一種新型模塊化的半導(dǎo)體激光器側(cè)泵模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種新型模塊化的半導(dǎo)體激光器側(cè)泵模塊，多個半導(dǎo)體激光器側(cè)泵單元以其環(huán)狀通水熱沉圓環(huán)中心為中心軸并沿軸向疊加構(gòu)成本實用新型的模塊化半導(dǎo)體激光器側(cè)泵模塊。本實用新型采用模塊化的設(shè)計結(jié)構(gòu)，可根據(jù)功率需求靈活調(diào)整半導(dǎo)體激光器的個數(shù)，此外相鄰側(cè)泵單元交錯排列，使入射激光晶體的激光光束呈交錯排列，可顯著提高固體激光器的均勻性和泵浦效率。
【專利說明】
一種新型模塊化的半導(dǎo)體激光器側(cè)泵模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型模塊化的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、可靠性高、使用壽命長、成本低的優(yōu)點，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，比如半導(dǎo)體激光栗浦固體激光器或光纖激光器，醫(yī)療美容以及工業(yè)加工等領(lǐng)域。
[0003]在半導(dǎo)體激光器作為栗浦源的應(yīng)用中，目前商業(yè)化的側(cè)栗模塊常采用半導(dǎo)體激光器呈正三角、正五角、正七角等形式分布于晶體棒周圍，側(cè)栗模塊多采用水平陣列半導(dǎo)體激光器沿晶體棒軸向排布的方式，比如中國專利CN102570267A和CN101834402B所公開的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊，均采用了上述結(jié)構(gòu)。隨著全固態(tài)激光器在工業(yè)、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用需求越來越多，這對側(cè)栗模塊中半導(dǎo)體激光器栗浦源的均勻性提出了更高的要求，此時傳統(tǒng)的側(cè)栗方式已不能滿足越來越高的栗浦效率和均勻性的要求。
[0004]此外，傳統(tǒng)側(cè)栗模塊的半導(dǎo)體激光器只能滿足單一的栗浦需求，在多需求的應(yīng)用中缺少靈活性，不利于模塊的產(chǎn)業(yè)化，后期維護更換也較為復(fù)雜。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提出了一種新型模塊化的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊，可根據(jù)功率需求，靈活調(diào)整半導(dǎo)體激光器的個數(shù)，并且提高了側(cè)栗的均勻性和效率。具體的技術(shù)方案為:
[0006]—種新型模塊化的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊，包括至少兩個半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元。所述的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元包括中部貫通的環(huán)狀通水熱沉，設(shè)置于環(huán)狀通水熱沉內(nèi)壁的多個半導(dǎo)體激光器，以及用于實現(xiàn)相鄰半導(dǎo)體激光器電連接和固定的金屬連接塊;多個半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光光束匯聚于環(huán)狀通水熱沉的中心(即晶體棒的安裝區(qū))，上述激光光束以非相干疊加的方式匯聚于環(huán)狀通水熱沉的中心。
[0007]所述的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊中的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元以環(huán)狀通水熱沉圓環(huán)中心為中心軸并沿軸向疊加，相鄰的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元可以為交錯疊加，即以圓環(huán)中心軸為旋轉(zhuǎn)軸相互旋轉(zhuǎn)使其對應(yīng)的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光呈0-120度的角度差，使得相鄰的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元對應(yīng)位置的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光光束可以在同一直線上，也可以相互偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。
[0008]所述的環(huán)狀通水熱沉內(nèi)壁設(shè)置有與半導(dǎo)體激光器一一對應(yīng)的安裝平臺，相鄰安裝平臺之間有貫通環(huán)狀通水熱沉內(nèi)壁至外壁的安裝孔。環(huán)狀通水熱沉上還設(shè)置有定位孔，用于多個半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元的定位安裝。
[0009]環(huán)狀通水熱沉上設(shè)有進(jìn)水孔和出水孔，其本體內(nèi)部設(shè)有液體制冷通道，連通進(jìn)水孔和出水孔。該水路結(jié)構(gòu)可以做進(jìn)一步優(yōu)化:環(huán)狀通水熱沉的液體制冷通道為雙層單獨水路，雙層水路之間由環(huán)狀通水熱沉本體分隔。
[0010]所述的半導(dǎo)體激光器包括激光芯片，導(dǎo)電導(dǎo)熱襯底和熱沉底座。半導(dǎo)體激光器的激光芯片鍵合于相應(yīng)的導(dǎo)電導(dǎo)熱襯底之間，導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底通過絕緣層鍵合于熱沉底座上。所述半導(dǎo)體激光器還包括兩片L型電極片，L型電極片一端鍵合于導(dǎo)電導(dǎo)熱襯底(分別連接半導(dǎo)體激光器的正電極和負(fù)電極)，另一端通過絕緣層緊密貼合于熱沉底座上。
[0011 ]所述的金屬連接塊為T型，設(shè)置于相鄰的半導(dǎo)體激光器之間，用于實現(xiàn)相鄰的半導(dǎo)體激光器的電連接以及與環(huán)狀通水熱沉之間的固定。所述T型金屬連接塊上部可以緊壓相鄰的半導(dǎo)體激光器的熱沉底座并與熱沉底座上的L型電極片連接，T型下部通過機械連接方式與環(huán)狀通水熱沉的安裝孔連接。
[0012]所述T型下部或者環(huán)狀通水熱沉安裝孔內(nèi)部設(shè)置絕緣套筒，使得金屬連接塊與環(huán)狀通水熱沉絕緣。
[0013]所述環(huán)狀通水熱沉為具有高導(dǎo)熱率的金屬材料，比如銅或銅金剛石復(fù)合材料;或者高導(dǎo)熱率的絕緣材料，比如氮化鋁陶瓷。
