專利名稱：一種半導(dǎo)體激光器空間擺放陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳導(dǎo)冷卻高功率半導(dǎo)體激光器空間擺放陣列，通 過選用多種固體激光器提供了 一種理想的泵浦光源，多種固體激光器 選用多個(gè)CS封裝半導(dǎo)體激光器bar條，如圖l，在本實(shí)施中，CS封裝半導(dǎo)體激光器bar條選用迷你型封裝半導(dǎo)體激光器bar條IO(以下 簡稱Mini-Bar)，其中，Mini-Bar條10是一種類似于CS封裝半導(dǎo)體 激光器bar條，Mini-Bar條輸出功率也與CS bar條相當(dāng)，可達(dá)數(shù)十 瓦，只是其熱沉的厚度及寬度尺寸要小于CS bar條。
如圖2，所有Mini-Bar條10均需加裝快軸準(zhǔn)直鏡11,使光束在 快軸方向形成準(zhǔn)直平行光12輸出。
如圖3和圖4，每個(gè)Mini-Bar條10各安裝于一塊導(dǎo)熱性能優(yōu)良 的通水冷卻座20上，冷卻座20上設(shè)有多個(gè)冷卻水道21， Mini-Bar 條10通過冷卻座10輸入普通純凈水對(duì)其進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻，使用普通純 凈水作為冷卻水對(duì)Mini-Bar條10傳導(dǎo)冷卻，摒棄了傳統(tǒng)的陳本高昂 的微通道去離子水冷卻方式，使用及維護(hù)成本大幅降低。
再通過合理的計(jì)算，將多個(gè)安裝于冷卻座20上的Mini-Bar條 10沿快軸方向排布，并使排布后的半導(dǎo)體激光器的快軸方向的光束 參數(shù)積不大于慢軸方向的光束參數(shù)積，所有冷卻座20又都安裝于同 一塊絕緣非金屬件(以下將詳細(xì)敘述)上，冷卻水從該非金屬件上導(dǎo) 入，Mini-Bar條之間來用串聯(lián)電路連接。
眾所周知，典型半導(dǎo)體激光器陣列LDA結(jié)構(gòu)具有以下特征發(fā)光 區(qū)尺寸為hmXlOmm;光束在垂直和平行于P-N結(jié)兩方向(俗稱快軸 和慢軸)上的發(fā)散角很大且不對(duì)稱，快軸方向發(fā)散角一般為40。左右 (半高全寬)，慢軸方向一般為IO。左右(半高全寬)；快軸方向光束 質(zhì)量接近衍射極限，即M^t"l;而慢軸方向光束質(zhì)量較差，其光束 參數(shù)積(BPP=co e )約為1745腿.mrad，雖然慢軸方向光束質(zhì)量較差，但仍可用透鏡將其耦合進(jìn)NA-0.22、芯徑為4mm的光纖、棒狀波 導(dǎo)或棒裝激光晶體中；又如前所述，bar條需加裝快軸準(zhǔn)直鏡，且應(yīng) 使光束在快軸方向成為準(zhǔn)平行光，即準(zhǔn)直后的快軸發(fā)散角應(yīng)是越小越 好，最好是小于l。，再將準(zhǔn)直后的bar條沿快軸方向排布，只要排 布后快軸方向的BPP值不大于慢軸方向的BPP值1745mn^mrad，就 可以使排布后的快軸方向也滿足前述的耦合條件，且快軸方向的束腰 直徑為wS1745/ (l*;ix*1000/180) =100mm。
若每個(gè)Mini-Bar與其相應(yīng)的通水冷卻板所占據(jù)空間的高度尺寸 為20mm，則將可沿快軸方向排布的bar條個(gè)數(shù)為100mm/20mm=5個(gè),若 進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，使每個(gè)Mini-Bar條所占據(jù)的空間高度尺寸更小， 則將可排布更多數(shù)量的bar條，如每個(gè)bar條的輸出功率為40W，則 本發(fā)明所揭露的單個(gè)傳導(dǎo)冷卻高功率半導(dǎo)體激光器垂直陣列的激光 輸出功率將可達(dá)200W 400W的水平，且不使用去離子水水冷系統(tǒng)， 經(jīng)過另行設(shè)計(jì)的透鏡或反射鏡系統(tǒng)成像耦合后，將可成為高功率端面 泵浦激光器或板條激光器的理想泵浦光源。
所述通水冷卻板可由紅銅或鋁合金等導(dǎo)熱性能優(yōu)良的金屬材料 制成，亦可由導(dǎo)熱性能優(yōu)良的絕緣材料制成，其內(nèi)部開有合理設(shè)計(jì)的 冷卻水流通水路，以對(duì)各自所安裝的Mini-Bar條進(jìn)行充分的冷卻并 進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟日{(diào)諧。
