管10，其中激光二极管10具有平行的快轴平面。在沿垂直方向彼此最近布置的成对激光二极管10中的每一对之间，快轴平面之间的距离59V小于这些激光二极管10之间的横向距离59L，即平行于快轴平面的距离。因此，对于大多数光学目的，例如光圈大小设置，这些平面被视作重叠的。根据图5C和5D的激光封装可被实施到图5A和5B中所示的激光封装以及本文所描述的所有其它构造。

[0061] 图6示出说明根据多个进一步实施例的共享反射镜的横向定向激光封装的方框图。侧视图115示出多对彼此面对设置的两个激光组件中的一对，其中一个包括一个或多个激光二极管10，而另一个包括一个或多个激光二极管110，使得位于左侧上的一个激光组件中的仅一个激光二极管10以及右侧上的一个激光组件中的仅一个激光二极管110在侧视图115中可以看到，并且将光发射到反射镜118上的激光二极管10、110中的每一者被设置在两者之间，例如两者中间，以便在操作期间发射平行的光束。该构造使得形成紧密排列的照射光点。反射镜118可以具有带有反射平面的两侧，使得由每个激光组件发射的光可以以直角反射并且可以离开窗口16。例如，反射镜118在反射平面之间可以成直角。反射镜118也可以是如上所描述的棱镜。激光二极管10和相对置的激光二极管110可以设被设置距反射镜118相同的距离处，使得激光同时聚焦到图像平面上。每个激光封装可以包括级联的激光器，每个激光器发射不同的颜色。例如，示意性光点图116示出来自激光二极管10的三个激光点，例如RBG颜色，其可被布置成如图2B所示的级联阵列，以及来自相对置的激光二极管110的三个激光点，例如RBG颜色。示意性光点图117示出相同的反射镜实施方案，但是具有图3A和
3B所示实施例中的双激光二极管构造。这会产生四组RBG光点，其中的两组来自激光组件的每一侧。反射镜118可能必须更大，以在每个组件和相对于反射镜118的侧面容纳多个激光二极管。示意性光点图120A、120B和120C示出非对称光点分布的实施例，其中对于棱镜118的每一侧，存在不同数量的激光器或不同的颜色分布。例如，在图120A中，一侧有一个激光器，另一侧有三个激光器，在图120B中，每侧有两个激光器，但具有不同颜色，例如R‑G和B‑R，并且在图120C中，一侧有两个激光器，另一侧三个激光器，例如R‑G‑B和R‑G。

[0062] 可以根据各种考虑修改激光器的颜色排列。例如，蓝色激光被视作更有害，因此，当使用更多蓝色激光时，应降低局部强度。考虑到这种影响，示意性光点图116中的激光颜色排列可以是：

[0063] B‑R‑B

[0064] G‑B‑G

[0065] 另一个考虑因素是红色激光二极管的功率通常较弱，而蓝色激光二极管的功率最强，因此示意性光点图116中的低功率激光颜色排列可能是：

[0066] R‑B‑R

[0067] G‑R‑G

[0068] 在另一示例中，低成本模块化布置可以包括用于侧视图115中的两个相对置激光块的相同颜色排列，因此示意性光点图116可以是：

[0069] R‑G‑B

[0070] B‑G‑R

[0071] 在另一个示例中，当使用图5B实施例的侧视图55中所示的双激光封装时，两个相邻的激光二极管可以是相同的。因此，示意性光点图116中的激光颜色排列可以是：

[0072] R‑G‑B

[0073] R‑G‑B

[0074] 在另一个示例中，例如，对于LIDAR应用，当使用图5B实施例的侧视图55中所示的双激光封装时，两个相邻的激光器可能均为相同的。因此，示意性光点图116中的激光颜色排列可以是：

[0075] B‑B‑B

[0076] B‑B‑B

[0077] 在此情况下，可以提供多个光点以同时扫描LIDAR场，从而提高扫描处理量。替代地，LIDAR应用也可以实施以下示意性光点图：

[0078] B‑IR‑IR

[0079] IR‑IR‑IR

[0080] 在此情况下，可见蓝光可以标记IR扫描区域，从而使LIDAR扫描是可见的。IR光发射器可以是850nm、940nm或905nm的IR激光器，例如应用于LIDAR、驾驶员监控和自动驾驶汽车的外部安全光环。

[0081] 图7是示出具有共享反射镜的现有技术激光封装的方框图。与图6实施例中所示的横向定向相反，将热沉平置地安装在基座上，如图1A和1B所示，需要更大的反射镜118，如图7的侧视图125所示。结果，与图6中所示的示意性光点图116相比，示意性光点图126中的激光点分开更远.