[0014]所述環(huán)狀通水熱沉設(shè)有半導(dǎo)體激光器的電極引出接口，用于設(shè)置半導(dǎo)體激光器正電極的引出電極和負(fù)電極的引出電極。
[0015]所述半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元中的半導(dǎo)體激光器通過金屬連接塊依次串聯(lián)連接;相鄰的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元之間可以是串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)連接。
[0016]本實用新型的優(yōu)點:
[0017]采用模塊化的設(shè)計結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體激光器個數(shù)可以調(diào)整，在不同需求中可靈活選擇；半導(dǎo)體激光器可以單獨通過環(huán)狀通水熱沉的安裝孔以機械方式安裝于熱沉上，便于后期拆裝維護;此外，本實用新型提出了相鄰的側(cè)栗單元交錯排列，使入射激光晶體的激光光束呈交錯排列，可顯著提高固體激光器的均勻性和栗浦效率。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元結(jié)構(gòu)。
[0019]圖2為本實用新型的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元的環(huán)狀通水熱沉結(jié)構(gòu)。
[0020]圖3為環(huán)狀通水熱沉的水路示意圖。
[0021]圖4半導(dǎo)體激光器的安裝結(jié)構(gòu)。
[0022]圖5采用了八組半導(dǎo)體側(cè)栗單元的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊的實施例。
[0023]圖6-1為采用交錯排列方式實施例的相鄰側(cè)栗單元。
[0024]圖6-2為采用交錯排列方式實施例的相鄰側(cè)栗單元的剖面圖。
[0025]圖7為采用交錯排列方式實施例的相鄰側(cè)栗單元的俯視圖。
[0026]附圖標(biāo)號說明:1_半導(dǎo)體激光器，2-金屬連接塊，3-環(huán)狀通水熱沉的進(jìn)水孔，4-環(huán)狀通水熱沉的出水孔，5-環(huán)狀通水熱沉的安裝平臺，6-半導(dǎo)體激光器本體，7-半導(dǎo)體激光器的導(dǎo)電導(dǎo)熱襯底，8-L型電極片，9-絕緣層，10-半導(dǎo)體激光器的熱沉底座，11-液體制冷通道，12-安裝孔，13-定位孔，14-晶體棒，15-半導(dǎo)體激光器的激光芯片。
【具體實施方式】
[0027]本實用新型提出了一種新型模塊化的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊，包括至少兩個半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元。圖1為半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元的結(jié)構(gòu)圖，半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元包括中部貫通的環(huán)狀通水熱沉，設(shè)置于環(huán)狀通水熱沉內(nèi)壁的多個半導(dǎo)體激光器1，以及用于實現(xiàn)相鄰半導(dǎo)體激光器電連接和固定的金屬連接塊2;多個半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光光束非相干疊加匯聚于環(huán)狀通水熱沉的中心，即晶體棒的安裝區(qū)。
[0028]圖2為本實用新型半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元的環(huán)狀通水熱沉結(jié)構(gòu)。所述的環(huán)狀通水熱沉內(nèi)壁設(shè)置有與半導(dǎo)體激光器一一對應(yīng)的安裝平臺5，相鄰安裝平臺5之間有貫通環(huán)狀通水熱沉內(nèi)壁至外壁的安裝孔12。環(huán)狀通水熱沉上設(shè)有進(jìn)水孔3和出水孔4，其本體內(nèi)部設(shè)有液體制冷通道，連通進(jìn)水孔3和出水孔4。該水路結(jié)構(gòu)也可以為圖3所示的雙層水路結(jié)構(gòu):環(huán)狀通水熱沉的液體制冷通道11為雙層單獨水路，雙層水路之間由環(huán)狀通水熱沉本體6分隔。圖2和圖3中箭頭指向為制冷液體的工作路徑。該雙層水路結(jié)構(gòu)也可以參考圖6-2中的液體制冷通道11的結(jié)構(gòu)。
[0029]圖4為半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元中半導(dǎo)體激光器的安裝結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體激光器包括激光芯片15，導(dǎo)電導(dǎo)熱襯底7和熱沉底座10。半導(dǎo)體激光器的激光芯片15鍵合于相應(yīng)的導(dǎo)電導(dǎo)熱襯底7之間，導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底通過絕緣層9鍵合于熱沉底座10上。所述半導(dǎo)體激光器還包括兩片L型電極片8，L型電極片8—端鍵合于導(dǎo)電導(dǎo)熱襯底7(分別連接半導(dǎo)體激光器的正電極和負(fù)電極)，另一端通過絕緣層9緊密貼合于熱沉底座10上。
[0030]所述的金屬連接塊2為T型，設(shè)置于相鄰的半導(dǎo)體激光器之間，用于實現(xiàn)相鄰的半導(dǎo)體激光器的電連接以及與環(huán)狀通水熱沉之間的固定。所述T型金屬連接塊上部可以緊壓相鄰的半導(dǎo)體激光器的熱沉底座并與熱沉底座上的L型電極片8連接，T型下部通過機械連接方式與環(huán)狀通水熱沉的安裝孔12連接。
[0031]圖5為本實用新型側(cè)栗模塊的一個實施例，八組半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元以環(huán)狀通水熱沉圓環(huán)中心為中心軸沿軸向疊加，每組半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元由15個半導(dǎo)體激光器依次串聯(lián)連接。環(huán)狀通水熱沉上設(shè)置有定位孔13，用于多個半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元的定位安裝。所述環(huán)狀通水熱沉上設(shè)置有安裝孔12，用于安裝固定上述半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元的金屬連接塊2。
