CN101150244A - 高功率激光二极管阵列结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单芯节高功率激光二极管阵列结构，包括盖板、至少一个单芯管、腔体及绝缘层，腔体底面设有至少一安装孔，单芯管包括定位防转部分和柱形安装部分，柱形安装部分底面安装单芯节，单芯管对应安装在腔体的安装孔内，其定位防转部分置于腔体内，柱形安装部分对应置于安装孔内，盖板盖于腔体上，绝缘层对应腔体的安装孔也开设孔，并对应安装在腔体的底面。本发明能替代LDA的单芯节高功率激光二极管阵列结构，能够满足激光加工设备所需的大功率、高可靠性、长寿命的发展趋势，同时具有制造工艺简单、高可靠性、长寿命的优点。

Description

高功率激光二极管阵列结构

【技术领域】

本发明是关于一种单芯节高功率激光二极管阵列结构。

【技术背景】

目前常见的半导体激光二极管阵列(Laser Diode Array，以下简称LDA)主要采用将多个巴条集成在一个热沉上，相互串接而成。以美国CEO公司生产的型号为derringer1×3的LDA为例，它由三个长度各为10mm的巴条组成，每个巴条是由多个单芯节构成的线列阵，三个巴条集成在一热沉体上，总的输出功率在60W以上。目前市场上大多数LDA均采用此类结构，这类LDA中的每个单芯节的输出功率一般在2～3W左右。单芯节高功率激光二极管(Single Emitter，以下简称单芯管)是指在一个单独的热沉上集成一个高功率单芯节，单芯节的输出功率目前可达到8W，甚至12W，封装后的单芯管功率可达7W以上。单芯管具有制造工艺简单、低成本、高功率、成品率高、长寿命等优点。而LDA存在制造工艺复杂，成品率低，生产成本高，使用寿命低等缺点(LDA的使用寿命一般厂家承诺为10,000h，单芯管的使用寿命一般在200,000h以上)。

【发明内容】

本发明所欲解决的技术问题是提供一种能替代LDA的单芯节高功率激光二极管阵列结构，能够满足激光加工设备所需的大功率、高可靠性、长寿命的发展趋势，同时具有制造工艺简单、高可靠性、长寿命的优点。

本发明所采用的技术方案是：一种单芯节高功率激光二极管阵列结构，包括盖板、至少一个单芯管、腔体及绝缘层，腔体底面设有至少一安装孔，单芯管包括定位防转部分和柱形安装部分，柱形安装部分底面安装单芯节，单芯管对应安装在腔体的安装孔内，其定位防转部分置于腔体内，柱形安装部分对应置于安装孔内，盖板盖于腔体上，绝缘层对应腔体的安装孔也开设孔，并对应安装在腔体的底面。

所述腔体的安装孔可以为多列，每一个单芯管作为一个独立的发光单元，可以单列或多列安装在腔体上，每列中单芯管数量可以是一个或多个。

所述单芯管的定位防转部分为四方体结构，柱形安装部分为圆柱体，定位防转部分沿圆柱体轴向投影为正方形，正方形的边长与腔体的宽度设计保证单芯管和腔体为一间隙配合，单芯管在安装在腔体内时可选择所需的角度安装。

所述四方体结构的上端铣削成立柱结构，圆柱体的内部铣孔。

所述激光二极管阵列结构包括密封装置，密封装置包括安装在盖板和腔体间的密封条和安装在腔体和单芯管间的密封圈，所述四方体结构的上下端面距离严格控制，盖板在压紧腔体上的密封条的同时，又刚好能紧压单芯管的上端，从而间接压紧在腔体和单芯管之间的密封圈。

所述激光二极管包括冷却水道，水接头可以设置在腔体上或盖板上，冷却水的进出水口方向可任意调整。

本发明采用上述技术方案所达到的技术效果是：本发明结构简单可靠，与现在常用的LDA相比，具有加工装配工艺简单，生产维修成本低，维修方便，使用寿命长的优点，特别是在维修方面，因具有模块化和互换性的特点，一旦阵列中的个别芯片损坏，LDA由于结构的原因，一般只能整体报废，而本发明则可以很方便的更换损坏的单芯管；另外，本发明中的单芯管定位防转部分采用正方体结构，与内腔配合，在放置时可任意旋转90°，这样可以将二极管的快慢轴对调，以满足一些特殊应用，本发明可实现单芯管的多级串联，易实现更大的固体激光输出。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明二极管阵列结构的分解图。