[0082] 如图所示，可以使用具有不同偏振的两个激光器来创建扫描场，从而使观察者产生由非偏振激光器产生的均匀照明的感受。在该等现有技术构造中，两个激光器之间的偏振差异是通过使激光器的波长略有不同并在重叠射束上实施双折射窗口来产生的。

[0083] 根据进一步实施例，使用波片偏振器或其它偏振装置例如偏振转换膜可能是有利的，使得发射光的s和p偏振是平衡的。图8是示出根据多个进一步实施例的发射偏振光的激光封装的方框图。顶视图200示出激光封装202，其投射将进入波导(未示出)的光。在许多该等构造中，将非偏振光引入波导中至关重要。来自激光封装202的光通过光学器件204，经扫描镜206转向，并且通过出射光瞳208例如波导的入射光瞳而出射离开。该系统仅包括对偏振不敏感的部件。

[0084] 与用于产生偏振的现有技术构造相反，激光器的偏振是在光束如图8所示被分开的位置处执行的。如图8右侧详细所示的激光封装202包括至少一个激光器，该至少一个激光器具有位于单个热沉上的两个激光二极管，类似于图5B所示实施例的构造。在一些实施例中，激光二极管具有相同的波长。三个该等激光封装可以并排垂直设置。窗口16覆盖激光封装202。可变波片被设置在窗口的顶部，具有两个部分212和214。波片部分212、214被设置为区分源自不同激光二极管的输出射束偏振。例如，两个部分212、214具有不同的定向。例如，如果两个部分212、214具有延迟λ/2并且相对于激光器快轴具有22.5°的对置角，则产生的偏振被显示在偏振光点图216中。替代地，对于波片部分212没有偏振活动且波片部分214在45°处具有λ/2偏振的情况，产生的偏振被显示在偏振光点图218中。

[0085] 替代地，波片部分212和214可以是相对于激光器的或激光二极管的偏振在+45°和‑45°的λ/4波片，使得正负圆偏振作为输出偏振。因此，可以产生任何交替的正交偏振构造，例如，定义为庞加莱球(Poincare sphere)中的相反向量的垂直偏振。附加地，如果对一种颜色使用两个以上的激光二极管，则该颜色可能具有平均总偏振为零的偏振分布。

[0086] 此外，相同颜色的激光二极管可能会发生轻微的波长偏移，以抑制相干的不良伪影。此外，除使用波片之外，还可以使用本文描述方法的组合来实现消偏振和相对偏振旋转。例如，激光二极管可以略微进行波长偏移，并且可以将双折射元件引入射束路径中。

[0087] 图9是示出根据多个进一步实施例的发射偏振光的平面定向激光封装的方框图。侧视图219示出将光发射到反射镜118上的两个相对的激光二极管10、110。激光器被平放在基座上，类似于图7所示的构造。从镜118反射的光通过波片部分212、214，然后离开窗口16。

[0088] 图10是示出根据多个进一步实施例的发射偏振光的横向定向激光封装的方框图。侧视图220示出将光发射到反射镜118上的两个相对置的激光器。激光器被横向放置在基座上，类似于图6所示实施例的构造。从镜118反射的光通过波片部分212、214，然后离开窗口
16。

[0089] 图11是示出根据多个进一步实施例的发射偏振光的平面定向激光封装的方框图。侧视图240示出将光发射到反射镜118上的两个相对置的激光器10、110。激光器被平放在基座上，类似于图7所示实施例的构造。代替如图9所示将波片部分212、214设置在窗口16的前面，该部分212、214被设置在反射镜118的表面上。

[0090] 图12是示出根据多个进一步实施例的发射偏振光的平面定向激光封装的方框图。侧视图230示出将光发射到反射镜118上的两个相对置的激光器。激光器被横向放置在基座上，类似于图6所示实施例的构造。代替如图10所示将波片部分212、214设置在窗口16的前面，部分212、214被设置在反射镜118的表面上。

[0091] 在一些实施例中，结合图9到图12描述的波片部分212、214可以具有空间变化的偏振特性的单个部分。此变化可能是连续的并且可能是来自激光器的射束重叠的位置。

[0092] 图11和图12中所示的构造也可以产生均匀的偏振。图11和12中的反射镜118可以被波片部分212、214覆盖。形成部分212、214的涂层会使得离开封装的激光存在不同偏振。在一些实施例中，可以施加涂层，使得离开镜子118的光是s和p偏振光的均匀分布，或者已经被镜子118反射的旋转90度的光。

[0093] 激光束的慢发散和快发散的差异可能会导致功率损失。为解决此问题，可以将光学器件集成到激光封装中或与其相邻，以产生更对称的射束。

[0094] 图13是示出根据多个进一步实施例的利用反射器和透镜发射偏振光的平面定向激光封装的方框图。侧视图250示出将光发射到凹曲面反射器251上的两个相对置的激光器。这些激光器被横向放置在基座上，类似于图6所示实施例的构造。凹曲面反射器251减小快轴上的发散度以匹配慢轴。在从凹曲面反射器251反射并迅速减小发散度之后，激光进入柱面透镜252、253中并且通过如前所描述的波片部分212和214。一旦通过出射窗口16，快轴立即匹配慢轴的发散度。现在每一侧都有大致相同的射束发散度，并且s和p偏振之间的权重相同。