[0032]本實施例還可以作以下優(yōu)化得到一種交錯排列的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊:具體的結(jié)構(gòu)為相鄰的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元以圓環(huán)中心軸為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)使其對應(yīng)的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光呈一定的角度差，使得相鄰的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元對應(yīng)位置的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光光束相互偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。圖6-1和圖6-2分別為采用上述交錯排列方式的一個實施例的相鄰側(cè)栗單元及其剖面圖，圖7為該實施例的俯視圖，圖中實線箭頭為上層半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元中激光器發(fā)出的激光，圖中虛線箭頭表示其相鄰的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元中激光器發(fā)出的激光，Θ為兩層激光光束相互偏轉(zhuǎn)的角度，兩層側(cè)栗單元發(fā)出的激光光束最終入射在晶體棒14上，在采用5組半導(dǎo)體激光器的側(cè)栗單元實施例中，為了達(dá)到最佳的均勻性，Θ取值可以為36°。
【主權(quán)項】
1.一種新型模塊化的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊，其特征在于:包括至少兩個半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元;所述的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元包括中部貫通的環(huán)狀通水熱沉，設(shè)置于環(huán)狀通水熱沉內(nèi)壁的多個半導(dǎo)體激光器，以及用于實現(xiàn)相鄰半導(dǎo)體激光器電連接和固定的金屬連接塊;多個半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光光束匯聚于環(huán)狀通水熱沉的中心;所述半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元以環(huán)狀通水熱沉的圓環(huán)中心為中心軸并沿軸向疊加。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型模塊化的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊，其特征在于:相鄰的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元以圓環(huán)中心軸為旋轉(zhuǎn)軸相互旋轉(zhuǎn)使其對應(yīng)的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光呈0-120度的角度差。3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的一種新型模塊化的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊，其特征在于:所述的環(huán)狀通水熱沉內(nèi)壁設(shè)置有與半導(dǎo)體激光器一一對應(yīng)的安裝平臺，相鄰安裝平臺之間有貫通環(huán)狀通水熱沉內(nèi)壁至外壁的安裝孔。4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的一種新型模塊化的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊，其特征在于:所述的半導(dǎo)體激光器包括激光芯片，導(dǎo)電導(dǎo)熱襯底和熱沉底座;半導(dǎo)體激光器的激光芯片鍵合于相應(yīng)的導(dǎo)電導(dǎo)熱襯底之間，導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底通過絕緣層鍵合于熱沉底座上;所述半導(dǎo)體激光器還包括兩片L型電極片，L型電極片一端鍵合于導(dǎo)電導(dǎo)熱襯底，另一端通過絕緣層緊密貼合于熱沉底座上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型模塊化的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊，其特征在于:所述的金屬連接塊為T型，設(shè)置于相鄰的半導(dǎo)體激光器之間，T型金屬連接塊上部可以緊壓相鄰的半導(dǎo)體激光器的熱沉底座并與熱沉底座上的L型電極片連接，T型下部通過機械連接方式與環(huán)狀通水熱沉的安裝孔連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的一種新型模塊化的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊，其特征在于:環(huán)狀通水熱沉上設(shè)有進(jìn)水孔和出水孔，其本體內(nèi)部設(shè)有液體制冷通道，連通進(jìn)水孔和出水孔。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種新型模塊化的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊，其特征在于:所述環(huán)狀通水熱沉的液體制冷通道為雙層單獨水路，雙層水路之間由環(huán)狀通水熱沉本體分隔。8.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的一種新型模塊化的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗模塊，其特征在于:所述半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元中的半導(dǎo)體激光器通過金屬連接塊依次串聯(lián)連接;相鄰的半導(dǎo)體激光器側(cè)栗單元之間為串聯(lián)、并聯(lián)、或者串并聯(lián)連接。
【文檔編號】H01S3/16GK205543672SQ201620132536
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月22日
【發(fā)明人】王警衛(wèi), 侯棟, 穆建飛, 梁雪杰, 劉興勝
【申請人】西安炬光科技股份有限公司