图2a是本发明二极管阵列结构的纵向剖视图。

图2b是图2a中沿A-A线的横向剖视图。

图3是本发明中的单芯管热沉主视图。

图4是本发明中的单芯管热沉俯视图。

图5是本发明图4中沿B-B线的单芯管热沉剖视图。

【具体实施方式】

如图1、图2a、图2b所示的板条式单芯节激光二极管列阵结构包括：盖板1、单芯管2、腔体3、绝缘层4、橡胶密封条5、O形密封圈6、螺钉7。单芯管2安装在腔体3内，盖板1盖在腔体3上，单芯管2与腔体3之间用O形密封圈6加以密封，腔体3与盖板1之间用橡胶密封条5密封。单芯管2采用高导热、易加工的热沉21做散热基座，它由上下两部分22、24构成，下半部分24为一圆柱体，单芯节8固定在圆柱体的底平面上，圆柱体内部铣孔(见图5)，目的是缩短单芯节8与冷却液的距离，以提高冷却效率，单芯管2上半部分22为四方体结构，其沿圆柱体轴向投影为正方形，此正方形的边长L(见图4)与腔体3的内腔宽度为一间隙配合尺寸，单芯管2置于腔体3内时，能起到定位防转的作用，另外单芯管2在安装时可任意旋转90°，这样可以将二极管的快慢轴对调，以满足一些特殊应用。为保证冷却液通过，同时也增加散热面积，将单芯管2上半部分的立方体中间铣空，只保留四个角，同时此立方体的上下端面的距离H(见图3)要严格控制，既要保证盖板1的下平面能完全压紧橡胶密封条5，又要求能紧压单芯管2的上端，从而间接压紧在腔体3和单芯管2之间的O形密封圈6，起到密封作用。腔体3底面开孔，数量与单芯管2一一对应，将相应数量的单芯管2放入腔体3。盖板1上布置了进出水接头10，盖板1与腔体3间用螺钉7连接，单芯节置于单芯管2圆柱体的底面，此面稍凸出于腔体3底面，在腔体3底面上紧贴一绝缘层4，绝缘层4和腔体3之间可通过粘结或焊接的方法连接，绝缘层4为高导热绝缘材料，通过溅射、蒸发或电镀等手段使其表面金属化，以作为电极连接之用。上述的腔体3开一列孔，每一个单芯管2作为一个独立的发光单元，可以一个或多个安装在腔体3的孔内。腔体3也可以在底面开多列孔，每一个单芯管2作为一个独立的发光单元，可以采用一个或多个单芯管2安装在腔体3的一列孔内，也可以采用多个单芯管2分别安装在腔体3的多列孔内。

盖板1及腔体3采用高导热、易加工的金属材料制作。在本应用示例中进出水接头10布置成与盖板1成为一体，也可将进出水口布置在腔体3上，同时可以采用在腔体3或盖板1上钻孔攻丝，再单独接上进出水接头的形式。对进出水口位置、方向性可任意布置。本发明采用直通水冷却，为非微通道结构，使用普通纯净水作为冷却介质，降低了使用成本。

本发明结构简单可靠，与现在常用的LDA相比，具有加工装配工艺简单，生产维修成本低，维修方便，使用寿命长的优点，特别是在维修方面，因具有模块化和互换性的特点，一旦阵列中的个别芯片损坏，LDA由于结构的原因，一般只能整体报废，而本发明则可以很方便的更换损坏的单芯管；另外，本发明中的单芯管定位防转部分采用正方体结构，与内腔配合，在放置时可任意旋转90°，这样可以将二极管的快慢轴对调，以满足一些特殊应用，本发明可实现单芯管的多级串联，易实现更大的固体激光输出。

Claims (6)

1.一种单芯节高功率激光二极管阵列结构，包括盖板、至少一个单芯管、腔体及绝缘层，其特征在于：腔体底面设有至少一安装孔，单芯管包括定位防转部分和柱形安装部分，柱形安装部分底面安装单芯节，单芯管对应安装在腔体的安装孔内，其定位防转部分置于腔体内，柱形安装部分对应置于安装孔内，盖板盖于腔体上，绝缘层对应腔体的安装孔也开设孔，并对应安装在腔体的底面。

2.如权利要求1所述的高功率激光二极管阵列结构，其特征在于：所述腔体的安装孔可以为多列，每一个单芯管作为一个独立的发光单元，可以单列或多列安装在腔体上，每列中单芯管数量可以是一个或多个。

3.如权利要求2所述的高功率激光二极管阵列结构，其特征在于：所述单芯管的定位防转部分为四方体结构，柱形安装部分为圆柱体，定位防转部分沿圆柱体轴向投影为正方形，正方形的边长与腔体的宽度设计保证单芯管和腔体为一间隙配合，单芯管在安装在腔体内时可选择所需的角度安装。

4.如权利要求3所述的高功率激光二极管阵列结构，其特征在于：所述四方体结构的上端铣削成立柱结构，圆柱体的内部铣孔。

5.如权利要求3所述的单芯节高功率激光二极管阵列结构，其特征在于：所述激光二极管阵列结构包括密封装置，密封装置包括安装在盖板和腔体间的密封条和安装在腔体和单芯管间的密封圈，所述四方体结构的上下端面距离严格控制，盖板在压紧腔体上的密封条的同时，又刚好能紧压单芯管的上端，从而间接压紧在腔体和单芯管之间的密封圈。

6.如权利要求1所述的高功率激光二极管阵列结构，其特征在于：所述激光二极管包括冷却水道，水接头可以设置在腔体上或盖板上，冷却水的进出水口方向可任意调整。

Images