[0095] 图14是示出根据多个进一步实施例的利用反射器和透镜发射偏振光的横向定向激光封装的方框图。侧视图260示出将光发射到凸曲面反射器261上的两个相对置的激光器。激光器被横向设置在基座上，类似于图6所示的构造。在激光器之间居中的凸曲面反射器261增加了慢轴的发散度。现在更发散的射束分别进入柱面透镜252、253，以再次减小发散度，使得慢轴的发散度与快轴匹配。射束然后通过波片部分212和214以及窗口16。现在，激光封装的每一侧均有大致相同的射束发散度和正交偏振。

[0096] 图15A和15B是展示根据多个进一步的实施例的对从横向定向的激光封装发散的射束的慢轴和快轴进行像散校正的方法的方框图。侧视图270示出用于在窗口16附近和外部进行慢轴扩展的光学器件。图15A中的侧视图270示出将光发射到反射镜上的两个相对置的激光器。激光器被横向放置在基座上，类似于图6所示实施例的构造。透镜272被设置在窗口的顶部并且被用于增加慢轴发散射束的发散度。透镜274被设置在距透镜272一定距离处，并将发散度减小到与快轴的发散度相等。在此构造中，透镜272和274可以以伽利略型倒镜方式同时操纵来自封装中所有激光器的射束。因此，激光源之间的横向距离似乎更近，这对于AR或VR应用中的散光校正而言是优选的。

[0097] 图15B示出用于实现相同结果的替代方法。在此情况下，侧视图280示出将光发射到反射镜上的两个相对置的激光器。激光器被横向设置在基座上，类似于图6所示的构造。离开激光器的光进入光导棒282中。该光导棒执行与图15A中的透镜272、274相同的功能，但采用开普勒型倒镜方式，其中射束首先聚焦，然后发散。光导棒282可以是均匀玻璃或渐变折射率透镜。

[0098] 图16A和16B是示出根据多个进一步实施例的将光发射到波导291中的平面定向激光封装的方框图。在此情况下，图16A中的侧视图290示出将光注入相邻波导291的第一端的平面安装的激光二极管10，其中波导291组合和改变激光束，例如来自红色、绿色和蓝色激光器的光可以组合成单个圆形射束。与上文所描述的波片部分212、214等同的波片212’可以被设置在波导291的相对置边缘，例如在波导291中与第一端相对置的第二端或窗口16上，或沿光学器件更远的位置。图16B中的侧视图300示出如图16A所示的两个激光封装/波导组合的系统如何组合以通过实施两个波片212’和214’产生由具有垂直偏振的不同激光封装产生的相邻射束，相当于图9所示的设置。换言之，在系统工作期间，由不同波导引导的光束由系统以不同偏振发射。

[0099] 图17A和17B是示出根据多个进一步实施例的将光发射到波导291中的横向定向激光封装的方框图。这种类型的光注入波导291可能更有效，因为射束快轴可以生成适合波导291中的振型的光分布。

[0100] 图17A和17B中所示的实施例类似于图16A和16B所示的实施例，不同的是，分别使用横向定向的激光封装代替平面定向的激光封装。例如，侧视图310包括横向安装的激光二极管，该激光二极管将光注入到组合和调节激光束的波导291中。与上文所描述的波片部分212、214等同的波片212’可被设置在波导291或窗口16的相对置边缘处或沿光学器件更远地设置。图17B中的侧视图320示出如图17A所示的两个激光封装/波导组合如何被组合在包括至少两个激光组件的系统中，以通过实施两个波片212’和214’来产生具有垂直偏振的相邻射束，相当于图9中所示的设置。

[0101] 图17C是示出根据多个进一步实施例的具有将光发射到波导中的包括平面定向和横向定向的激光封装的组合的系统的方框图。侧视图325示出具有与横向定向的激光封装/波导组合相邻的平面定向激光封装/波导组合的系统。激光封装中激光器的垂直定向，其中纯示例性地，在图17C中，平面定向的激光器封装位于上方，而横向定向的激光器封装位于下方，进而产生在波导内传播时保持的垂直偏振，使得两个部分的输出偏振是垂直的。也可以在自由空间构造中组合垂直定向，例如类似于图13和14中所示的设置，只要两个激光器部分的发散度相等，即快轴和慢轴相等。该问题在图17C所示的实施例中不存在，因为波导可平衡输出发散度并且保持相邻激光输出例如RGB之间的最佳间距。

[0102] 为从单个激光器产生非偏振射束，此射束必须通过高双折射介质传输。可以通过使用晶体结构例如水晶石英或通过在波导中实现高度非圆形模态来产生高双折射性。来自激光器的光可以被注入具有强模态双折射的波导中，也称为偏振模态分散。从激光器注入的偏振取向被构造为不与波导的主轴重叠，从而激发波导中的两种偏振模式并且使得所得透射光的消偏振。然后将非偏振光注入到类似于图8的顶视图200中所示系统的系统中。

