[发明专利]激光器、激光器发射板组件、激光雷达和激光器封装方法

说明书

本发明涉及一种激光器，包括：基底，所述基底上具有定位部；激光器芯片，设置在所述基底上，所述激光器芯片具有发光面；和激光光束整形元件，通过所述定位部定位，并与所述激光器芯片的发光面相对。本发明还涉及一种激光器的封装方法和包括所述激光器的激光雷达。通过本发明的技术方案，激光器发射板组件垂直方向角分辨率的极限(仅受限于快轴尺寸)能够得到极大提升，并通过在硅基座上加工出精确定位结构，有效控制压缩后的快轴发散角与光束指向性，提升测距性能。

本申请是基于2019年7月31日提交的第201910702011.7号、发明名称为“激光器、激光器发射板组件、激光雷达和激光器封装方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种激光器、包括该激光器的激光器发射板组件、激光雷达以及该激光器的封装方法。

背景技术

激光雷达LiDAR是激光主动探测传感器设备的一种统称，其工作原理大致如下：激光雷达的发射器发射出一束激光，激光光束遇到物体后，经过漫反射，返回至激光接收器，雷达模块根据发送和接收信号的时间间隔乘以光速，再除以2，即可计算出发射器与物体的距离。根据激光线束的多少，通常有例如单线激光雷达、4线激光雷达、8/16/32/64线激光雷达等。一个或多个激光束在竖直方向沿着不同的角度发射，经水平方向扫描，实现对目标区域三维轮廓的探测。多个测量通道（线）相当于多个角度的扫描平面，因此垂直视场内激光线束越多，其竖直方向的角分辨率就越高，激光点云的密度就越大。图1A示意性示出了激光雷达的一个实例。该激光雷达为16线激光雷达，即在图中的竖直平面中可发射L1、L2、…、L15、L16共16线激光束，用于对周围环境进行探测。在探测过程中，该激光雷达可沿着其竖直轴线旋转，在旋转过程中，激光雷达的各个通道根据一定的时间间隔（例如1微秒）依次发射激光束并进行探测从而完成一次垂直视场上的线扫描，之后在水平视场方向上间隔一定角度（例如0.1度或0.2度）进行下一次垂直视场的线扫描，从而在旋转过程中进行多次探测形成点云，即可感知周围环境的状况。

目前应用在机械激光雷达中的半导体激光器芯片大多为边发射型。边发射型激光器的发光面具有快轴方向和慢轴方向，如图1B示意性所示，其中边发射型激光器沿着慢轴方向的尺寸较大，例如为百μm量级，沿着快轴方向的尺寸较小，例如为十μm量级。另外图1B中示意性示出了激光器芯片的负电极N，正电极P例如位于与负电极N相对的下表面上。

图1C示意性示出了激光器芯片在机械激光雷达中的一种安装示意图。结合图1A、1B和1C，图1C的电路板沿着图1A中的竖直方向设置在激光雷达中，其上沿着激光雷达出射光学系统焦平面的竖直方向（图1A中的竖直方向）设置有多个图1B所示的边发射型的激光器芯片，激光器芯片自发光面出射激光束，激光束指向出射光学系统。由于发光面的慢轴方向与电极是平行的，而在常规应用过程中，激光器芯片的电极是直接贴装于电路板上的，所以其发光面慢轴方向与电路板是平行设置的（如图1C所示）。图1C中沿着激光雷达的竖直方向设置有多个边发射型的激光器芯片，因此图1C中激光器芯片的发光面的慢轴方向（图1C中竖直虚线）即为图1A中的竖直方向，发光面的快轴方向为垂直于纸面的方向。对于激光雷达，如果需要提高垂直方向角分辨率的极限，则需要发光面在竖直方向尺寸尽可能小。图1C所示的结构中，需要将多个激光器芯片沿着激光雷达的竖直方向设置，同时需要使得激光器芯片的慢轴方向沿着图中的竖直方向设置，而边发射型激光器的慢轴尺寸较大（百μm量级），因此在焦平面有限的竖直方向尺寸范围内，无法将激光器芯片布置的更为密集，不利于提高垂直方向角分辨率的极限。基于以上情况，现有技术中存在将电路板水平放置的解决方案，如图2所示。

图2的技术方案中，是将电路板水平放置，激光器芯片直接贴在电路板上。其具有以下缺点。

首先对于激光雷达，每一个不同的垂直角度，都需要一个（在发射透镜焦平面处）竖直高度不同的激光器，那么就需要对应个数的电路板水平放置(如64线则需要64块电路板)，并在竖直方向上错开。因此在一定尺寸内，激光雷达的垂直角分辨率极限会极大地受制于电路板板厚以及电路板上的元器件高度等。