本發(fā)明具體實(shí)施的關(guān)鍵是合理設(shè)計(jì)半導(dǎo)體激光器bar條所用的冷 卻座20的結(jié)構(gòu)，并在保證bar條充分冷卻的條件下，盡量縮小單個(gè) 冷卻座所占據(jù)的空間尺寸，尤其是要縮小其高度方向的尺寸，在保證排布后的快軸方向的光束參數(shù)積不大于慢軸方向的光束參數(shù)積的情
況下，盡可能多地沿快軸方向排布bar條。 下面介紹本發(fā)明的幾個(gè)典型實(shí)施例
圖5所示為本發(fā)明的第一種實(shí)施例，每個(gè)半導(dǎo)體激光器bar條 10 (本實(shí)施例中為Mini-Bar條)以快軸豎直方向固定在一號(hào)冷卻座 30上，各個(gè)冷卻座30之間采用串聯(lián)方式排列，Mini-Bar條10與對(duì) 應(yīng)的冷卻座30之間設(shè)有中間墊有銦膜， 一號(hào)冷卻座30由紅銅或鋁合 金制成，內(nèi)部開有縱橫其間的冷卻水道(圖未示)，Mini-Bar條10 各安裝在一個(gè)一號(hào)冷卻座30上，所有冷卻座30都被安裝在一個(gè)由絕 緣材料制成的一號(hào)支撐座40上，這樣可使各個(gè)bar條10能形成串聯(lián) 電流回路，另外冷卻座30與一號(hào)支撐座40之間的水路聯(lián)接處裝有密 封圈，冷卻水(本是實(shí)施中，冷卻水為普通純凈水)從一號(hào)支撐座 40上導(dǎo)入導(dǎo)出，在本實(shí)施例中，相鄰bar條的間距為20mrn，共沿快 軸方向排布了五個(gè)bar條。
圖6所示為本發(fā)明的第二種實(shí)施例，兩個(gè)Mini-BarlO被安裝在 一個(gè)二號(hào)冷卻座60上，各個(gè)冷卻座60之間仍采用串聯(lián)方式排列。在 本實(shí)施例中，二號(hào)冷卻座60的制作材料有兩種選擇 一是選用導(dǎo)熱 優(yōu)良的非金屬材料，Mini-Barl0加墊銦膜后安裝于冷卻座60上；二 是選用金屬材料制作，但需在Mini-BarlO和冷卻座60之間加裝一片 導(dǎo)熱優(yōu)良的絕緣陶瓷片，Mini-Bar與陶瓷片之間、陶瓷片與冷卻座 之間均夾有銦膜，另外，安裝Mini-Bar的螺栓與bar條的負(fù)極之間 亦裝有一個(gè)防止短路的絕緣套，或螺栓本身為絕緣材料制成。所有冷卻座都被安裝在一個(gè)二號(hào)支撐座70上，各個(gè)bar條之間也是串聯(lián)電 路聯(lián)接，冷卻座與二號(hào)支撐座70之間的水路聯(lián)接處裝有密封圈，冷 卻水從二號(hào)支撐座70的背面導(dǎo)入導(dǎo)出，在本實(shí)施例中，相鄰bar條 的間距為13mm，共沿快軸方向排布了八個(gè)bar條。
圖7和圖8所示為本發(fā)明的第三種實(shí)施例，Mini-Bar被安裝在 三號(hào)冷卻座80上，中間墊有銦膜，三號(hào)冷卻座80由紅銅或鋁合金制 成，其進(jìn)出水口開在冷卻座80的底部，冷卻座80與三號(hào)支撐座90 的水路連接處亦裝有密封圈，每個(gè)半導(dǎo)體激光器bar條10各安裝在 一個(gè)三號(hào)冷卻座80上，所有冷卻座80都被安裝在一個(gè)由絕緣材料制 成的三號(hào)支撐座90上，bar條間也是串聯(lián)電流回路。在本實(shí)施例中， 三號(hào)支撐座90采用階梯狀設(shè)計(jì)，各個(gè)冷卻座30之間以并聯(lián)方式排列， 可有效縮短相鄰bar條的間距，能沿LD快軸方向平行擺放數(shù)量眾多 的bar條，是一種極為理想的實(shí)施方法。
本發(fā)明所達(dá)到的技術(shù)效果是本發(fā)明為多種固體激光器提供了 一種理想的泵浦光源選擇，此種傳導(dǎo)冷卻高功率半導(dǎo)體激光器空間擺 放陣列摒棄了傳統(tǒng)的成本高昂的微通道去離子水冷卻方式，僅使用普 通純凈水即可對(duì)bar條進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻，僅通過對(duì)半導(dǎo)體激光器bar條 的空間排布就達(dá)到了與微通道水冷半導(dǎo)體激光器垂直陣列相類似的 使用效果。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光器空間擺放陣列，其特征在于，包括多個(gè)半導(dǎo)體激光器bar條、安裝該多個(gè)半導(dǎo)體激光器bar條的冷卻座、固定該冷卻座的支撐座，其中，半導(dǎo)體激光器bar條通過冷卻座輸入普通純凈水對(duì)其進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻，通過將多個(gè)半導(dǎo)體激光器bar條在冷卻座上沿快軸方向排布，使排布后的快軸光束參數(shù)積不大于慢軸方向的光束參數(shù)積。
2. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體激光器空間擺放陣列，其特征在于每個(gè)冷卻座上安裝有至少一個(gè)半導(dǎo)體激光器bar條，各個(gè)半導(dǎo)體激光器bar條之間采用串聯(lián)電路連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器空間擺放陣列，其特征在于所述每個(gè)冷卻座上安裝有兩個(gè)半導(dǎo)體激光器bar條。
4. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體激光器空間擺放陣列，其特征在于所述半導(dǎo)體激光器bar條與冷卻座之間加裝有絕緣陶瓷片，半導(dǎo)體激光器bar條與對(duì)應(yīng)的陶瓷片之間墊有銦膜。
5. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器空間擺放陣列，其特征在于多個(gè)冷卻座以快軸豎直方向固定在一支承座上，各個(gè)冷卻座之間采用串聯(lián)方式排列。
6. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器空間擺放陣列，其特征在于多個(gè)冷卻座以快軸平行方向固定在一呈階梯狀的支承座上，各個(gè)冷卻座之間采用并聯(lián)方式排列。
7. 如權(quán)利要求如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器空間擺放陣列，其特征在于所述冷卻座由紅銅或鋁合金制成，內(nèi)部開有縱橫其 間的冷卻水水道。
8. 如權(quán)利要求如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器空間擺放陣 列，其特征在于冷卻座與支撐座之間的水路連接處裝有密封圈，普 通純凈水從支撐座上導(dǎo)入導(dǎo)出。
9. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體激光器空間擺放陣列，其特征在于所述半導(dǎo)體激光器bar條與冷卻座之間加裝有有銦膜。
10. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器空間擺放陣列，其特征在 于所述半導(dǎo)體激光器bar條為Mini-Bar條，Mini-Bar條安裝有快 軸準(zhǔn)直鏡，使Mini-Bar條的光束在快軸方向形成準(zhǔn)直平行光輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳導(dǎo)冷卻高功率半導(dǎo)體激光器空間擺放陣列包括多個(gè)半導(dǎo)體激光器bar條、安裝該多個(gè)半導(dǎo)體激光器bar條的冷卻座、固定該冷卻座的支撐座，其中，半導(dǎo)體激光器bar條通過冷卻座輸入普通純凈水對(duì)其進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻，通過將多個(gè)半導(dǎo)體激光器bar條在冷卻座上沿快軸方向排布，使排布后的快軸光束參數(shù)積不大于慢軸方向的光束參數(shù)積。本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)的成本高昂的微通道去離子水冷卻方式，使用普通純凈水即可對(duì)bar條進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻，通過對(duì)半導(dǎo)體激光器bar條以串聯(lián)電路方式排布，達(dá)到了與微通道水冷半導(dǎo)體激光器垂直陣列相類似的使用效果，使用及維護(hù)成本大幅降低。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK101673922SQ20091019035
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者呂啟濤, 崗 肖, 陳建飛, 高云峰 申請(qǐng)人:深圳市大族激光科技股份有限公司