[0103] 图18A和18B是示出根据多个进一步实施例的将光发射到波导中的激光封装的方框图。图18A中的侧视图330示出平面定向的激光封装，其中具有将光发射到附接到波导291的相邻波片292中的激光器。波导291优选地是双折射的。与图16A所示的构造相反，波片292靠近激光二极管10设置，而不是设置在波导291的相对置侧。这使得激光偏振不与波导291的轴重叠。类似地，图18B中的侧视图340示出横向定向的激光封装，其中具有将光发射到附接到波导291的相邻波片292中的激光器。与图17A所示的构造相反，波片292被设置在第一端，因此靠近激光二极管而不是波导291的相对置侧。替代地，在图18A和18B所示的两种情况下，激光二极管可被设置在任何其它非垂直方向，因此相对于波导倾斜，以便在激光束偏振和波导轴之间不存在重叠。优选地，波导的长度使得射束被消偏振。

[0104] 本文所描述的任何实施例的组合也是可能的。例如，激光封装可被布置成包括以下特征中的至少两个：图18A和图18B中所示的双折射波导设置，图16B、17B和17C中所示的垂直偏振设置，并使用发射相同颜色的光的激光器，但其中一个是略微波长偏移的。

[0105] 图19A到图19D是示出根据多个进一步实施例的包括被单独的封装分开的激光封装的系统的方框图。例如，图19中的侧视图350示出两个相对置的平面定向激光二极管10、110，例如，每个激光二极管可以包括RGB激光像素，其将光发射到反射镜118上，并且使其向上穿过窗口16通过波片部分212、214，类似于图9所示的实施例。但是，激光封装可以通过单独的封装321分开。此构造将单个RGB像素封装统一为6组激光布置。类似地，图19B中的侧视图360示出两个相对的横向定向激光二极管，例如，每个激光二极管可以包括RGB激光像素，其将光发射到反射镜118上，并且使其向上穿过窗口16通过波片部分212、214，类似于图10所示的实施例。但是，激光封装可以通过单独的封装321分开。该方法还可以与由反射器251和261形成的弯曲/弓形棱镜以及与如图13和图14所示的相应透镜252、253组合。图19C示出与图5A的侧视图50中所示的构造等同的侧发射密封封装，其被设置在相对于反射棱镜118的相对置侧。图19D示出相同的密封封装，这次背靠背地设置以产生平行光发射。

[0106] 在光学系统中使用激光器可能需要对系统中的每个激光器进行连续的功率监控。这可以通过沿射束路径设置快速功率检测器例如PIN二极管来实现。在激光封装内实施这种检测器以节省空间是非常有益的。图20是示出根据多个进一步实施例的结合光电二极管的激光封装的方框图。图20中的侧视图370示出在由两个激光器共享的棱镜404下的光电检测器(PD)404L、404R的紧凑集成。在图20中，仅示出右侧激光器的中心光束，但左侧激光器也发射等同光束。此外，尽管图20示出横向定向的激光封装，但是也可以使用平面定向的激光封装。

[0107] 棱镜404的反射表面是部分反射器，例如具有95％的反射率和5％的透射率。如虚线箭头所示的透射光撞击棱镜的另一面，其中95％的光向下反射到PD 404L。类似地，来自左侧激光器的光被反射到PD 404R。由于棱镜404的光学定向以及由于PD 404L和404R的设置，来自右侧激光器的最小散射光将被左侧PD 404L检测到，反之亦然。这种PD布局可被应用于封装中的每个激光器，例如，如果在两侧使用红色、绿色和蓝色激光器，则为6个激光器。

[0108] 激光封装中激光器的热管理取决于每个激光器的热敏感性。例如，通常用于AR/VR应用的可见波长激光二极管通常具有效率，即电到光的效率，其为约绿光的5％到10％，红光和蓝光的30％以上。作为具体示例，激光封装可以包括以约100mw工作的连续波(CW)红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)激光二极管。表1示出被用于模拟所得RGB激光二极管封装的热环境的示例性激光二极管规格。

[0109]

[0110] 表1：热模拟的示例性激光二极管规格

[0111] 表1示出，尽管绿色激光散发的热量最多，但红色激光仅限于最低温度。因此，除了实现从激光器到外壳以及从外壳到空气的最大热导率之外，还需要区分热导率，以便所有激光器在各自工作温度下同时工作，而使得来自一个激光器的热量不会导致其相邻激光器过热。因此，为了从所有激光器获得要求的温度，每个激光器对外壳的热导率应与激光器与标称环境温度的温差成反比，并与激光器产生的热量成线性比例。

[0112] 图21是以侧视图380示出根据多个进一步实施例的具有热导率改进的激光封装的方框图。所示的激光封装是具有三个激光二极管的示例性RBG激光封装，即，用于蓝色的二极管10和热沉12B，用于绿色的二极管10和热沉12G，以及用于红色的二极管10和热沉12R。在激光二极管10与窗口16之间设有导电桥26。激光封装包括一些用于改进热导率的替代方案，假设红色激光二极管需要相对于绿色和蓝色激光二极管更高的热导率，假设温度不同并且功耗相同。以下关于图21的讨论只是改进热导率的一个示例。不同的激光器具有不同的热参数，因此将需要不同的调整，但所属领域中的普通技术人员可以改变所描述的方法，包括尺寸变化和替代方案的组合，以实现预期结果。

[0113] 图21中的每个激光二极管10均将热量消散到其相应的热沉12B、12G和12R。为使红色激光二极管10能够更好地散热，热沉12R比热沉12B和12G更宽，但是激光器之间的距离保持不变。这是通过将最需要散热的激光器设置在最后一个，即最外面的激光器并使其面朝内，如热沉12R所示。

[0114] 通过激光二极管10的散热也取决于发射器的位置。绿色和蓝色激光二极管可具有P型朝上的发射器构造410，而红色激光二极管具有P型朝下的发射器构造412。相对于P型朝下的构造，P型朝上的构造具有较低的散热量。将P型朝上用于红色激光二极管，而将P型朝下用于绿色和蓝色激光二极管也可以实现散热的差异化。激光二极管可被设置在“金属芯‑PCB”上，该“金属芯‑PCB”包括金属芯416和绝缘盖414。热沉12R可以与金属芯416直接接触，而其它激光器与盖414接触，这也实现了差别的散热。

[0115] 图22是示出根据多个进一步实施例的在三维视图390中的激光器以及在侧视图400中的具有热导率改进的激光封装的方框图。该激光器包括具有P型向下发射器构造412的激光二极管10、热沉12和导体。在所示实施例中，导体由激光二极管10与热沉12之间的阳极涂层11A以及位于热沉12的另一侧上的阴极涂层11C形成。根据侧视图400的激光封装包括根据视图390设置在一起的几个单独的激光器，使得布置在与激光二极管相对的一侧上的导体，即在所示实施例中，一个激光器的阴极涂层11C与相邻激光器的激光二极管接触。

[0116] 替代地，激光器的导体，即在所示实施例中的阳极和阴极涂层也可以互换。

[0117] 侧视图400中所示的激光封装的激光二极管10R、10G和10B在两个方向上散热，即通过激光二极管任一侧上的热沉12散热。每个激光二极管的电源连接通过一侧的阳极涂层11A和另一侧的阴极涂层11C进行。在此构造中，额外的最外侧的热沉12E提高了热导率，并且最外侧的热沉可以更厚而不增加激光器间距，其中在所示实施例中，该最外侧热沉为激光二极管10G的热沉12和额外的最外侧热沉12E。在此构造下，侧面的激光器散热最好。例如，红色激光二极管10R可以在一端，而绿色激光二极管10G可以在另一端，具有非常高的热量产生，如表1所示，并且蓝色激光二极管10B可以位于中间。

[0118] 如图22所示，形成最外侧热沉的热沉12、12E相对于横向方向优选地在其具有面向外侧的表面(即背离激光二极管的表面)的相应外侧上没有导体，例如涂层。因此，如果与激光二极管相对置的热沉的一侧是激光器封装的外侧，则该侧优选地没有导体。

[0119] 图23是以侧视图405示出根据多个进一步实施例的具有热导率改进的激光封装和热传感器的方框图。激光封装类似于图22所示的激光封装，其不同之处在于添加了温度传感器413(例如热敏电阻)或其它热传感器。温度传感器413可被用于在操作期间监测红色二极管10R的温度。如果二极管的温度变得高于所允许的结温，这可用于提供系统反馈以调整亮度或驱动条件。温度传感器413可以平板印刷方式被设置在热沉12E的背面或激光二极管10R的热沉的背面以减小整体封装尺寸。

[0120] 图24是根据多个进一步实施例的用于激光封装的激光器的示意图411，其中导体通过在衬底420上的金属化焊垫422形式的金属化形成。衬底420优选地是结合其它实施例描述的热沉，或者是热沉的至少一部分。激光器包括RBG激光二极管10R、10G、10B，每个二极管10R、10G、10B通过焊料垫421或焊料接头附接到相应的金属化焊垫422。金属化焊垫422被设置在优选高导热但电绝缘的衬底420上。需要电绝缘以允许将打线接合附接到衬底420上的接合焊盘(未示出)。然后可以将衬底420结合到激光封装或热传输带上以促进散热。如果公共激光封装被连接到衬底420，其应该由高导率材料组成，例如AlN、Al、Cu或其它热导率超过100W/m/K的材料。如果将激光集成到AR/VR眼镜中，则可以通过眼镜中的显著散热器进一步便于向空气中散热。

[0121] 如果热传输带被连接到衬底420，则该传输带应该具有高热导率以将热量带离激光二极管以进行散热。该传输带可以用诸如铜等高导热率金属制造，并且带有适当的涂层以防止随着时间的推移而氧化。该传输带还可以包括小的垂直翅片，以进一步便于通过对流将热量传输到空气中。可以用在远IR波长范围内具有接近一的发射率的材料对传输带进行涂漆或涂敷涂层，以进一步便于通过辐射发射来去除热量。

[0122] 具有激光二极管的整个衬底以及在一些实施例中的热传输带应被封装在气密密封的封装中，以防止暴露于可能使激光管芯退化的湿气中。典型的焊料垫材料包括80/20Au‑Sn、银烧结物或其它公知的低温、高热导率结合材料。应避免使用有机粘合材料，以防止再次会降低激光器寿命的放气。通过焊料接头或其它接合材料与激光二极管接合的衬底上的金属化焊垫可以由公知的金属构成。可以改变金属化焊垫的尺寸，例如长度或宽度，以改变散热速率。衬底可以由多种高导热陶瓷材料组成，包括氧化铝或AlN。衬底应相对薄，尤其是在氧化铝的情况下，其导热系数为K≈20‑30W/m/K，而A1N的导热系数为100‑300W/m/K。
‑6 ‑1
请注意，A1N与激光二极管材料(3‑6×10 K )的典型CTE比氧化铝更兼容，但氧化铝的CTE‑6 ‑1
仍仅为8×10 K 左右，因此热失配可能是部分被硬度较低焊料层占据。这在焊接过程中最重要，以最大程度地减少在焊料凝固和冷却时激光管芯过度应变的可能性。

[0123] 为了实现良好的导热性，在整个说明书中也可以表示为载体或表示为热沉/载体或衬底的热沉优选地由陶瓷材料构成，例如，如上所描述的，氮化铝。这种材料可以以各种形式印刷并且可以在其中嵌入导线。

[0124] 图25是示出根据多个进一步实施例的具有嵌入式导线的热沉的方框图。这可以允许从激光器通过导电桥26或板14直接导电，如结合多个其它实施例所描绘的，并且输出到电源。图460A示出由电焊垫454A、454C、455A、455C形成的导体。电焊垫454C通过内部导体连接至电焊垫455C，如虚线所示，而焊垫454A通过由点划线指示的内部导体连接到焊垫455A。在图460B中，由激光管芯形成的激光二极管10被附接到热沉12，使得一侧(例如管芯的阳极)现在被直接附接到焊垫455A(此时被遮盖)，而上管芯侧(例如，阴极)通过导体457C连接到焊垫455C。因此，焊垫454C提供到激光器阴极的传导路径，而焊垫454A提供到激光器阳极的传导路径。既然激光的导电性是从热沉/载体12的上表面提供的，载体可以附接到导电桥
26，同时优选地使用氮化铝直接附接到由基座14形成的板，进而使得能够实现良好的散热。
焊垫454C和454A可以位于热沉/载体12的底面上，从而使导电能够通过板14。

[0125] 如上所描述，图22中的视图390中所示的激光器包括分别用于阴极和阳极的导电垫11C和11A。可以通过上表面经由导电桥26或从下表面经由基座14连接到这些导电垫。这在图26中示出，其包括图示根据多个进一步实施例的具有嵌入式导线的附加热沉的方框图。在图465中，导电焊垫可以具有通向侧焊垫的延伸部，以便于上板的连接。例如，阴极焊垫11C包括延伸部474C并且阳极焊垫11A包括延伸部474A。图470A和470B示出导体如何嵌入到图22和图23中的视图400和405中所示的激光封装的热沉/载体12中。在图470A中，仅示出热沉/载体12。焊垫454A与焊垫455A导电连接，而焊垫476C与另一侧的焊垫477C导电连接，如虚线所示。延伸部456被添加到热沉/载体12或其一部分以填充载体之间的间隙，从而提高热导率和机械稳定性。图470B示出激光二极管10在图470A的载体上的设置，其中焊垫478将连接到相邻载体的焊垫477C。热沉/载体12内的导体可以是各种形状，并且可以嵌入或暴露在载体的分面上。

[0126] 图27是示出根据多个进一步实施例的要安装到具有嵌入式导线的热沉的PCB的方框图，该PCB可以是基座或导电桥的形式或一部分。为清楚起见，PCB和热沉被图示为彼此分开。如图475、475A、475B所示，PCB 479与热沉/载体12对准，该热沉/载体与图26所示的热沉相同。PCB479可以由AlN制成并安装有焊料凸块，例如铟凸块，其连接到热沉的焊垫并且通常用于倒装芯片连接，从而消除用于激光传导的打线接合。这有助于激光驱动方案的高速脉冲。

[0127] 图28是以侧视图480示出根据多个进一步实施例的具有微型致冷器的激光封装的方框图。激光封装可以类似于图22中的视图400中所示的激光封装。激光封装包括一个热电冷却器(TEC)481，也称为微型致冷器。TEC 481可以由硅锗薄膜组成，其厚度可薄至3μm，冷2
却密度为600/cm ，并且可用于仅冷却或至少冷却外部设置的红色激光器，以适应所需的较低热结温度。然后使用附加的热沉482来排除废热。

[0128] 设置在折叠棱镜例如图6中所示反射镜118的前方激光器例如激光二极管10和110，必须各自处于相同的相应距离处，使得所有激光器同时由相同的光学器件来准直。这可以通过从激光封装顶部进行视觉检查来实现。图29是在侧视图500中示出根据多个进一步实施例的共享反射镜118并且通过成像检查装置600测量的横向定向激光封装的方框图。
成像检查装置600，优选为显微镜，从上方观察系统。棱镜/反射镜118的尖端602是可见的，使得激光二极管10和110的尖端604A、604B分别也是可见的。通过将从成像检查装置600观测到的两个激光二极管10、110到棱镜尖端的相应距离(标记为DA和DB)设置为相等，来自两个激光器的光的光路将相等。在无法直接观测到激光尖端604A、604B的情况下，可以改为测量载体尖端606A和606B到棱镜尖端602之间的相应距离，只要激光尖端604A、604B相对于载体尖端606A、606B的设置是准确预设的即可。导电桥26不得遮蔽载体尖端606A、606B或激光尖端604A、604B与成像检查装置600之间的空间。优选地，所有激光尖端都是可见的。当波片部分212和214被附接到窗口16时，波片部分212、214之间的中间线608也应该由成像检查装置600成像，并且如果需要，窗口16应该移动，以便中间线608在棱镜尖端602正上方。就外部封装的可接近性以及关于图29描述的对准可见性而言，必须考虑到对导电桥26例如由PCB形成的导电桥的电引线或由基座14形成的板。此外，优选地，对于每个激光器，阳极和阴极引线被布置成彼此相邻。

[0129] 图30A和30B是示出根据多个进一步实施例的激光封装的上板和下板的布局的方框图。下板可以是由基座14形成的板，其对阳极导电，而上板可以是导电桥26，其对阴极导电。图30A示出例如由基座14形成的下板以及例如由窗口26形成的上板的俯视图。焊垫620是用于打线接合或铟凸块连接性的焊垫。引线622将电流传导至激光热沉/载体。当需要激光位置偏移时，例如为了色差校正，需要使得引线622的位置伸长偏移。需要上板的对角边缘来实现所有激光尖端的可见性，如关于图29所描述。本实施例中的焊垫620的设置被定义为使得当与激光器集成时可用于打线接合，如图30B的顶视图所示。图30B示出组合块，其包括由窗口26形成的上板、由基座14形成的下板以及激光器(位于两者之间，未示出)。具有棱镜尖端602的棱镜118位于两个块之间。外部封装628包括将电引到封装外部的焊垫630(未示出)。焊垫620经由引线632连接到封装焊垫630。显然，对于每个激光器，标记为An的阳极和标记为Ct的阴极是相邻的，使得导线632不交叉并且焊垫不被遮挡。此布置对于实现轻松的打线接合和激光器的快速信号调制而不引起射频泄漏而言是至关重要的。

[0130] 在多个进一步实施例中，可以将附加光学元件添加到激光封装的棱镜元件。这些附加光学元件可用于执行第一级射束成形，例如激光的快轴或慢轴或这两者的预准直。该附加光学元件也可被用于在不同波长下执行不同的任务。例如，可视激光需要在成像平面上具有相同的焦点，而IR激光则没有这个要求。光学元件可被用于为RGB激光器执行射束发散校正和聚焦，以产生更高质量的成像。IR激光器出于多种原因而受益于射束发散度校正，例如1:1的射束比，这些原因包括能量效率、可能非常长的相干性以及改进的准直以获得最大光学效率，因此更适合眼球跟踪和接近检测。例如，图31是侧视图730中的方框图，其示出根据多个进一步实施例的与附加光学元件共享反射镜的平面定向激光封装，而图32是侧视图740中的方框图，其示出根据多个进一步实施例的与附加光学元件共享反射镜的横向定向激光封装。图31和32分别示出反射棱镜118的两个表面上的附加光学表面元件731、732。光学表面元件731、732可以是超光学器件或衍射光学器件中的一者。光学表面元件731、732反射从激光二极管射出的光并且可以执行射束成形。光学表面元件731、732可以相对于激光以45°的角度对准，但也可以以大于或小于45°的角度对准。光学表面元件731、732可以是平面化的或非平面化的。

[0131] 附加光学元件也可以设置在激光封装中由窗口16形成的盖玻璃的下侧。例如，图33是侧视图750中的方框图，其示出根据多个进一步实施例的与附加光学元件共享反射镜的平面定向激光封装，而图34是侧视图760中的方框图，其示出根据多个进一步实施例的与附加光学元件共享反射镜的横向定向激光封装。图33和34示出位于窗口16下方的附加光学元件733、734。附加光学元件733、734可以是例如超光学器件或衍射光学器件。光学元件
731、732与光学元件733、734一起实现强度和相位校正。可以在其上安装光学元件731、732、
733和734的棱镜118和窗口16不一定是平面的。

[0132] 除非另有说明，否则“大体上”一词的使用可被解释为包括所属领域中的普通技术人员所理解的精确关系、条件、布置、定向和/或其它特征以及其偏差，只要该等偏差不会对所公开的方法和系统产生重大影响即可。

[0133] 在整个本公开内容中，使用冠词“一”和/或“一个”和/或“该”来修饰名词可被理解为是出于便利性的目的而使用并且包括一个或多个修饰名词，除非另有特别说明。术语“包括”、“包含”和“具有”意指包容性的并且意味着可能存在除所列元素之外的其它元素。

[0134] 已经出于说明和描述的目的而呈现了本公开实施例的前述描述。本文并不旨在穷举或将本公开限制为所公开的精确形式。可能存在根据本公开的许多修改和变化。本公开的范围旨在不受此详细描述限制，而是受所附权利要求限制。

[0135] 参考标号列表

[0136] 5 侧视图

[0137] 7 俯视图

[0138] 10     激光二极管

[0139] 10B    激光二极管

[0140] 10G    激光二极管

[0141] 10R    激光二极管

[0142] 11     连接焊垫

[0143] 11A    阳极涂层

[0144] 11C    阴极涂层

[0145] 12     热沉

[0146] 12B    热沉

[0147] 12E    热沉

[0148] 12G    热沉

[0149] 12R    热沉

[0150] 14     基座

[0151] 15     侧视图

[0152] 16     窗口

[0153] 17     前视图

[0154] 18     棱镜

[0155] 20     沿快轴的射束发散

[0156] 22     沿慢轴的射束发散

[0157] 26     导电桥

[0158] 35     前视图

[0159] 50     侧视图

[0160] 51     顶盖

[0161] 55     侧视图

[0162] 56     前视图

[0163] 57     前视图

[0164] 59V    距离

[0165] 59L    距离

[0166] 110    激光二极管

[0167] 115    侧视图

[0168] 116    光点图

[0169] 117    光点图

[0170] 118    反射镜

[0171] 120A,120B,120C 光点图

[0172] 125    侧视图

[0173] 126    光点图

[0174] 200    俯视图

[0175] 202    激光封装

[0176] 204    光学器件

[0177] 206    扫描镜

[0178] 208    出射光瞳

[0179] 212    波片部分

[0180] 212’  波片

[0181] 214    波片部分

[0182] 214’  波片

[0183] 216    偏振光点图

[0184] 218    偏振光点图

[0185] 219    侧视图

[0186] 220    侧视图

[0187] 230    侧视图

[0188] 240    侧视图

[0189] 250    侧视图

[0190] 251    反射镜

[0191] 252,253  透镜

[0192] 260    侧视图

[0193] 261    反射镜

[0194] 270    侧视图

[0195] 272    透镜

[0196] 274    透镜

[0197] 280    侧视图

[0198] 282    透镜

[0199] 290    侧视图

[0200] 291    波导

[0201] 292    波片

[0202] 300    侧视图

[0203] 310    侧视图

[0204] 320    侧视图

[0205] 321    独立封装

[0206] 325    侧视图

[0207] 330    侧视图

[0208] 340    侧视图

[0209] 350    侧视图

[0210] 360    侧视图

[0211] 370    侧视图

[0212] 380    侧视图

[0213] 390    视图

[0214] 400    侧视图

[0215] 404    棱镜

[0216] 404L   光电检测器

[0217] 404R   光电检测器

[0218] 405    侧视图

[0219] 410    发射器构造

[0220] 411    视图

[0221] 412    发射器构造

[0222] 413    温度传感器

[0223] 414    盖

[0224] 416    金属芯

[0225] 420    衬底

[0226] 421    焊料垫

[0227] 422    焊垫

[0228] 454A   焊垫

[0229] 454C   焊垫

[0230] 455A   焊垫

[0231] 455C   焊垫

[0232] 456    延伸部

[0233] 457C   导体

[0234] 460A   图

[0235] 460B   图

[0236] 465    图

[0237] 470A   图

[0238] 470B   图

[0239] 474A   延伸部

[0240] 474C   延伸部

[0241] 475    图

[0242] 475A   图

[0243] 475B   图

[0244] 476C   焊垫

[0245] 477C   焊垫

[0246] 478    焊垫

[0247] 479    PCB

[0248] 480    侧视图

[0249] 481    热电冷却器

[0250] 482    热沉

[0251] 500    侧视图

[0252] 600    成像检查装置

[0253] 602    尖端

[0254] 604A   尖端

[0255] 604B   尖端

[0256] 606A   尖端

[0257] 606B   尖端

[0258] 608    中间线

[0259] 620    焊垫

[0260] 622    引线

[0261] 628    外部封装

[0262] 630    焊垫

[0263] 632    引线

[0264] 730    侧视图

[0265] 731    光学表面元件

[0266] 732    光学表面元件

[0267] 733    光学元件

[0268] 734    光学元件

[0269] 740    侧视图

[0270] 750    侧视图

[0271] 760    侧视图

[0272] DA     距离

[0273] DB     距离。